从一段碱基序列到一个在岗的蛋白质

专题 33 和专题 34 在题册上是两个专题，在细胞里是一条流水线上前后相邻的两段。

33 讲这条线怎么走通：一段碱基序列如何被读成一条肽链，这条肽链如何折好、改好、送到该去的地方。34 讲这条线上装了哪些阀门：细胞在什么时刻把哪一段序列打开，把哪一段关掉，凭什么决定。

分开背，会背出两堆互不相干的名词——一堆是 fMet、SD 序列、EF-Tu、SRP，另一堆是操纵子、阻遏蛋白、增强子、锌指。合起来看，它们一直在回答同一个问题的两半：信息怎么流动，以及谁控制这个流动。

所以这份前置篇不打算把 33、34 的内容提前讲一遍。它只铺四块地基，这四块地基决定了你看那两个专题时是在背还是在推：

第一块，方向与配对——信息流动的语法。来自专题 11、12、32。

第二块，活化与能量——为什么每一步都得先付钱。来自专题 16 和全部代谢专题。

第三块，保真——精度是怎么买来的。来自专题 30、32。

第四块，结合与别构——蛋白质怎么认一段序列，又怎么被一个小分子改变主意。来自专题 3、6、8。

四块地基铺完，33 和 34 里大部分“原核和真核有什么不同”“为什么是这样”的题，都不需要另外记结论。

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0.1两条语法规则：方向性与碱基配对

信息流上有三种分子，用着三套字母表。DNA 四个字母，RNA 四个字母，蛋白质二十个字母。前两套之间是一对一的抄写，所以转录只需要一套配对规则；从四个字母到二十个字母那一步不同，它需要一部字典，这就是遗传密码。

而整条流水线上只有两条语法规则。几乎所有“这题该选哪个方向”的题目，都是在考这两条。

第一条：方向性

核酸链只能按 5′→3′ 编码和合成，肽链只能从 N 端向 C 端延长。

这两句话不是两个需要分别记住的事实，是同一条流水线两端的对齐。1961 年 Dintzis 用兔网织红细胞的无细胞体系做血红蛋白，反应降到 15 ℃ 以减慢速度，再用 ³H-亮氨酸做短时间脉冲标记。结果是：标记时间很短时，放射性只出现在肽链的 C 端附近；延长标记时间，放射性才逐渐向 N 端铺开。这说明 N 端是先做出来的那一头，合成的推进方向是 N→C。

于是 mRNA 的读取方向只能是 5′→3′。“核糖体沿 mRNA 由 3′ 端向 5′ 端移动”这句判断题在 33 的题目里反复出现（B 组判断、中国科学院大学 2025、陕西师范大学 2026），答案永远是错。同理，“蛋白质合成的方向是从羧基端到氨基端”也是错的。

第二条：碱基配对

反平行互补配对。A 对 U（或 T），G 对 C。这一个化学原理在遗传信息的传递里被复用了至少五次，而且每一次都换了个名字：

DNA 复制时，它叫模板链与新链；转录时，它叫模板链与转录产物；翻译解码时，它叫密码子与反密码子；翻译起始时，它叫 SD 序列与 16S rRNA 3′ 端那一小段 5′-UCCUCCA-3′ 的配对；到了基因表达调控里，它叫反义 RNA、叫 miRNA 与靶 mRNA 的互补，或者叫弱化子区 RNA 自己回折成的茎环。

反平行带来的两个陷阱

第一个是书写方向。因为反平行，密码子 5′-ACG-3′ 对应的反密码子逐位互补写出来是 3′-UGC-5′；但核酸序列的习惯写法是 5′ 端在左，所以同一个反密码子通常被写成 5′-CGU-3′。填空题问“与密码子 5′-ACG-3′ 相应的 tRNA 反密码子是＿＿＿”，两个答案都对，关键是标注方向。不标方向的答案是错的。

第二个是摆动发生的位置。反密码子的第一位（即 5′ 端那一位）在核糖体解码中心受到的几何约束最松，而因为反平行，它正好对着密码子的第三位（3′ 端那一位）。所以摆动性落在密码子第三位、反密码子第一位——两个“最松”的位置本来就是相对的那一对。

有了表 0.1，33(1) 里那一串填空就是同一道题：反密码子 GGC 能认哪些密码子（G 认 U、C，所以是 GCC 和 GCU）；反密码子 IGC 能认哪些（I 认 U、C、A，所以是 GCU、GCC、GCA）；反密码子 IGA 能认哪些（UCU、UCC、UCA）。都是查表加反向互补，不需要背。

密码的四条性质是一串因果，不是一张清单

33(1) 的大题反复问“阐述密码子的特性”。如果答成清单，写出简并性、摆动性、通用性、防突变四个词就没了；如果答成因果，就是一段可以往下推的论证：

简并——61 个有义密码子对 20 种氨基酸，所以多数氨基酸有多个同义密码子（只有 Met 和 Trp 各只有一个）。同义密码子的差别集中在第三位。

摆动——正因为差别集中在第三位，而第三位的配对本来就允许摆动，一种 tRNA 才能兼管几个同义密码子。结果是细胞不需要 61 种 tRNA，只要三四十种就够了。简并是摆动的前提，摆动是简并的收益。

防突变——同义密码子在密码表里的分布不是随机的。氨基酸的极性主要由第二位碱基决定（第二位是 U 的那一列几乎全是疏水氨基酸），简并性由第三位决定。于是一个碱基的置换，落在第三位大概率还是同一个氨基酸，落在第二位也往往换成物理化学性质最接近的那一个。密码表是个故障—安全系统。

通用性——全生物界共用一套密码，因为改动任何一个密码子的含义都会同时改掉成千上万个蛋白质。已知的例外集中在线粒体：人线粒体里 UGA 由终止密码子变成编码色氨酸，AUA 由异亮氨酸变成甲硫氨酸，于是线粒体密码里 Met 和 Trp 各有两个密码子；支原体也用 UGA 编码色氨酸；少数纤毛类原生动物用 UAA、UAG 编码谷氨酰胺。

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0.2mRNA 长什么样，决定了后面的一切

33 和 34 里“原核和真核有什么不同”的题目加起来有几十道。这些差别看着零散，其实全部来自两件事：原核没有核膜，原核功能相关的基因组成操纵子。从这两句话出发，可以一条一条推下去。

原核 mRNA：多顺反子，靠配对定位，边转录边翻译

功能相关的基因组成一个操纵子，作为一个转录单位一起转录，产物是多顺反子 mRNA。这条 mRNA 上有几个编码区，每个编码区是一个独立的开放阅读框，各有自己的起始密码子和终止密码子。

核糖体怎么知道该从哪个 AUG 起头？靠配对。每个起始密码子上游有一段富含嘌呤的序列，叫SD 序列，它与 16S rRNA 3′ 端的 5′-UCCUCCA-3′ 互补配对，把小亚基摆到正确位置上，起始密码子就正好落在 P 位。

因为没有核膜，转录和翻译在同一个空间里连着做：RNA 聚合酶还在往前走，刚露出来的 5′ 端已经挂上核糖体开始翻译了。这叫转录—翻译耦联。它有两个后果，都会在 33 和 34 里被考到——一是 mRNA 不必等转录完成就能当模板（B 组那道“mRNA 只有合成完成才能指导蛋白质合成”的判断题因此是错的），二是它让弱化作用这种机制成为可能，这一点留到 0.7 节。

真核 mRNA：单顺反子，靠帽子装载再扫描，必须出核

真核基因不组成操纵子，一个基因转录出一条单顺反子 mRNA，只编码一条肽链。这条 mRNA 要经过一整套加工才能用：5′ 端加 m⁷G 帽子，3′ 端在 AAUAAA 信号处切断后加上约 200 个核苷酸的 poly(A) 尾，中间的内含子被剪掉，然后运出核孔。

起始的方式也换了。没有 SD 序列，改由帽结合蛋白识别 5′ 帽、把 40S 小亚基装载上去，再沿 mRNA 向下游扫描，遇到的第一个 AUG 就是起始密码子。

这张表值得单独抄一遍，但抄的时候要抄最后那一列。这十一行你可以一条条背，也可以只记住最后一列的三个根源——有无核膜、有无操纵子、有无 SD 序列——然后现场推。33 和 34 的原核／真核对比题，全部落在这张表里。

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0.3翻译机器：接头、三个位点和一轮延伸

前两节讲的是信息怎么排布。这一节讲读它的那台机器。

单独拎出来讲，是因为后面所有“这一步消耗几个 GTP”“哪一步负责保真”的说法，用的都是这台机器的零件名——A 位、P 位、转肽、移位。零件名不落地，原理就是悬着的。而且专题 33 的第（2）部分标题就叫“蛋白质合成有关的 RNA 和装置”，第（3）部分叫“合成的步骤”，它们考的多半不是原理，是这些零件各自干什么。

tRNA：一个两头分工的接头

从四个字母到二十个字母，中间缺一样东西。密码子是核酸，氨基酸是有机小分子，两者之间没有直接的化学亲和力——一段 GCA 不会因为任何化学理由就偏爱丙氨酸。Crick 由此推断：必定存在一类中间分子，一头能认密码子，另一头能挂氨基酸。他把它叫做接头。tRNA 就是这个接头。

所以 tRNA 的两头分工是它的全部要点：

一头是反密码子环，负责认密码子，用的是碱基配对（0.1 的第二条语法）。

另一头是 3′ 末端的 —CCA，负责挂氨基酸，挂的方式是酯键（下一节讲它为什么必须是高能酯键）。

这两头在空间上也确实是两头。tRNA 的二级结构是三叶草形，由氨基酸臂、D 环、反密码子环、TψC 环（有的还有一个可变环）组成；折叠成三级结构后是个倒 L 形，倒 L 的两端正好就是功能上的那两头——一端是反密码子，另一端是 3′-CCA 的氨基酸接受臂。所以题目问“tRNA 上与氨基酸转运直接相关的结构”，答的是氨基酸臂（3′-CCA 末端）和反密码子环。

两个由此派生的名词，题册里都单独考过。

合成酶怎么在几十种 tRNA 里认出属于自己的那一两种？靠的不是反密码子，而是 tRNA 分子上另一组特征碱基。这组“除反密码子之外、决定 tRNA 身份的特征”被称为第二套遗传密码。它解释了 0.5 里的一个现象：合成酶对 tRNA 的分辨能力，反而比对氨基酸的分辨能力更高——因为 tRNA 分子大、接触面广，可供辨认的特征多得多。

核糖体：小亚基解码，大亚基成键

核糖体两个亚基的分工是清楚的，而且这个分工本身就能答好几道题。

mRNA 结合位点和解码中心在小亚基（原核 30S，关键组分是 16S rRNA）。肽酰转移酶中心在大亚基（原核 50S，关键组分是 23S rRNA）。

小亚基管读、大亚基管写，这个分工顺手解释了 0.1 里 SD 序列为什么是和16S rRNA 配对（16S 属于小亚基，定位 mRNA 是小亚基的活儿），也解释了 0.5 里为什么说核糖体是核酶（成键那一步的催化中心是 23S rRNA，不是蛋白质）。

核糖体上有三个 tRNA 结合位点，名字就是它们各自的职责：

A 位（aminoacyl，氨酰基位）——新来的氨酰-tRNA 进这里。

P 位（peptidyl，肽酰基位）——挂着已经长好的那段肽链的 tRNA 待在这里。

E 位（exit，出口位）——卸完货的空载 tRNA 从这里离场。

一轮延伸：进位、成肽、转位

肽链每加长一个氨基酸，机器走完同样的三步。

先把名字对齐，因为不同教材和答案解析用的词不一样，对不上会以为是两套东西。第一步叫进位，也叫注册、结合；第二步叫成肽，也叫转肽、肽键形成；第三步叫转位，也叫移位。三套词说的是同一件事，答题时用哪套都行——但顺序绝不能反：先成肽，后转位。

这三步真正容易糊的地方不是化学，是每一步走完之后，三个位点上分别坐着什么。所以先把状态摆出来，再回头讲化学。

整张表只有第②行需要特别记住：成肽刚完成的那一瞬间，长了的肽链在 A 位，卸了货的空载 tRNA 在 P 位。这是整个延长循环里唯一一个“肽链不在 P 位”的时刻，也正是所有判断题动手脚的地方。紧接着第③步核糖体一动，肽链就回到 P 位，循环复位。

拿起始阶段的第一个肽键走一遍，就具体了。P 位上坐着 fMet-tRNA_f^Met，A 位进来一个 Ala-tRNA^Ala。成肽之后，A 位上是二肽 fMet-Ala-tRNA^Ala，P 位上剩下一个卸了货的 tRNA_f^Met。转位之后，fMet-Ala-tRNA^Ala 挪到 P 位，空载的 tRNA_f^Met 离场，A 位空出来等第三个氨基酸。

第一步，进位。 EF-Tu 结合 GTP，押着氨酰-tRNA 送进空着的 A 位。密码子与反密码子在这里接受检验，检验通过之后 GTP 才水解、EF-Tu 才离开。这段“已经进来了但还不能往下走”的延时是保真机制的一部分，留到 0.5 讲。

第二步，成肽（转肽）。用状态表来说，这一步就是从第①行走到第②行：肽链从 P 位那个 tRNA 上被整段摘下来，接到 A 位那个新氨基酸上。

为什么方向是这样，而不是反过来？因为反应里充当亲核体的是 A 位新氨基酸的α-氨基——只有游离的氨基才能做亲核体，而 P 位那个氨基酸的氨基早就用掉、变成肽键了。它进攻的对象是 P 位肽酰-tRNA 上酯键的羰基碳。亲核体主动进攻谁，产物就挂在亲核体这一边——所以产物挂在 A 位的 tRNA 上。

这也是酶名的由来：被转移的是肽酰基（整条肽链），不是氨基酸，所以叫肽酰转移酶。

顺便对齐一个方向问题。新氨基酸是接在肽链的哪一端？接在C 端。肽链的 N 端始终是最先做出来的那个氨基酸，从头到尾不动。这就是 0.1 里那条 N→C，在分子层面上的落点。

这一步不消耗任何高能磷酸键，用的是氨酰-tRNA 酯键里早就存好的能量。

第三步，转位（移位）。 EF-G 结合 GTP，推动核糖体相对 mRNA 前进一个密码子。前进的后果是三个位点上的东西各挪一格：原来在 A 位的肽酰-tRNA 挪到 P 位，原来在 P 位的空载 tRNA 挪到 E 位并离场，A 位重新空出来等下一个。

空载 tRNA 的去向有两种讲法：三位点模型说它先挪到 E 位再离场，有些教材直接说它从 P 位脱落。两种说法描述的是同一件事，只是详略不同，答题按所用教材即可。

起始：三个 IF 各管一件事，还有一个化学封堵

原核的起始因子只有三个，各管一件事，而且每一件都被填空题问过。

IF-3结合在小亚基上，干两件事：防止大亚基提前合上来（不然 mRNA 就装不进去了），以及协助 mRNA 的 SD 序列与 16S rRNA 配对。

IF-2结合 GTP，押着起始 tRNA 进入P 位。注意是 P 位，不是 A 位。

IF-1占住 A 位，防止起始 tRNA 坐错位置。

起始是分两段完成的，这两段各有一个名字，选择题会直接问它们的组成。先装出30S 起始复合物：30S 小亚基 ＋ mRNA ＋ fMet-tRNA_f^Met ＋ IF-1／IF-2／IF-3 ＋ GTP。随后三个因子依次离开、GTP 水解，50S 大亚基合上来，成为70S 起始复合物——此时 fMet-tRNA 坐在 P 位，A 位空着，等第一个氨酰-tRNA 进来，延伸开始。

真核这一步复杂得多，起始因子有十余种（eIF 家族），其中 eIF-4 家族负责识别 5′ 帽子、装载小亚基，对应的正是 0.2 里说的“帽子装载后扫描”。因子数目的差别不是记忆负担，它就是“找起点的方式不同”这一件事的后果：原核靠一段序列配对一步定位，真核要先认帽子、再装载、再扫描，步骤多，因子自然多。

还有一个细节值得单独想清楚：原核的起始氨基酸为什么要甲酰化？

甲酰基封住了甲硫氨酸的 α-氨基。而上一段刚讲过，转肽反应里充当亲核体的正是 α-氨基。α-氨基被封住的氨基酸没法去进攻别人，也就意味着它永远不可能被接到某条肽链的后面，只能当第一个。一个化学封堵，实现了“专用于起始”这个功能约束。

这也给出了一道填空的答案：大肠杆菌合成的所有未经修饰的多肽链，N 端氨基酸都是 fMet。至于成熟蛋白质，甲酰基（常常连同那个 Met 一起）在翻译后会被切掉，所以成品的 N 端不一定是 Met。

终止：全部密码子里唯一不靠配对读的那三个

64 个密码子，61 个由 tRNA 的反密码子通过碱基配对读取。剩下三个——UAA、UAG、UGA——没有对应的 tRNA。

这件事值得停一下。0.1 说过，配对是细胞识别序列的唯一工具；现在出现了例外。但例外本身合乎那条逻辑：需要接头的地方才需要配对。终止这一步不需要接上任何氨基酸，也就不需要接头分子；它需要的只是一个“停，把肽链放下来”的判决。承担这件事的，是蛋白质。

原核有两个识别型释放因子，分工是交叉的：RF-1 识别 UAA 和 UAG，RF-2 识别 UAA 和 UGA。UAA 被两者共同识别，UAG 只归 RF-1，UGA 只归 RF-2。

它们干活的方式很漂亮。RF 进入空着的 A 位，在形状上模拟一个 tRNA——但它带来的不是氨基酸，而是把一个水分子引到肽酰转移酶中心。于是肽酰转移酶这一次的亲核受体是水，不是氨基：P 位那个酯键被水解，整条肽链被放出来。

所以终止并不是另起一套化学，而是让同一个酶换一个受体：受体是氨基就成肽键（延伸），受体是水就水解酯键（终止）。这就是上一节那个“肽酰转移酶还具有酯酶活性”填空的真正用处。

RF-3 不识别任何终止密码子。它是一个 GTPase，负责在肽链释放之后把 RF-1／RF-2 从核糖体上撵下来。

真核把识别这件事合并了：eRF-1 一个因子就识别全部三种终止密码子，eRF-3 相当于原核的 RF-3。

最后还有回收。肽链放出去之后，核糖体还卡在 mRNA 上，得拆开才能再用。原核由核糖体再循环因子 RRF配合 EF-G 来拆。RRF 是原核特有的，真核没有同源物、用的是另一套机制，所以“核糖体释放因子 RRF 是原核生物和真核生物翻译过程所必需的”这句判断题是错的。

这张表里真正要记的是最后一列。因子的名字会忘，“谁占位、谁押送、谁换电池、谁推车、谁读终止信号、谁善后”这六种角色不会忘——而且一旦按角色记，原核和真核那一栏的对应关系是自己浮出来的。

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0.4肽键必须先付钱：活化与那四个高能磷酸键

肽键的形成是一个缩合反应，在水溶液里方向不利。细胞遇到这类反应从来只有一种解法：先把底物挂到一个高能载体上，再做缩合。

这个套路在前面所有代谢专题里出现过。糖原合成不直接用葡萄糖-1-磷酸，要先做成 UDP-葡萄糖；脂肪酸氧化前要先活化成脂酰-CoA；尿素循环要先做出氨甲酰磷酸；蛋白质合成要先把氨基酸活化成氨酰-tRNA。四个例子，一个思路。以后看到“活化”两个字，它说的都是这件事：用高能键把一个热力学上不情愿的反应变成情愿的。

氨基酸的活化：两步，两个高能磷酸键

氨酰-tRNA 合成酶催化的反应分两步进行，两步都在同一个活性中心里完成。

第一步，氨基酸与 ATP 反应，生成氨酰腺苷酸（氨酰-AMP）和焦磷酸。这一步的平衡常数大约等于 1——也就是说它几乎不往前推。ATP 的磷酸酐键释放的能量并没有丢掉，而是保存在氨酰-AMP 这个混合酸酐里，中间产物则一直紧贴在酶的表面不离开。真正把这一步拉到不可逆的，是随后焦磷酸酶对 PP_i 的水解。

这就是“每合成一分子氨酰-tRNA 消耗 2 个高能磷酸键”的来历：ATP→AMP＋PP_i 断掉一个，PP_i 再被水解断掉第二个。

第二步，tRNA 进入活性中心，氨基酸从 AMP 上转到 tRNA 的 3′ 末端，生成氨酰-tRNA，放出 AMP。连接方式是酯键：氨基酸的 α-羧基与 tRNA 3′ 末端腺苷酸核糖上的羟基成酯。

这里有两个填空题必考的细节。一是 tRNA 3′ 末端接受氨基酸的序列是 —CCA。二是连接键是酯键，不是肽键、不是硫酯键；“氨酰-tRNA 合成酶可以把氨基酸随机连到 tRNA 的 3′ 羟基或 5′ 羟基上”这句判断题是错的，位置是确定的 3′ 端。

延伸：进位一个 GTP，移位一个 GTP

肽链每延长一个残基，在核糖体上要花两个 GTP。

一个花在进位：EF-Tu·GTP 把氨酰-tRNA 送进 A 位，GTP 随后水解。另一个花在移位：EF-G·GTP 推动核糖体相对 mRNA 前进一个密码子，GTP 水解。

夹在两者之间的转肽反应本身不消耗任何高能磷酸键。它用的是氨酰-tRNA 酯键里原本就存着的那份能量——那份能量在第一节的活化步骤里已经付过账了。

为什么延伸因子用 GTP 而不是 ATP

EF-Tu 和 EF-G 都属于 G 蛋白家族（B 组判断题“EF-G 属于 G 蛋白家族”是对的）。G 蛋白的共同特征是：结合 GTP 时是一种构象，水解成 GDP 后换成另一种构象，于是它天然就是一个双态开关。

这一点很关键，因为在翻译里，GTP 的主要角色其实不是供能，而是计时。GTP 结合态把因子锁在核糖体上，水解事件给出一个“可以往下走了”的信号。谁走得慢、在这段时间里掉了下去，就被筛掉了。下一节就讲这件事。

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0.5精度是买来的：三道筛子

大肠杆菌二十分钟分裂一次，每个细胞要做出三千种蛋白质，而翻译的错误率低于 10^-5。这个数字需要解释，因为单靠“结合得更紧”是达不到的。

为什么结合特异性有上限

一个酶要在结构相似的底物里挑出正确的那一个，能依靠的只有结合自由能的差别。差别有多大，取决于两个底物差多少。

酪氨酰-tRNA 合成酶区分酪氨酸和苯丙氨酸，靠的是那个羟基。一个羟基能多贡献几个氢键，于是酶对酪氨酸的结合是对苯丙氨酸的 10⁴ 倍——这已经是相当漂亮的成绩，靠单纯的结合特异性就够用了，这个酶甚至不需要校对功能。

但异亮氨酸和缬氨酸只差一个甲基。一个甲基能买到的选择性只有百倍量级，离 10^-5 差了三个数量级。

所以细胞必须再加筛子。它加的这两道筛子不是翻译独有的招数，而是整个生物化学里反复出现的两种通用策略。

第二道：化学校对——做错了就拆掉

氨酰-tRNA 合成酶的反应分两步走，这个两步结构本身就是为校对留的余地。tRNA 进入活性部位之后，酶会复查挂上来的氨基酸对不对；发现错了，就水解氨酰腺苷酸，或者水解已经生成的氨酰-tRNA，看具体是哪个酶。甲硫氨酸、异亮氨酸和缬氨酸的合成酶对这一招依赖最重——正因为它们的底物最难分辨。

第三道：动力学筛——让错误的那个来不及

合成酶对 tRNA 的分辨用的就是这一招。正确的 tRNA 结合快、解离慢，而且结合后能引起酶的构象改变，氨酰化随即发生；不相关的 tRNA 结合慢、解离快，不引起构象改变，氨酰化进行得很慢，于是它在反应发生之前就先离开了。

同一招在核糖体上再用一次，而且用得更精巧。前面说过，EF-Tu 上的 GTP 是在氨酰-tRNA 进入 A 位之后才水解的。这段“已经进来了但还不能往下走”的延时，正是给配对检验留的时间：配对正确的那一个稳定地留在 A 位，等到 GTP 水解、EF-Tu 离开，接着成肽；配对不正确的那一个在这段时间里解离掉了。

核糖体自己也是筛子的一部分

密码子与反密码子之间只有三对碱基，结合常数本身很小，远撑不起 10^-5 的精度。补足这个缺口的是 16S rRNA：它伸出两个碱基，贴在密码子—反密码子小螺旋前两个碱基对的浅沟上，把正确的配对稳住。配对不正确时这种稳定作用不成立，而且 rRNA 的构象改变触发不了下一步，GTP 也就不会及时水解。

答“保真机制”这道题的完整骨架

33(3) 里这道大题被多校反复问到（合肥工业大学 2025、2026 连考两年）。多数答案只写了氨酰-tRNA 合成酶的双重校对，丢掉了后两层。完整的骨架应当分三层答：

第一层，氨基酸活化层。合成酶的双重识别（既识别氨基酸、又识别 tRNA 上的“第二套遗传密码”），加上动力学校对与化学校对，把这一层的错误率压到 10^-5 以下。

第二层，解码层。 16S rRNA 稳定正确的密码子—反密码子配对；EF-Tu 的 GTP 水解提供动力学延时，筛掉配错的氨酰-tRNA。此外，密码本身的简并性和防错编排让残余错误的后果变轻。

第三层，终产物层。已经做错的蛋白质会折叠异常，被泛素-蛋白酶体系统选择性清除。异常血红蛋白在网织红细胞里半衰期只有十分钟，正常的能陪红细胞活 120 天——这是第 25 章的内容，但它是翻译保真的最后一道防线。

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0.6肽链下线之后：折叠、修饰、送货

翻译结束时得到的是一条伸展的肽链，它还不是一个能干活的蛋白质。33 的第（4）部分讲的就是从“一条链”到“一个在岗的分子”之间发生的事。这一段的地基只有一条，来自专题 3。

一级结构决定高级结构，所以伴侣不可能决定构象

1957 年 Anfinsen 用核糖核酸酶 A 做的实验：这个酶有 124 个残基、8 个半胱氨酸。先在含 β-巯基乙醇的 8 mol/L 尿素里让它彻底变性——二硫键还原、构象散开；再透析除去尿素和还原剂，在 pH 8 下用氧气氧化。结果酶活性和物理性质完全恢复。

这个“完全”是关键。8 个半胱氨酸如果听任随机配对，可能的二硫键组合有 105 种，只有 1 种是天然的那一套，活性最多只能恢复到百分之一左右。既然恢复到了百分之百，就说明二硫键的配对不是随机的，是这条链的氨基酸序列本身决定的。

从这个结论直接可以推出分子伴侣是什么、不是什么。既然构象信息已经全写在序列里，伴侣就不可能再往里添信息。它能做的只有一件事：在折叠过程中挡住歧路。

两类伴侣的机制值得各记一句。Hsp70 家族是单体，靠水解 ATP 完成对未折叠肽链的结合—释放循环，多轮循环之后肽链找到天然构象；Hsp40 促进 Hsp70 的作用，GrpE 负责把 Hsp70 上的 ADP 换成 ATP。伴侣蛋白家族是寡聚体：大肠杆菌的 GroEL（即 Hsp60）是 14 聚体，分上下两环、每环 7 个亚基，围成一个中空圆筒，筒内表面的疏水区段结合未折叠的肽链；GroES（Hsp10）由 7 个亚基组成，盖在筒口当帽子，肽链在筒内完成折叠。

还有一个时序问题。新生肽是边合成边折叠的：N 端先出核糖体，就先开始折，随着链的延伸不断调整。“肽链的折叠在蛋白质合成结束以后才开始”是错的。这也解释了为什么细胞需要伴侣——一条只露出一半的链，它的疏水面暴露在外，正是最容易聚集的时候。

修饰这一层：毛坯之外的开关、标签和地址

一级结构给出的是毛坯。翻译后修饰给的是三样东西，用这三个词分类比按修饰种类罗列好记得多：

开关。磷酸化是最常见的可逆共价修饰，由蛋白激酶催化，在真核里主要发生在 Ser、Thr、Tyr 三种残基上；对微生物而言，被磷酸化的主要是 His 和 Asp。可逆是它当开关的前提。

标签。泛素化发生在赖氨酸的 ε-氨基上，是降解信号——这是第 25 章的内容，在这里它是“翻译后修饰”的一个例子。

地址与稳定性。糖基化决定分泌蛋白的去向和寿命；脂酰化把蛋白质拴到膜上。

还有一类修饰专门用在组蛋白上：乙酰化、甲基化，作用于 Lys 和 Arg。这就接到了专题 34 的表观遗传。

定位：真核细胞被膜切成了很多间

真核细胞的每一个细胞器都被膜围着。一条肽链做出来之后必须带着地址才能“各就各位”。

分泌蛋白、溶酶体蛋白和膜蛋白走的是共翻译转运：肽链 N 端的信号肽一露出来就被信号识别颗粒 SRP 认出，SRP 把整个核糖体拉到内质网膜上的 SRP 受体处，肽链边合成边穿过膜，信号肽随后被信号肽酶切掉。信号肽的 C 端一侧富含小 R 基的氨基酸残基，那里就是被切的部位。

线粒体、叶绿体和核内的蛋白质走的是翻译后转运：肽链先在细胞溶胶里做完，再凭导向序列被送进去。

这里有一个很值得注意的因果。线粒体的导向序列进去以后会被切掉，而核定位信号不被切除。为什么？因为细胞每次分裂，核膜都要解体重建，核蛋白得重新进核一次——信号切不切，取决于这个蛋白质以后还要不要再定位一次。

原核细胞没有这些区室，所以它基本不存在这套定位问题。这句话看起来只是一句对比，其实是下一节的引子：同一个“有没有膜把细胞隔开”的事实，在 33 里决定了定位机制，在 34 里决定了调控的层数。

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0.7调控的语法：顺式与反式、正与负、诱导与阻遏

专题 34 里的名词特别多——操纵子、阻遏蛋白、操纵基因、弱化子、增强子、沉默子、锌指、亮氨酸拉链、CRP。但这些名词全部挂在同一个句式上：

一个信号分子改变了一个蛋白质的构象，这个蛋白质因此松开或抓住了一段 DNA，于是这段 DNA 下游的基因被关掉或打开。

这一节就是把这个句式的每一格讲清楚。讲清楚了，34 的题基本都能推。

先把“基因表达”这个词界定准

B 组第一道选择题问的就是“下列关于基因表达概念的叙述，错误的是”。把基因表达等同于“合成蛋白质”是错的——tRNA 基因、rRNA 基因的表达产物是 RNA，没有蛋白质这一步。

另外两个配套的概念：只要细胞活着就大体恒定表达的那些基因叫管家基因，对应的酶叫组成酶；只在需要时才表达的叫可调基因，对应的酶叫可调酶或适应酶。Jacob 和 Monod 当年研究的就是适应酶——加诱导物酶量立刻上来，撤诱导物立刻停。

顺式与反式：判据只有一条

“顺式”指与被调节对象在同一个分子上，“反式”指在不同分子上。判据就这一条，不用记名单。但把名单推一遍有好处：

启动子、操纵基因、增强子、沉默子、弱化子、TATA 盒、CAP 结合位点——都是 DNA 序列，都只管自己那条 DNA，所以全部是顺式元件。

这份名单里有一对值得当场记住：原核启动子 -10 区的共有序列 TATAAT 叫Pribnow 盒，是 σ 因子识别的位点之一（另一个是 -35 区）；真核 RNA 聚合酶 Ⅱ 启动子上与它对应的元件就是TATA 盒，位置约在 -25 区。填空题问“Pribnow 盒是＿＿，真核生物中的对应物为＿＿”，考的正是这一组对应。

这条判据还能直接推出一个高频考点。增强子为什么没有位置效应和方向效应？因为它的工作方式是：被反式因子结合后，靠 DNA 的回折把这个因子递到启动子附近。既然靠回折，那么它在基因上游、下游还是内含子里都不要紧，正着放反着放也不要紧——只要在同一条 DNA 分子上。所以“增强子和沉默子是具有位置与方向效应的 DNA 元件”是错的。

正调控、负调控、诱导、阻遏：四个词两个维度

这是 34 里最容易混的地方，因为四个词其实分属两个互相独立的维度。

正／负说的是调节蛋白的作用方向：它结合到 DNA 上以后，转录是变强（正调控，激活蛋白）还是变弱（负调控，阻遏蛋白）。

诱导／阻遏说的是小分子信号带来的净效果：加入这个小分子之后，目标基因是被打开（诱导）还是被关掉（阻遏）。

两个维度交叉，得到表 0.5 的四格。

别构：全部调控机制的同一个分子基础

把上面四格里的例子排在一起看，会发现它们是同一个机制的三次复现：

诱导物异乳糖（或实验室常用的安慰诱导物 IPTG）结合到 LacI 上，改变它的构象，降低它对操纵基因的亲和力；辅阻遏物色氨酸结合到 TrpR 上，改变构象，提高它对操纵基因的亲和力；cAMP 结合到 CRP 上，改变构象，使它能够结合 CAP 位点。

三个例子，一个机制：信号分子结合 → 反式因子构象改变 → 对顺式元件的亲和力改变 → 转录速率改变。

这就是专题 8 里学的别构效应，换了个应用场景而已。在专题 8 里，别构改变的是酶对底物的亲和力；在专题 34 里，别构改变的是调节蛋白对 DNA 的亲和力。

调节蛋白怎么认出那一段 DNA

调节蛋白对靶序列的亲和力，比对一般序列高10⁴~10⁶ 倍。这个差别来自互补的空间关系：Asn、Gln、Glu、Lys、Arg 这些侧链能与暴露在 DNA 大沟里的碱基对形成特异氢键。

同源域是第三类，约 60 个残基、三条 α 螺旋，其中螺旋 2 和螺旋 3 构成的正是一个 HTH 关系，所以它可以看成 HTH 的一个变体。编码它的约 180 bp 序列叫同源框，最早在果蝇控制形态发育的基因里找到。

另外一类结构域不认 DNA，专管蛋白质之间的结合：亮氨酸拉链由约 35 个残基形成两性的卷曲螺旋，每两圈螺旋出现一个 Leu，两个单体靠 Leu 侧链的疏水作用拉在一起；螺旋-突环-螺旋是两条两性 α 螺旋中间连一段柔性突环，靠疏水侧链结合成二聚体。这两类结构域的 N 端往往紧接一段碱性氨基酸，用来结合 DNA，所以叫 bZip 和 bHLH。

阀门装在哪：把流水线摊开看

现在把 0.1 到 0.6 那条流水线摊开（图 0.4），从染色质一直到在岗的蛋白质。每一个环节都可以装一个阀门，而原核和真核装的位置不一样——原因还是那一条：有没有核膜。

原核：没有核膜，转录和翻译在同一个空间连着做。于是转录起始成了调控的主战场，操纵子模型就长在这个前提上。而正因为转录与翻译耦联，才可能有弱化作用这种机制：前导区一边被转录、一边被翻译，核糖体在前导肽上走得快还是慢（取决于该氨基酸的氨酰-tRNA 够不够），决定了下游的 RNA 会折成终止型茎环还是通读型茎环。

弱化作用值得把方向说清楚，因为只说“茎环“等于没说。以色氨酸操纵子为例，弱化子区转录出的 RNA 上有四段可以互相配对的序列（记作 1、2、3、4），其中第 1 段里连着两个色氨酸密码子，而这段 RNA 一边被转录、一边正被核糖体翻译成前导肽。

色氨酸充足时，Trp-tRNA 供应充足，核糖体顺利通过那两个 Trp 密码子、紧跟在 RNA 聚合酶后面，于是 2 段被核糖体占住，3 段只能和 4 段配对，折出的正是终止子茎环——转录在进入结构基因之前就停掉。够用了，不必再造酶。

色氨酸缺乏时，Trp-tRNA 不够，核糖体卡在那两个 Trp 密码子上、落在聚合酶后面，2 段空出来先和 3 段配对，3 段被占住就折不成终止子，转录通读进结构基因——开始造酶。

所以弱化作用的实质是：把核糖体的脚步快慢当成色氨酸浓度的传感器。这也是它为什么只可能出现在原核——它拿“翻译进度“当“转录是否继续“的输入，两件事必须在同一空间里同时发生。

这就给出了一道判断题的真正理由：弱化子这种调控模式不可能出现在真核细胞。原因不是真核“用不上”，而是真核的转录在核内、翻译在核外，一条正在被转录的 RNA 身上不可能同时挂着核糖体——物理上做不到。

真核：核膜把转录和翻译隔开，于是每一道界面都变成了可调的关口。朱圣庚教材把它归纳成多级调节系统，一共六级：染色质结构的调节、RNA 转录的调节、转录后加工的调节、RNA 降解的调节、蛋白质合成的调节、蛋白质合成后加工的调节。

真核多出来的最重要那一层是染色质。DNA 缠在组蛋白上，必须先变得“可及”，才谈得上转录。DNA 的甲基化（主要在 CpG 上）和组蛋白的乙酰化、甲基化改变染色质的松紧程度。松紧有一个很方便的实验指标：DNase I 敏感性——转录活跃的区域染色质疏松，对 DNase I 更敏感。所以“某一个基因的转录活性越强，则该基因所处的 DNA 序列对 DNase I 就越敏感”是对的。

“不改变序列却能遗传“听起来矛盾，但机制很朴素：DNA 半保留复制之后，亲本链上带着甲基、新链上没有，这个 CpG 位点就成了“半甲基化“状态；细胞里有一类维持型 DNA 甲基转移酶专门认这种半甲基化位点，把新链上对应的那个 C 也甲基化。于是甲基化模式被照抄了一份传给子代细胞。可遗传性不是来自序列，是来自一台照着旧链抄新链的酶。

最后一层阀门装在 RNA 上。反义 RNA、miRNA 和 siRNA 靠什么找到自己的靶 mRNA？靠碱基配对。核糖开关——mRNA 自身直接结合小分子代谢物、借构象改变开关下游基因的那一段序列——靠什么改变构象？也是靠 RNA 自身的配对与回折。

这一层的机制可以再具体一句。小 RNA 单独并不干活，它要装进以 Argonaute 蛋白（哺乳动物主要是 AGO2）为核心的复合物里，由这个复合物拿着它去扫 mRNA；配得完全互补就把靶 mRNA 切开降解，配得不完全就压住它的翻译。所以“哺乳动物 miRNA 依赖 AGO2 作用，与靶 mRNA 特定序列准确互补配对降解目标 mRNA”这句判断题，前半对、后半过于绝对——完全互补才走降解，不完全互补走的是翻译抑制。

于是绕了一整圈，34 的机制又落回 0.1 的第二条语法。这不是巧合：细胞手里能用的特异性识别工具本来就只有两种——蛋白质认形状，核酸认序列。认序列那一套，从复制一直用到 RNA 干扰，一路没换。

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0.8衔接：这几块地基各撑起哪些题

前面六节都在讲同一件事：33 和 34 里绝大部分“结论”，都可以从四块地基推出来，不必单独记。表 0.6 把对应关系列齐，复习时可以倒着用——遇到一道题先问它踩在哪一块地基上。

最后留一句话。这两个专题的考题里，问“是什么”的占少数，问“为什么这样”“两者有何不同”的占多数。后一类题没法靠罗列取分，只能靠把因果链讲出来。而那些因果链的起点，几乎全在这七节里——方向性、配对、活化、保真、序列决定构象、区室、别构。七个词，把 33 和 34 兜住了。

这张表是给考前一天用的。平时复习要走的是反方向——从一道具体的题追回到它踩着的那一块地基，追到能一口说出因果链为止。