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:
- транскрипция, при която се получава верига от интрони и екзони.
- сплайсинг на РНК чрез сплайсозоми, които премахват интроните, и
- 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.
