Транслация — биосинтез на белтъци: процес, рибозоми и тРНК

Транслация — изчерпателен гид за биосинтез на белтъци: процес, рибозоми, тРНК и мРНК, стъпки при еукариоти и бактерии за по-добро разбиране на генната експресия.

Транслацията е втората част от биосинтезата на белтъци (създаването на белтъци). Тя е част от процеса на генна експресия и превръща информационната последователност на мРНК в аминокиселинна последователност — полипептид, който след сгъване и модификации може да функционира като белтък.

Преди да започне транслацията в еукариотната клетка обикновено се извършват няколко стъпки на обработка на първичния транскрипт:

1. транскрипция, при която се получава верига от интрони и екзони.
2. сплайсинг на РНК чрез сплайсозоми, които премахват интроните, и
3. съставяне на месинджър РНК от екзони.

Къде протича транслацията

При еукариотите транслацията се извършва от рибозомите както в свободното клетъчно вещество (цитоплазмата), така и върху мембраната на ендоплазмения ретикулум (грапавия ER). При бактериите транслацията се извършва в клетъчната цитоплазма: те нямат ядро, поради което транскрипцията и транслацията могат да бъдат ко-транскрипционни (протичат едновременно върху един и същ трансkript).

Структура на рибозомата и полипептидния синтез

Рибозомите се състоят от две субединици — малка и голяма — които заедно обграждат мРНК. Малката субединица осигурява правилното разпознаване на кодоните на мРНК, а голямата субединица формира активния център, в който се свързват аминокиселините и се образуват пептидните връзки.

Последователността на мРНК (кодоните) определя реда на включване на аминокиселините в полипептида. Тази информация първоначално е записана в ДНК и се копира в мРНК чрез транскрипция. Полученият полипептид може да бъде функционален белтък сам по себе си или част от много-субунитни комплекси. Преди да стане активен, полипептидът често трябва да се сгъне правилно (често с помощта на шаперони) и да бъде подложен на пост-транслационни модификации.

Роля на тРНК и аминокиселинното зареждане

Аминокиселините се пренасят до рибозомата от специфични тРНК, които имат три-нуклеотиден антикодон, комплементарен на кодоните на мРНК. Всяка тРНК се „зарежда” с правилната аминокиселина от набор ензими, наречени аминоацили-тРНК синтетази; това гарантира, че антикодонът винаги съответства на една и съща аминокиселина.

При съвпадение на антикодона с кодона се осъществява базово-комплементарно двойкиране (включително възможността за „wobble” — разхлабено спарване на третата база), след което аминокиселината се прехвърля и се свързва чрез пептидна връзка с растящата верига. Процесът се повтаря за следващите кодони, което води до удължаване на полипептидната верига.

Инициация, елонгация и терминация

Транслацията може да се опише чрез три основни етапа:

• Инициация: рибозомните субединици се асемблират върху мРНК при специфичен стартов кодон (обикновено AUG, който кодира метионин). При еукариотите инициацията изисква фактори на инициацията и търсене на 5' капа и стартовия контекст (Kozak последователност).
• Елонгация: последователните тРНК влизат в рибозомата, се разглеждат кодоните и се образуват пептидни връзки; рибозомата се придвижва по мРНК с по една тройка нуклеотиди (кодон) на стъпка.
• Терминация: при достигане на стоп-кодон (UAA, UAG или UGA) в мястото на A-регион на рибозомата не влиза тРНК, а фактори за релийз, които индуцират освобождаване на завършилия полипептид и дисоциация на рибозомата.

Специални бележки и допълнителни механизми

Рибозомите на еукариотите и прокариотите се различават по размер и сложност (приблизително 80S в еукариотите срещу 70S в бактерии; субединици 60S+40S срещу 50S+30S). По подобие на бактериалните, митохондриалните и хлоропластните рибозоми са по-примитивни и напомнят прокариотните.

Много рибозоми могат да синтезират даден полипептид едновременно върху една мРНК; такъв комплекс се нарича полизом (или полирибозома). В еукариотните клетки рибозомите, които са свързани с външната мембрана на грапавия ендоплазмен ретикулум, синтезират белтъци, които имат сигнална последователност и са насочени към лумена на ER или за секреция. Всички белтъци, които тези рибозоми произвеждат, обикновено попадат във вътрешността на ендоплазмения ретикулум и по-късно могат да бъдат опаковани в везикула, която ги пренасочва към други органели или извън клетката.

След синтезата белтъците често претърпяват пост-транслационни модификации (напр. гликозилиране, фосфорилиране, протеолитично срязване) и сгъване със съдействието на шаперони (напр. Hsp70). Неправилно сгънатите белтъци могат да бъдат рефолдирани или насочени към разграждане по пътя на убиквитин-протеасомната система.

Значение и регулация

Транслацията е строго регулиран процес: скоростта и ефективността ѝ влияят върху количеството и качеството на белтъците в клетката. Регулацията може да стане чрез мРНК-фактори, микрорНК, модификации на инициационните фактори, наличие на аминокиселини, стресови условия и др. Аномалии в транслацията могат да доведат до болестни състояния и нарушена клетъчна хомеостаза.

Кратко допълнение: метафората в оригиналния текст („рибозомата функционира подобно на борсовия индикатор и лентата“) илюстрира идеята за динамично и последователно добавяне на „единици“ (аминокиселини) върху растящата верига — но по-точната биологична реалност включва сложни взаимодействия между рибозоми, тРНК, фактори и ензими, които осигуряват точност и контрол на процеса.

Четири етапа

Транслацията протича на четири етапа: активиране (подготовка), иницииране (стартиране), удължаване (удължаване) и прекратяване (спиране). Тези термини описват растежа на аминокиселинната верига (полипептид).

1. Аминокиселините се пренасят в рибозомите и се сглобяват в протеини. На етапа на активиране правилната аминокиселина се свързва ковалентно с правилната трансферна РНК (тРНК). Когато тРНК е свързана с аминокиселина, тя се "зарежда".
2. Инициирането се извършва, когато малката част на рибозомата се свързва с 5' края на мРНК с помощта на инициационни фактори (ИФ).
3. Елонгацията е моментът, в който аминокиселините, донесени от "заредените" тРНК, се свързват помежду си, за да образуват полипептид.

Някои антибиотици действат, като не позволяват на превода да се осъществи. Прокариотните рибозоми се различават от еукариотните рибозоми. Затова антибиотиците могат да убият бактериите, без да навредят на еукариотния гостоприемник. Например антибиотиците, приемани от човек, могат да убият бактериите, които разболяват човека, но няма да му навредят.

Преглед на транслацията на еукариотната месинджър РНК

Въпроси и отговори

Въпрос: Какво представлява преводът?

В: Къде се извършва транслацията при еукариотите?

В: Как работят тРНК по време на транслацията?

Въпрос: Как работи рибозомата по време на транслацията?

В: Какво се случва преди транскрипцията?

В: Какво се случва, след като полипептидите са направени по време на транслацията?

В: Къде се извършва транслацията в бактериите?

Търсене по буква