翻译的过程与转录类似，也分为起始、延伸和终止三个步骤。翻译起始也同样需要寻找翻译起点（起始密码子），结合核糖体小亚基、起始tRNA（tRNAi）和核糖体大亚基，组装成起始复合物后才能进入延伸阶段。
翻译起始复合物。引自PDB-101
起始密码子是AUG，所以起始氨基酸是甲硫氨酸。不过真核的起始tRNA及其携带的甲硫氨酸都是正常的，而原核生物起始氨基酸是甲酰甲硫氨酸（fMet），其tRNA也与正常不同，称为tRNAf。其与甲硫氨酸结合后被甲酰化酶催化甲酰化，供体为甲酰四氢叶酸。
另一方面，真核生物多为单顺反子，即一条mRNA只编码一条肽链，所以只有一个起始密码子。而原核生物因为基因表达采用操纵子模式，所以是多顺反子，有多个起始密码。
所以原核生物用一段保守序列作为起始密码的标志，称为SD序列（Shine-Dalgarno sequence），以其发现者John Shine和Lynn Dalgarno命名。它位于起始AUG上游约7个碱基处，富含嘌呤，长约4-7个核苷酸。
SD序列与16 S rRNA结合。themedicalbiochemistrypage.org
在核糖体小亚基中有一段序列与之互补，称为反SD序列（anti-SD sequence，ASD）。所以SD序列还有募集小亚基和定位翻译起点（translation initiation site，TIS）的作用。SD序列的突变会降低翻译起始效率。
真核生物通常仅有一个起始密码，所以是从帽子向下游扫描来寻找的，不需要SD序列做标志。不过真核起始密码上游也有一段保守序列，称为Kozak序列，或Kozak motif，同样以其发现者Marylin Kozak命名。
Kozak序列是GCC R CC AUG G，其中R代表嘌呤（A或G），AUG是起始密码。它并不参与小亚基结合，但仍与翻译效率和TIS识别有关。已观察到−3A与真核起始因子eIF2α有相互作用，而+4G与核糖体蛋白S9（rpS9）和18S rRNA有相互作用。
核糖体识别起始密码子。Trends Biochem Sci. 2019 Dec;44(12):1009-1021.
翻译起始过程中也需要多种蛋白因子，称为起始因子（initiation factor）。原核生物中以IF命名，真核称为eIF（eukaryotic IF），注意e为小写。哺乳动物eIF至少有12种，有29种不同的蛋白质组成。最大的eIF复合物是eIF3复合物，包含13个亚基，总质量超过800 kDa。
真核生物核糖体亚基及部分翻译起始因子。Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2017 Mar 19; 372(1716): 20
eIF3的主要功能是充当起始复合物组装的支架。它包括PCI、MPN、big等几个部分，可以与40 S小亚基的多个位点结合，环绕整个小亚基，还可与多种起始因子相互作用，募集并调节其精细定位，从而形成多因子复合物（MFC）。
哺乳动物eIF3复合物的亚基构成。RNA Biol. 2018; 15(1): 26–34.
eIF3具有多种功能。例如，翻译起始需要核糖体解离成40 S和60 S亚基，而eIF3具有抗结合活性，可通过与小亚基结合来阻止其与大亚基重新结合。直到所有准备工作完成后，eIF3才会解离，以形成80 S起始复合物。eIF1等也有类似作用。
酵母和兔的40 S亚基与eIF3复合物。Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2017 Mar 19; 372(1716): 20160186
真核翻译起始的典型模式始于三元复合物的形成，由eIF2、携带甲硫氨酸的tRNA和GTP组成。eIF1，eIF1A和eIF3促进三元复合物与40S核糖体亚基的结合，形成43 S预起始复合物（pre-initiation complex，PIC）。
这种翻译起始模式也称为帽扫描或帽依赖（cap-dependent）模式。帽识别蛋白eIF4E结合5’帽，并与eIF 4A，4G和4B一起将PIC募集到5’mRNA末端。eIF4G支架蛋白和poly（A）结合蛋白（PABP）相互作用，使复合物向3’方向扫描，直到抵达起始密码子为止。
预起始复合物扫描模型。Nat Rev Mol Cell Biol. 2010 Feb; 11(2): 113–127.
一些蛋白质可以结合eIF4E，因而成为翻译阻遏物。研究最深入的翻译阻遏物是哺乳动物eIF4E结合蛋白（4EBP）。如果4EBP被高度磷酸化，就不能与eIF4E结合，从而失去翻译阻遏作用。
在哺乳动物细胞中，mTORC1复合物负责4EBP的磷酸化，在增殖和细胞生长中起关键作用。一旦mTORC1失活，就会发生4EBP的快速去磷酸化，恢复eIF4E结合能力，从而抑制了帽依赖翻译起始。
在识别起始密码的过程中，eIF1和eIF1A具有重要作用。eIF1占据了P位点（肽酰位点）的一部分，它带有一个保守的环，可以伸入mRNA通道，探测密码子的配对情况。
eIF1A则占据了A位点（氨酰位点）的一部分，它的结合使rRNA解码位点的碱基处于一种开放构象（open conformation），减弱了mRNA与rRNA之间的相互作用，从而促进了mRNA的扫描。
核糖体起始复合物的结构。Nat Rev Mol Cell Biol. 2010 Feb; 11(2): 113–127.
当扫描到AUG后，正确的配对引起暂停，并导致一系列构象变化，形成封闭构象（closed conformation）。然后eIF1从复合物中释放，起始tRNA才能正常占据P位点。
核糖体的开放和封闭构象。Cell. 2009 Feb 20; 136(4): 731–745.
eIF1的释放还导致eIF2-GTPase活性位点释放磷酸。在最初的三元复合物中，GTP与GDP处于平衡状态，磷酸的释放使GTP完全水解，导致eIF2-GDP离开复合物。
核糖体识别起始密码子。Trends Biochem Sci. 2019 Dec;44(12):1009-1021.
eIF2离开后，新暴露的40 S亚基和eIF1A会募集eIF5B和60 S大亚基。当80 S复合物形成后，再释放出eIF1A、eIF3、eIF5和eIF5B。此时没有eIF1A阻止tRNA进入A位点，翻译才能进入延伸阶段。
真核生物翻译起始过程。Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2017 Mar 19; 372(1716): 20160186.
以上是真核生物翻译起始的经典模式。正常情况下，大多数mRNA的翻译起始都采用这种模式。
作为多数翻译过程的第一步，当然有多种调节机制。在氧化应激、氨基酸限制、内质网应激等条件下，经典模式会受到一些通路的抑制，最常见的就是对eIF2和eIF4E的抑制。
经典翻译起始机制的调控。EMBO Rep. 2018 Oct; 19(10): e45947.
除经典模式外，翻译起始还有多种方式。例如，同样是帽依赖的起始，还有一种不依赖eIF4E的起始方式，由帽结合复合物（CBC）介导帽子的结合与扫描。这种模式与mRNA的寿命调控有关，可能参与无义介导的mRNA衰变（NMD）。
CBC依赖的翻译与eIF4E依赖的翻译。BMB Rep. 2017 Apr; 50(4): 186–193.
类似的还有eIF3d介导的起始，由eIF3d进行帽识别，以指导翻译起始，从而代替eIF4E。
非帽依赖的翻译起始也有多种。内部核糖体进入位点（IRES），是在病毒mRNA中首先发现的一种顺式元件，可以借助IRES 反式作用因子（ITAF），将核糖体募集到病毒mRNA中的特定起始密码子，从而允许非帽依赖的翻译起始。
经典翻译起始机制的调控。EMBO Rep. 2018 Oct; 19(10): e45947.
一些病毒利用IRES劫持宿主翻译机制，关闭帽依赖性翻译，同时保持病毒蛋白翻译。但IRES介导的翻译并不仅限于病毒。已经证明IRES元件在辐射、缺氧、血管生成、凋亡和营养物质剥夺等条件下具有活性。
所以IRES介导的翻译起始可能代表了一种调节机制，该机制使细胞能够响应并应对各种短暂的应激相关情况。某些mRNA中的IRES元素可能对维持正常的生理过程很重要，但也参与多种病理过程。
在多发性骨髓瘤中，原癌基因c-Myc的IRES结构中有一个C> T突变，可以导致IRES活性显著增加。这种突变可以促进ITAF的结合，从而增加了c-Myc蛋白的合成。
哺乳动物中具有IRES的mRNA。themedicalbiochemistrypage
另一种非帽依赖的起始模式是m6A介导的翻译起始，我们在mRNA的加工修饰中提到过。mRNA 5’UTR中的N（6）-甲基腺苷（m6A）可以直接结合eIF3多蛋白复合物，直接募集43S复合物而无需经过eIF4E介导的帽扫描过程。这种方式也常与应激有关。
特殊的翻译起始机制还有多种，如渗漏扫描（leaky scanning）、翻译重启（Translation re‐initiation）、核糖体分流（Ribosome shunting）等。生物学是迅速发展的学科，随着研究的深入，还会不断有新的发现、新的认识。
例如已经在真核细胞中发现了多顺反子mRNA。哺乳动物中的线粒体基因组和粘液霉菌（Dictyostelium discoideum）都有多顺反子mRNA，主要加工成单、双和三顺反子转录物。一些病毒也可以编码多顺反子RNA。
参考文献：
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