Translacja (biosynteza białek): mechanizm, rola mRNA, ribosomów i tRNA
Translacja (biosynteza białek): przejrzyste wyjaśnienie mechanizmu, roli mRNA, rybosomów i tRNA — od kodonu do funkcjonalnego białka.
Translacja (tłumaczenie) jest drugim etapem biosyntezy białek i częścią procesu ekspresji genów. W trakcie translacji informacja zawarta w sekwencji nukleotydów mRNA jest odczytywana w celu zbudowania łańcucha polipeptydowego — przyszłego białka.
Zanim rozpocznie się translacja, zachodzą etapy przetwarzania informacji genetycznej:
- transkrypcja — proces, w którym z DNA powstaje pre-mRNA zawierające zarówno eksony, jak i introny;
- Łączenie RNA za pomocą splicosomów — czyli wycinanie intronów i składanie eksonów, co prowadzi do powstania dojrzałego mRNA;
- transport do cytoplazmy i sformułowanie posłańca RNA (mRNA) gotowego do translacji — u eukariontów mRNA jest dodatkowo modyfikowane (5' cap, poliadenylacja), a następnie eksportowane z jądra.
U eukariontów tłumaczenie odbywa się na rybosomach w cytoplazmie oraz na rybosomach związanych z siatką endoplazmatyczną (RE). U bakterii tłumaczenie odbywa się w cytoplazmie, ponieważ brak im jądra i procesy transkrypcji i translacji mogą zachodzić jednocześnie (są sprzężone).
Galeria obrazów
7 Obrazy
Rola mRNA
mRNA (ang. messenger RNA) przenosi informację o kolejności aminokwasów zakodowaną w DNA. Informacja jest odczytywana w trójkowych jednostkach — kodonach (po trzy nukleotydy). Jeden kodon odpowiada jednemu aminokwasowi (z wyjątkiem kodonów STOP, które sygnalizują zakończenie translacji). Sekwencja startowa (najczęściej AUG kodujący metioninę) determinuje miejsce rozpoczęcia odczytu i ramkę odczytu.
Budowa rybosomu i jego rola
Rybosomy składają się z małej i dużej podjednostki. Mała podjednostka wiąże mRNA i umożliwia odczytanie kodonów, a duża podjednostka katalizuje tworzenie wiązań peptydowych między aminokwasami (aktywność peptydylotransferazowa jest właściwością rRNA). Rybosom ma miejsca A (aminoacylowe), P (peptydylowe) i E (exit) — miejsca te uczestniczą w cyklu wprowadzania na miejsce następnego tRNA, tworzenia więzania peptydowego i uwalniania pustego tRNA.
tRNA i ładowanie aminokwasów
Aminokwasy są przenoszone do rybosomu przez specyficzne cząsteczki tRNA, które mają region antykodonu komplementarny do kodonu mRNA. Każdy tRNA posiada konkretny antykodon i jest naładowany odpowiednim aminokwasem przez enzymy aminoacyl-tRNA syntetazy. To enzymy te rozpoznają zarówno aminokwas, jak i odpowiedni tRNA, więc to one gwarantują poprawne sparowanie antykodon–aminokwas.
Mechanizm translacji — etapy
Inicjacja: Mała podjednostka rybosomu oraz inicjacyjne tRNA (niosące metioninę) wiążą się z mRNA przy odpowiednim miejscu startowym (u prokariotów często za pomocą sekwencji Shine-Dalgarno, u eukariontów rozpoznawana jest struktura 5' cap i kontekst Kozaka). Następnie dołącza duża podjednostka, tworząc funkcjonalny rybosom gotowy do elongacji.
Elongacja: Do miejsca A wchodzi aminoacylowane tRNA komplementarne do aktualnego kodonu mRNA. W miejscu P znajduje się łańcuch peptydowy związany z poprzednim tRNA. Enzymatyczna część dużej podjednostki katalizuje przeniesienie łańcucha peptydowego z tRNA w miejscu P na aminokwas przyłączony do tRNA w miejscu A (tworzenie wiązania peptydowego). Rybosom przesuwa się o jeden kodon, przenosząc tRNA z P do E (uwolnienie) i z A do P, a miejsce A zostaje wolne dla następnego aminoacyl-tRNA.
Terminacja: Gdy w miejscu A pojawi się kodon STOP (UAA, UAG, UGA), nie istnieje odpowiadający mu tRNA. Zamiast tego działają czynniki uwalniające (release factors), które inicjują hydrolizę wiązania między łańcuchem polipeptydowym a tRNA w miejscu P, prowadząc do uwolnienia nowo powstałego polipeptydu i dysocjacji kompleksu translacyjnego.
Dalsze losy polipeptydu — fałdowanie i modyfikacje
Powstały łańcuch polipeptydowy często wymaga fałdowania (często z pomocą białek opiekuńczych — chaperonów) oraz modyfikacji potranslacyjnych — np. odcinania peptydów sygnałowych, glikozylacji, fosforylacji, tworzenia mostków disiarczkowych. Te modyfikacje wpływają na funkcję, trwałość i lokalizację białka.
Kierowanie białek do siateczki endoplazmatycznej i dalszy transport
Wiele rybosomów wraz z mRNA przyczepia się do zewnętrznej błony siateczki endoplazmatycznej. Białka przeznaczone do eksportu, wbudowania w błony lub do lizosomów zawierają sekwencję sygnałową rozpoznawaną przez cząsteczkę SRP (signal recognition particle), co zatrzymuje translację i kieruje rybosom do receptora w błonie RE. Nowo syntezowane białka trafiają do wnętrza siateczki endoplazmatycznej, skąd są pakowane do pęcherzyków i transportowane do innych organelli lub wydzielane na zewnątrz komórki.
Różnice między prokariotami a eukariotami
Główne różnice obejmują m.in.:
- u prokariotów transkrypcja i translacja mogą być sprzężone czasowo i przestrzennie (brak jądra);
- mechanizmy inicjacji różnią się — sekwencja Shine-Dalgarno u bakterii vs 5' cap i kontekst Kozaka u eukariontów;
- u eukariontów mRNA jest zwykle modyfikowane (5' cap, poli-A) i eksportowane z jądra przed translacją;
- skład rybosomów i niektóre białka czynników translacyjnych różnią się między typami komórek.
Inne istotne cechy
Kod genetyczny jest zdegenerowany — wiele kodonów może kodować ten sam aminokwas. Również błędy translacyjne występują rzadko dzięki specyficzności parowania antykodon–kodon oraz dokładności działania aminoacyl-tRNA syntetaz. Rybosomy i rRNA odgrywają centralną rolę w dokładności i szybkości syntezy białek.
Podsumowując, translacja to złożony, ściśle kontrolowany proces przekształcania informacji genetycznej zawartej w mRNA w funkcjonalne białka, wymagający współpracy mRNA, rybosomów, tRNA, enzymów i licznymi mechanizmami kontrolnymi zapewniającymi poprawność i właściwe przeznaczenie syntezowanych białek.
Cztery etapy
Tłumaczenie odbywa się w czterech etapach: aktywacja (make ready), inicjacja (start), wydłużenie (make longer) i zakończenie (stop). Terminy te opisują wzrost łańcucha aminokwasowego (polipeptyd).
- Aminokwasy są doprowadzane do rybosomów i łączone w białka. Na etapie aktywacji właściwy aminokwas jest kowalencyjnie wiązany z właściwym transferem RNA (tRNA). Gdy tRNA jest połączone z aminokwasem, jest on "ładowany".
- Inicjacja jest wtedy, gdy mała część rybosomu łączy się z 5' końcem mRNA za pomocą czynników inicjacyjnych (IF).
- Wydłużenie jest wtedy, gdy aminokwasy dostarczane przez "naładowane" tRNA są połączone ze sobą, tworząc polipeptyd.
Niektóre antybiotyki działają, powstrzymując tłumaczenie przed działaniem. Rybosomy prokariotyczne różnią się od rybosomów eukariotycznych. Więc antybiotyki mogą zabijać bakterie bez szkody dla żywiciela eukariotycznego. Na przykład, antybiotyki przyjmowane przez człowieka mogą zabić bakterie, które sprawiają, że człowiek jest chory, ale nie wyrządzają mu krzywdy.
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest tłumaczenie?
O: Translacja to druga część biosyntezy białka, czyli procesu tworzenia białek. Jest częścią ekspresji genów i polega na utworzeniu messenger RNA z eksonów i intronów.
P: Gdzie u eukariontów odbywa się translacja?
O: U eukariontów tłumaczenie odbywa się na rybosomach w cytoplazmie i retikulum endoplazmatycznym.
P: Jak działa tRNA podczas translacji?
O: Podczas translacji tRNA z antykodonami łączy się z pasującymi kodonami mRNA i przenosi aminokwasy. Kiedy tRNA łączy się z mRNA, aminokwas, który był z nim związany, odłącza się od tRNA i łączy się z aminokwasem przyniesionym przez poprzedni tRNA.
P: Jak działa rybosom podczas tłumaczenia?
O: Rybosom działa podczas tłumaczenia jak giełda i taśma kleszczowa. Wiele rybosomów przyczepia się do zewnętrznej błony szorstkiego retikulum endoplazmatycznego wraz z mRNA, gdzie wytwarzają białka, które trafiają do pęcherzyków, które następnie przenoszą je do innych organelli lub na zewnątrz komórki.
P: Co jest przed transkrypcją?
O: Przed transkrypcją następuje ekspresja genu, który tworzy łańcuch intronów i eksonów poprzez splicing RNA przez spliceosomy, które usuwają introny.
P: Co się dzieje po wytworzeniu polipeptydów podczas translacji?
O: Po wytworzeniu polipeptydów w procesie translacji, mogą one wymagać połączenia z innymi polipeptydami, aby mogły utworzyć całe białka, lub złożenia, aby mogły funkcjonować jako białka.
P: Gdzie u bakterii odbywa się translacja?
O: U bakterii translacja odbywa się w cytoplazmie ich komórek, ponieważ nie mają one jądra.
Powiązane artykuły
Autor
AlegsaOnline.com Translacja (biosynteza białek): mechanizm, rola mRNA, ribosomów i tRNA Leandro Alegsa
URL: https://pl.alegsaonline.com/art/101171