——細菌的核糖體等不及mRNA轉(zhuǎn)錄完成就會開始合成肽鏈

? ? 我們細胞里的轉(zhuǎn)錄和翻譯是在不同的地方進行的：DNA在細胞核內(nèi)被轉(zhuǎn)錄成信使RNA（mRNA），然后mRNA在細胞質(zhì)里被翻譯為蛋白質(zhì)。然而細菌跟我們不一樣，它們的轉(zhuǎn)錄和翻譯在同一個地方進行，這樣一來這兩件事就有可能互相干擾。說來有趣，在細菌的神操作下，這種干擾反倒成了件有利可圖的事。mRNA一開始轉(zhuǎn)錄，核糖體就會開工，它對新生mRNA鏈的拉扯反過來可以促進mRNA的持續(xù)合成。

柔韌的連接

? ? 當然了，通常而言，細菌也不會放任核糖體和RNA聚合酶追尾似的撞在一塊兒。它們派轉(zhuǎn)錄延伸因子去把RNA聚合酶和核糖體連接在一起，使得它們之間的距離不近不遠剛剛好。干這種活兒的轉(zhuǎn)錄延伸因子，比如NusG和NusA，都是柔術高手。在它們的操持下，聚合酶和核糖體之間總是留有恰到好處的空當，讓核糖體可以愉快地完成將氨基酸添加到新肽鏈上所需的一系列小動作。

行動中的表達體

? ? 像這樣的一個RNA聚合酶、一個核糖體和其他一些跟它倆有關系的大分子加在一起，組成的大家伙就是所謂的“基因表達復合體”（簡稱“表達體”，expressome），或稱“轉(zhuǎn)錄-翻譯復合體”（transcription-translation complex, TTC）。名叫NusG和NusA的小蛋白在RNA聚合酶和核糖體小亞基之間牽線搭橋，把剛從RNA出口通道探出頭來的新生mRNA安置在進入核糖體的最佳位置（詳見PDB條目6x9q）。

碰撞復合體

? ??不難想象，像這樣的大塊頭復合體并不是容易對付的研究對象。為了看清楚它們的結構，研究者們嘗試了好幾種辦法。有一項時間較早的研究（得到的結構在PDB條目5my1，這里沒有展示）的方法是暫停RNA聚合酶的工作，讓核糖體撞在它身上。最近的另一項研究用一小段RNA把聚合酶和核糖體“拴”在一起，得到的結構在PDB條目6ztm（上圖左側(cè)）和6vu3（這兒沒展示）當中，跟那項早期研究獲取的結構還蠻相似的。相比之下，當轉(zhuǎn)錄延伸因子NusG/NusA（見上圖右側(cè)）參與進來時，聚合酶和核糖體之間的距離拉遠了些，彼此的相對朝向也跟“撞車”時迥然不同。

探索結構：行動中的表達體

? ? 欣賞表達體的結構能帶給你一種不一樣的享受——整個中心法則就這樣被濃縮在一個小小的結構當中。這里展示的結構來自PDB條目6ztj。圖片上部有一小段DNA，它的雙鏈被RNA聚合酶撐開，形成了一個轉(zhuǎn)錄泡。正在被轉(zhuǎn)錄出來的mRNA向下延伸入核糖體，在那里tRNA按照它身上的密碼子排排站，合成新的蛋白質(zhì)。在上圖所示的結構中，一個苯丙氨酸（白色）占據(jù)了新肽鏈應該處于的位置。要想探索這個結構的更多細節(jié)，請去原網(wǎng)頁查看可互動的JSmol文件。

更多話題

如果你想研究表達體結構圖像“幕后”的冷凍電鏡數(shù)據(jù)，不妨前往EMDataResource看一看。PDB條目6x9q對應的EMDataResource頁面（網(wǎng)址：https://www.emdataresource.org/EMD-22107）是個不錯的開始。

? ? 昨天預告的表達體在這里=w=這玩意兒在去年1月把我狠狠地驚艷到了，可惜當時并沒有翻譯的時間……而將近兩年后的現(xiàn)在再看，它還是讓我感覺妙不可言。（好像莫名其妙地押韻了……？）基因表達的重量級成員在柔韌靈活的結構性蛋白（也就是NusG、NusA之類）的幫助之下組裝為精巧的復合體（或是超復合體——看你個人喜好嘍），形成高效的蛋白質(zhì)合成流水線，——我甚至想用“優(yōu)雅”來形容它們的合作。我大約四年前在Cell雜志的圖片展看到一張有關核糖體的圖片，下面的介紹里說核糖體就像交響樂團的指揮，參與翻譯的其他蛋白和核酸就好比樂手（盡管原文說的是樂器），核糖體組織著它們在合適的時間、按正確的順序做它們該做的事情，演奏出足以讓海頓都贊嘆不已（原文如此(￣▽￣)／）的“蛋白質(zhì)合成交響曲”。表達體讓我再次想到了這個奇妙的比喻。

? ? 補充一句，我上面說的這張圖是圖集RNA Therapeutics里的第六張（網(wǎng)址：https://www.cell.com/pictureshow/rna-therapeutics），圖片的題名叫Symphony No. 70S in Ribo Major，玩的雙關梗很有趣（圖上的是細菌70S大亞基，所以“交響曲”的編號是No. 70S；某某major作為音樂術語是某某大調(diào)的意思，這里雙關了“大”亞基）。這圖集里的圖以及圖下面的介紹都挺有意思的（尤其如果你跟我一樣對RNA有興趣的話），比如第一張圖的介紹開頭引了一句Harry Noller的話：“話說很久很久以前的某天，RNA學會了走路，于是生命誕生了。”當然，Cell Picture Show里的圖集都很好玩?？上КF(xiàn)在Cell官網(wǎng)似乎得翻墻才能上，如果你有翻墻能力的話，務必去養(yǎng)一養(yǎng)眼。

? ? 因技術與能力限制，請前往原網(wǎng)頁以查看原文中所有超鏈接以及可互動的JSmol文件。

? ? 強烈推薦去PDB-101官網(wǎng)查看原文，順便探索一下這個干貨滿滿的科普平臺。

作者：David S. Goodsell

原文網(wǎng)址：https://pdb101.rcsb.org/motm/253

PDB-101首頁：https://pdb101.rcsb.org

RCSB PDB首頁：https://www.rcsb.org

封面圖來源：Wang, C., Molodtsov, V., Firlar, E., Kaelber, JT., Blaha, G., Su, M., and Ebright, RH. Structural basis of transcription-translation coupling. Science 369, 1359-1365 (2020). DOI: 10.1126/science.abb5317

↑這篇文獻也是本文第一幅圖使用的結構出處，其對應的PDB ID為6x9q。