Translation (轉譯作用)

整理表格：

	原核	真核	簡略功能	備註
Initiation
	IF1	eIF1A	結合卡住 A-site 防止 tRNA 過早結合
	IF3	eIF1	結合卡住 E-site 防止 40S / 60S 過早結合	原核由 16S rRNA 辨認 SD sequence (5'-UTR)
	IF2 (兼任)	eIF2 eIF5B	協助起始-tRNA 進入 P-site 促進大次單元結合	具 GTPase 活性 (GTP 消耗：原核 1，真核 2)
		eIF3	作為結構中心幫助其他 eIF 結合到 40S 上	最大分子量 (800 kDa)
		eIF4F (complex)	識別 5' cap 並與 PAPB 結合 - 4A：RNA helicase - 4E：結合 5'-cap - 4G：結合 PABP	4F = 4A + 4E + 4G (4A 耗 ATP 解旋) 一同將 mRNA 帶來結合形成 Closed-loop model (5' to 3' end to end)
Elonation
	EF-Tu	eEF-1 α subunit	協助 tRNA 進入 A site	水解 GTP 提供能量
	EF-Ts	eEF-1 βγ subunit	協助 EF-Tu / α 更新 GTP (把 GDP 換成 GTP)	為 Guanine-nucleotide exchange factor (GEF)
	EF-G	eEF-2	協助 Ribosome translocation (tRNA-mRNA complex 移位)	可進入 A-site 水解 GTP 提供能量
Release
	RF1 RF2	eRF1 (兼任)	識別 UAA, UAG 識別 UAA, UGA	eRF1 辨認所有 Stop codon 可進入 A-site
	RF3	eRF3	協助 RF1, RF2 脫離 (消耗 GTP)	GTP-binding protein
	RRF		釋放 tRNA, 拆除 ribosome	EF-G 協助 GTP 水解產能

轉譯的能量消耗

合成含 n 個胺基酸的肽鏈：

原核消耗真核消耗備註

只計 GTP 2n 2n+1 真核比原核多 1 GTP (起始步驟)

只計 ATP 2n 2n+1 只有活化步驟和真核起始步驟

總計 4n 4n+2
例題：
- 原核生物產生 100 個胺基酸的肽鏈，共耗幾個 GTP？ → 200 GTP
- 真核生物產生 300 個胺基酸的肽鏈，共耗幾個 ATP (不計 GTP)？ → 601 ATP

	原核消耗	真核消耗	備註
只計 GTP	2n	2n+1	真核比原核多 1 GTP (起始步驟)
只計 ATP	2n	2n+1	只有活化步驟和真核起始步驟
總計	4n	4n+2

階段	作用因子 (原核 / 真核)	消耗	數量	備註
0. 胺基酸活化	AARS	ATP	2n	ATP → AMP + PPi

1. 起始 (Initiation)	IF2 / (eIF2 + eIF5B)	GTP	1 / 2	起始 Met 直接進 P-site 不需 EF-Tu
	- / eIF4A (Helicase)	ATP	0 / 1	真核起始限定解開 5'UTR 以利掃描實際數量視 mRNA 而定

2. 進入 (Delivery)	EF-Tu / eEF1α	GTP	1(n-1)	使==第 2 到第 n 個== tRNA 進入 A-site
3. 易位 (Translocation)	EF-G / eEF2	GTP	1(n-1)	將==第 2 到第 n 個== tRNA 推入 P-site

4. 終止 (Termination)	RF3 / eRF3	GTP	1	Termination & Recycling (RF3, RRF 總計算 1 個 GTP)

真核原核轉譯起始比較

原核由 16S rRNA 辨認起始序列：先加入 mRNA，再加入起始 tRNA
- IF1, IF3 加入 30S
- → mRNA 加入
- → IF2-GTP 協助 fMet-tRNA 加入
- → IF2 的 GTP 水解，解散 IFs
- → 50 S 加入結合 30S
真核從頭 Scanning：先加入起始 tRNA，再結合 mRNA
- eIF1A, eIF1, eIF3 加入 40S
- → eIF2-GTP 協助 Met-tRNA 加入、eIF5B-GTP 加入 (43S complex)
- → eIF4F - mRNA complex 加入 (48S complex)
- → 開始 Scanning 找 AUG
- → eIF2、eIF5B 的 GTP 水解，解散 eIFs (4F 仍結合)
- → 60 S 加入結合 40S

比較點	原核	真核	備註
協助起始 tRNA	IF2-GTP	eIF2-GTP	進入 P-site
促進大次單元結合	IF2-GTP	eIF5B-GTP	eIF5B 與 IF2 同源
總計水解 GTP	1 個 GTP	2 個 GTP	原核一人作業真核精細分工
水解 GTP 時機	大次單元結合前	大次單元結合前	水解使起始因子解散讓==大次單元加入==結合

項目	原核生物	真核生物
核糖體	70S = 30S + 50S	80S = 40S + 60S

起始胺基酸	fMet	Met
起始相關序列	Shine - Dalgarno sequence	Kozak sequence
起始序列特色	3' 端 16s RNA 結合辨識位於 Start codon 上游 (5'-UTR)	核糖體以 scanning 方式尋找 AUG 常見但非必要，包含 Start codon

起始因子	IF-1, IF-2, IF-3	eIFs (多)
延長因子	EF-Tu, EF-Ts, EF-G	eEF-1, eEF-2
終止因子	RF-1, RF-2, RF-3	eRF-1, eRF-2, eRF-3

Initiation：
- Small subunit 結合 mRNA 5'端。
  - Initiation factor (IF, eIF)：
    - 結合 small subunit，幫助其結合上 mRNA。
- 移動至 Start codon (AUG)，initiator-tRNA 以 anti-codon 配對結合上 P-site。
- Large subunit 結合上來，開始催化胺基酸之間肽鍵形成。
Elongation：
- Ribosome 往 mRNA 3'端移動。
- 下一個 t-RNA 配對結合上 A-site。
- 位於 P-site 的 t-RNA 將多肽鏈交接給 A-site tRNA。
- P-site t-RNA 前往 E-site 後離開，A-site tRNA 移至 P-site。
Termination：
- 當 Stop codon 佔據 A-site，Release factor 進入 A-site

Ribosome：
- 原核生物：30S+50S=70S
  
  約 55 種 protein + 3 種 rRNA
  - 30S subunit：
    - rRNA：16S (與 5'-UTR 互補)
    - r protein：21 種
  - 50S subunit：
    - rRNA：
      - 23S：
        
        具有 Peptidyl transferase center
        
        為 Ribozyme (具催化能力的 RNA)
      - 5S
    - r protein：約 34 種
- 真核生物：40S+60S=80S
  
  共 82 種 protein + 4 種 rRNA
  - 40S subunit：
    - rRNA：18S
    - r protein：33 種
  - 60S subunit：
    - rRNA：
      - 28S：
        
        Peptidyl transferase center
        
        為 Ribozyme (具催化能力的 RNA)
      - 5.8S
      - 5S
    - r protein：49 種

構成與功能	原核生物 (Prokaryotes)	真核生物 (Eukaryotes)	備註
總沉降係數	70S	80S	S 非線性加總
小次單元 (r protein + rRNA)	30S (21 rp + 16S)	40S (33 rp+ 18S)	辨識 mRNA 16S 結合 SD sequence
大次單元 (r protein + rRNA)	50S (34 rp + 23S, 5S)	60S (49 rp + 28S, 5.8S, 5S)	催化肽鍵形成
Ribozyme	23S	28S	具 Peptidyl transferase 活性
RNA Pol	由同一 Pol 合成	5S：Pol III 其餘：Pol I	真核 5S 轉錄為 Internal promoter

Which of the following statements is not true concerning peptidyI transferase?

(A) It is a ribozyme having catalytic activity.
(B) It catalyzes peptide bond formation.
(C) It moves the ribosome, so translation continues.
→ 錯，移動 ribosome 是 EF-G / eEF-2 的功能
(D) It is associated with the large subunit of ribosomes.
→ Peptidyl transferase center 位於大次單元 (50S 的 23S / 60S 的 28S)

真核 rRNA 合成

真核生物大部分 rRNA 由 RNA pol I 合成
但 rRNA 5S 由 RNA pol III 合成

APE site

A-site：Amino acidyl
P-site：Peptidyl
E-site：Exit

原核起始/釋放因子：

Initiation factor	功能	備註
IF1	阻止 tRNA 結合 A-site
IF2	轉運 fMet-tRNA 進入 P-site，協助 50S 結合	具 GTPase 活性
IF3	檢查 P-site codon 配對是否正確	非普遍存在於所有細菌物種中

Elonation factor	功能	備註
EF-Tu	協助 tRNA 進入 A site	水解 GTP 提供能量
EF-Ts	幫 EF-Tu 更新 GTP 催化 EF-Tu 釋放 GDP，以 GTP 代替	為 Guanine-nucleotide exchange factor (GEF)
EF-G	催化 tRNA 和 mRNA 從 A site 進入 P site 延長肽鏈	水解 GTP 提供能量

Release factor	功能
RF1	識別 STOP codon (UAA, UAG → ochre, amber)
RF2	識別 STOP codon (UAA, UGA → ochre, opal)
RF3	GTP 結合蛋白，在肽鏈釋放後將 RF1/RF2 與肽鏈解離。

原核生物 IF 作用步驟：
- IF3 結合 30S
- IF1 加入 30S
- IF2 結合 GTP，加入 30S
- fMet-tRNA 結合 IF2，再被轉移至 P-site
- 50S 加入，IF2 水解 GTP 並改變構型，IF 們離開
- 70S 形成

真核起始/延伸/釋放因子：

Initiation factor	功能	備註
eIF1A	結合 40S，阻止 60S 結合，在 A-site 附近	類似 IF1 功能
eIF1	識別 START codon (AUG)，在 P-site 附近識別 Kozak 序列：(gcc)gccRcc==AUG==G	類似 IF3 功能
eIF2 eIF5B	參與形成 eIF2 · GTP · Met-tRNA complex 轉運 Met-tRNA 進入 P-site，協助 60S 結合	類似 IF2 功能 (水解 2 GTP)
eIF3	作為結構中心，幫助其他 eIF 結合到 40S 上	最大分子量 (800 kDa)
eIF4F (A + E + G)	識別 5' cap、RNA Helicase 活性與 Poly(A)-binding protein (PABP) 結合作用	PABP 結合 poly-A tail 可能環化活化結合的 mRNA

Elonation factor	功能	備註
eEF-1	- α subunit：協助 tRNA 進入 A site - βγ subunit：催化 α 釋放 GDP，以 GTP 代替	- 類似 EF-Tu 功能 - 類似 EF-Ts 功能
eEF-2	催化 tRNA 和 mRNA 從 A site 進入 P site 延長肽鏈	類似 EF-G 功能

Release factor	功能
eRF1	識別所有三種 STOP codon
eRF3	幫助 eRF1 釋放肽鏈。

In eukaryotes, the 3' end of the mRNA is important in the initiation of translation because

(A) it contains Kozak sequences that aid in initiation.→ 錯，Kozak 序列包含起始位點，在 5' 端
(B) translation occurs in the 3' to 5' direction. → 錯，5' to 3'
(C) elF4A is attached to the 3' end and removes any secondary structure that might prevent translation.
(D) the 3' poly( A ) tail and PABP bind initiation factor elF4G, stabilizing the 5' end of the mRNA.

整理表格：

原核由 16S rRNA 辨認起始序列：先加入 mRNA，再加入起始 tRNA

真核從頭 Scanning：先加入起始 tRNA，再結合 mRNA

Initiation：

Elongation：

Termination：

Ribosome：

原核生物：30S+50S=70S

30S subunit：

50S subunit：

真核生物：40S+60S=80S

40S subunit：

60S subunit：

原核起始/釋放因子：

真核起始/延伸/釋放因子：