Ekspresja genów część III. Translacja.

Redakcja _ | 2013-03-27

Tagi: mRNA, tRNA, kwasy nukleinowe, translacja, ekspresja genów

Termin „translacja” określa proces biosyntezy białek. Dlaczego akurat „translacja”? Ponieważ proces ten ma na celu przepisanie informacji zawartej w mRNA, zapisanej w „języku nukleotydów”, na „język aminokwasów” będących składnikami protein – produktu translacji. W procesie translacji biorą udział kwasy rybonukleinowe, szereg enzymów, kompleksy białkowe oraz rybosomy. Tylko współgranie wszystkich tych elementów może zapewnić powstanie prawidłowej cząsteczki białka.

Translacja, podobnie jak transkrypcja, przebiega w trzech etapach: inicjacji, elongacji i terminacji. W tym procesie ważna jest nie tylko cząsteczka matrycowego RNA, ale także transportujący RNA oraz rybosomalny RNA.

Łączenie tRNA ze swoistymi aminokwasami

Aby mogło dojść do przyłączenia aminokwasu do tRNA potrzebne są enzymy zwane syntetazami aminoacylo-tRNA, które przyłączają dany aminokwas do sekwencji aminokwasowej w cząsteczce tRNA dzięki wytworzeniu wiązania kowalencyjnego. Dla każdego aminokwasu istnieje odrębna syntetaza, zatem istnieje ich 20. Reakcja wiązania aminokwasu do końca 3’ w tRNA przebiega z udziałem energii pochodzącej z ATP.  

Odczytywanie informacji zawartej w mRNA

Rozpoznanie kodonu w mRNA przez antykodon w tRNA zachodzi w myśl reguły komplementarności zasad. Jednak aby odczytać informacje zawarte w matrycowym RNA niezbędna jest specyficzna maszyneria molekularna, która, przemieszczając się po mRNA, będzie zdolna do przełożenia sekwencji nukleotydów na sekwencję aminokwasów w białku. Takim kompleksem, który jest niezbędny do przeprowadzenia procesu translacji, są rybosomy, czyli struktury zbudowane z rRNA i około 50 różnych białek. Zarówno u Prokaryota jak iEukaryota rybosomy mają podobną budowę – składają się z dwóch podjednostek, z których jedna stanowi małą podjednostkę rybosomu a druga dużą. Wielkość rybosomu jest różna dla organizmów prokariotycznych i eukariotycznych i wynosi odpowiednio 70S i 80S, ponadto mała podjednostka u Prokaryota ma masę 30S, duża zaś 50S. U Eukaryota masy te wynoszą odpowiednio 40S i 60S. S oznacza tzw. stałą sedymentacji, czyli stałą opadania. Mała podjednostka ma za zadanie dopasować cząsteczki tRNA do kodonów w mRNA, duża zaś katalizuje powstawanie wiązań peptydowych  pomiędzy aminokwasami i tym samym wydłużanie łańcucha polipeptydowego.

Inicjacja. Aby proces translacji mógł się rozpocząć, niezbędne jest przyłączenie do mRNA obu podjednostek rybosomów w pobliżu końca 5’ transkryptu. Następnie rybosom, przesuwając się po mRNA, dokonuje, kodon po kodonie, odczytu sekwencji nukleotydów, i przekłada je na sekwencje aminokwasów. W rybosomie znajdują się cztery charakterystyczne miejsca. Jedno z nich znajduje się w małej podjednostce i jest to miejsce wiązania mRNA, trzy pozostałe to miejsca wiązania tRNA w dużej podjednostce rybosomu, nazwane A, P i E. Miejsce P, czyli miejsce peptydylo-tRNA utrzymuje cząsteczkę tRNA połączoną z rosnącym łańcuchem peptydowym, miejsce A  (miejsce aminoacylo-tRNA, zwane także miejscem aminokwasowym) przytrzymuje cząsteczkę tRNA niosącą aminokwas, a miejsce E jest miejscem wyjścia (ang. exit), w którym cząsteczka tRNA opuszcza rybosom. 

Sygnałem dla rozpoczęcia procesu translacji jest kodon AUG, który jest rozpoznawany przez inicjatorowy tRNA połączony z metioniną (kodon AUG to kodon START, kodujący właśnie metioninę). U bakterii pierwszym aminokwasem, od którego rozpoczyna się translacja jest N-formylometionina. Czasami jako kodony inicjacyjne wykorzystywane są kodony GUG czy UUG a odbywa się to dzięki zasadzie tolerancji.

Aminokwas inicjujący po wytworzeniu łańcucha polipeptydowego jest zazwyczaj odcinany od początku łańcucha. Inicjatorowy tRNA wchodzi w miejsce P dużej podjednostki rybosomu. Przyłączenie w miejscu A kolejnego aminokwasu rozpoczyna drugi etap syntezy białka, czyli elongację łańcucha polipeptydowego.

Elongacja. Gdy powstanie pierwsze wiązanie peptydowe pomiędzy metioniną a kolejnym aminokwasem, rozpoczyna się elongacja łańcucha aminokwasowego. Duża podjednostka rybosomu katalizuje powstanie wiązania peptydowego między C-końcem metioniny a N-końcem kolejnego aminokwasu. Metionina odcina się na tym etapie od tRNA w miejscu P i jest przenoszona na aminokwas związany z tRNA w miejscu A. Dipeptyd związany z tRNA jest w następnej kolejności przenoszony do miejsca P, zwalniając miejsce A dla kolejnego tRNA związanego z następnym aminokwasem. Dzieje się tak dlatego, że duża podjednostka rybosomu przemieszcza się po mRNA. W tym samym czasie pusty tRNA przechodzi z miejsca P do miejsca E i opuszcza rybosom. Cząsteczka mRNA przesuwa się wraz ze związanym z nią tRNA i małą podjednostką rybosomu eksponując wolne miejsce A. Kolejne etapy elongacji przebiegają podobnie do wyżej opisanego schematu, aż do momentu, kiedy w miejscu A pojawi się kodon STOP.

Terminacja.Kodon STOP nie jest rozpoznawany przez żaden tRNA, a w jego miejscu wiążą się specyficzne białka zwane czynnikami terminacyjnymi. Powodują one dodanie cząsteczki wody w miejsce aminokwasu. Ta reakcja zrywa, na drodze hydrolizy, wiązanie między polipeptydem a tRNA w miejscu P i uwalnia karboksylowy koniec tego łańcucha.

Powstałe w procesie translacji białko może ulegać następnie spontanicznemu fałdowaniu przybierając specyficzną konformację, a proces ten zachodzi często jeszcze w trakcie trwania tego procesu w rybosomie. Synteza znacznej części białek trwa od ok. 20 sekund do kilku minut.

Przeczytaj także:

Ekspresja genów – część I. Rodzaje kwasów rybonukleinowych i kod genetyczny

Ekspresja genów – część 2. Transkrypcja i dojrzewanie pre-mRNA.

 

Anna Byczkowska

 

Żródła - kliknij, aby zwinąć

Źródła:

„Cytobiochemia. Biochemia niektórych struktur komórkowych” Leokadia Kłyszejko-Stefanowicz, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2002

„Fizjologia roślin” pod red. Jana Kopcewicza i Stanisława Lewaka, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2007

 „Podstawy biologii. Związek między strukturą i funkcją komórki eukariotycznej”, Andrzej Kaźmierczak,  Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego, Łódź 2012

 „Biologia”, N. A. Campbell, J. B. Reece, L. A. Urry, M. L. Cain, S. A. Wasserman, P. V. Minorsky, R. B. Jackson, Wydawnictwo Rebis, Poznań 2012

„Genomy”, Brown T. A., Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2012