【生物細胞】轉譯(translation)三劍客可以沒到齊,蛋白質依舊形成?

轉譯作用。圖片來源:wiki
轉譯作用。圖片來源:wiki

撰文|葉綠舒

從中學的生物學開始,大家都知道,細胞合成蛋白質必需要經過轉譯(translation)作用,而轉譯作用不可或缺的三劍客是:核糖體(ribosome)、信息RNA(messenger RNA,mRNA)與轉移RNA(transfer RNA,tRNA)。

在上大學以前,大家對於DNA複製(DNA replication)、信息RNA的合成(轉錄作用,transcription)與轉譯作用三者之間的關係應該都了然於胸;而大家也知道DNA複製存在著校正(proofreading)的功能:當錯誤的去氧核糖核苷酸(nucleotide)被加到DNA的末端時,DNA複製機器會將這個錯誤的去氧核糖核苷酸水解、再重新反應,直到正確的去氧核糖核苷酸被加入為止。

而轉錄作用的校正機制,沒有DNA複製那樣精確;但是,蛋白質的合成有校正機制嗎?

有的。上了大學以後,我們會學到,當錯誤的氨基酸被加到正在合成的多肽鏈(polypeptide)上後,整個轉譯的機器會暫停,核糖體QC複合體(ribosome quality control complex)會過來,將合成到一半的多肽鏈加上泛素(ubiquitin),然後這條多肽鏈就會被分解。核糖體QC複合體包含了四個蛋白質,Cdc48p (AAA ATP水解酶)、Ltn1p(Ring E3連結酶)與另外兩個未知功能的蛋白質:Rqc1p 與 Rqc2p。

來自猶他大學(University of Utah)與加大舊金山分校(University of California, San Francisco)的研究團隊發現,其中的一個未知功能蛋白質Rqc2p的神秘功能。

當錯誤的氨基酸被加到正在合成的多肽鏈時,Rqc2p會在多肽鏈尚未被分解之前,指揮核糖體重複加入兩個氨基酸:丙氨酸(alanine)與蘇氨酸(threonine)。而且可以加到二十個之多。

丙氨酸。圖片來源:wiki
丙氨酸。圖片來源:wiki
蘇氨酸。圖片來源:wiki
蘇氨酸。圖片來源:wiki

Rqc2p與核糖體在將丙氨酸與蘇氨酸加入時,完全不需要有mRNA的腳本;這跟我們一向知道的轉譯作用相違背。我們都知道轉譯作用時,核糖體需要閱讀mRNA的腳本,才能將正確的氨基酸一個一個加入。但是當錯誤的氨基酸被加入時,Rqc2p卻可以在沒有mRNA的狀況下,將丙氨酸與蘇氨酸重複加入。

但是,為什麼Rqc2p要指揮核糖體做這件事呢?

研究團隊認為,或許Rqc2p做這件事有兩個目的:其中之一是加速這個做壞了的多肽鏈被分解;另一個原因則可能是,測試轉譯機器是否仍可正常運作。而為何選擇了丙氨酸與蘇氨酸,則是因為Rqc2p蛋白在與核糖體結合後,本來就會跟連接這兩個氨基酸的tRNA結合。

這個研究結果,推翻了教科書上說的「轉譯一定要有tRNA、mRNA與核糖體才能進行」的結論。只能說,生物的世界是一個令人讚歎的世界,我們原本以為只能以DNA為腳本轉錄出RNA,結果在1970年由Howard Temin與David Baltimore推翻了這個想法;現在我們又發現蛋白質可以在沒有mRNA的狀況下合成,雖然只是由20個氨基酸所構成的多肽鏈,但這也已經足夠讓我們想到「有規則就有例外」這句名言了!

參考資料:
Peter S. Shen, Joseph Park, Yidan Qin, Xueming Li, Krishna Parsawar, Matthew H. Larson, James Cox, Yifan Cheng, Alan M. Lambowitz, Jonathan S. Weissman, Onn Brandman, Adam Frost. 2015. Rqc2p and 60S ribosomal subunits mediate mRNA-independent elongation of nascent chains. Science. 347(6217):75-78 DOI: 10.1126/science.1259724
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作者:葉綠舒 慈濟大學生命科學系助理教授,科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。

 

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