TRANSLACJA (zobacz i porównaj: translacja u Procaryota)

Translacja - proces, w którym następuje odczyt informacji genetycznejz mRNA i synteza białka. Bior± w nim udział oprócz matrycy ( mRNA ) i aminokwasów także cz±steczki tRNA ( dostarczaj±ce aminokwasów ), rybosomy oraz szereg czynników wspomagaj±cych.

Przetransportowany do cytoplazmy mRNA może ulec translacji, b±dĽ też zostać szybko zdegradowany, je¶li białko jakie jest przezeń zakodowane występuje w komórce w dostatecznej ilo¶ci. I tak na przykład mRNA dla histonów jest bardzo stabilne w fazie S cyklu komórkowego, tj.

w tym momencie, kiedy obserwuje się najwyższe zapotrzebowanie na histony. Zatem w fazie S następuje translacja mRNA histonowego. W innych fazach cyklu komórkowego stabilno¶ć tych transkryptów jest ok. 5-krotnie niższa, co oznacza, że ulegaj± one degradacji.

Wniosek z tego, że synteza białka zachodzi w zależno¶ci od potrzeb komórki, a zatem regulacja ekspresji informacji genetycznej odbywa się także na etapie poprzedzaj±cym translację.

Miejscem syntezy białka s± organella komórkowe zwane rybosomami. Występuj± one oprócz cytoplazmy także w mitochondriach i chloroplastach, ale te rodzaje rybosomów nie będ± tematem naszych rozważań. Rybosomy w cytoplazmie mog± występować w formie wolnej lub zwi±zanej z retikulum endoplazmatycznym. Pierwsze z nich uczestnicz± w translacji białek cytosolowych, a drugie białek eksportowanych do wnętrza retikulum oraz na zewn±trz komórki. Obydwa rodzaje rybosomów zbudowane s± z dwóch podjednostek:

• małej, której stała sedymentacji wynosi 40S;
• dużej o współczynniku sedymentacji równym 60S.

Składaj± się one z rybosomalnego RNA ( 18S rRNA małej podjednostki; 5, 5.8, 26 ( 28S rRNA dużej podjednostki ) oraz kilkudziesięciu białek, których skład różni się między obydwiema "czę¶ciami" rybosomu. W obrębie rybosomu wyróżnia się trzy istotne miejsca zwane E ( exit - tędy wychodzi "zużyty" tRNA ), A ( aminokwasowe ), P ( peptydowe ), o których będzie mowa w dalszych czę¶ciach tego rozdziału.

Przebieg translacji

Translacja mRNA zachodzi w kierunku 5'® 3', zatem pierwszy aminokwas syntetyzowanego polipeptydu zakodowany jest przez kodon ( patrz Kod genetyczny ) leż±cy bliżej 5' końca transkryptu. Natomiast najwcze¶niej wbudowanymi aminokwasami powstaj±cego białka s± te, które stanowi± jego N - terminaln± czę¶ć. Wynika to z mechanizmu tworzenia wi±zań peptydowych między sasiadujacymi aminokwasami ( patrz "Chemiczne podstawy biologii molekularnej" ).

Translację podzielić można na trzy zasadnicze etapy:

• inicjację,
• elongację,
• terminację.

Inicjacja

Pierwszym etapem syntezy białka jest przył±czenie mRNA do mniejszej podjednostki rybosomu ( 40S ) w obecno¶ci inicjatorowego tRNA i szeregu czynników inicjuj±cych.

U eukariontów pierwszym kodonem ulegaj±cym translacji jest kodon AUG ( tzw. kodon start ), koduj±cy metioninę.

Ponieważ w mRNA trójek takich może być bardzo wiele, miejsce pocz±tku translacji wyznacza ten kodon, który położony jest najbliżej 5' końca. W poszukiwaniu pierwszego tj. inicjacyjnego kodonu metioninowego bior± udział czynniki zwane eIF3 i eIF4, z których pierwszy przył±cza do struktury czapeczki kompleks białkowy ( tzw. CBP ) oraz odszukuje AUG, natomiast drugi - eIF4 dostarcza energii do poszukiwań. Zanim jednak rybosom ze zwi±zanym białkiem eIF3 zacznie kroczyć po mRNA w poszukiwaniu AUG, do podjednostki 40S zwiazany zostaje inicjatorowy aminoacylo tRNA tj. tRNA nios±cy cz±steczkę aminokwasu - tu metioniny. Gdy przesuwaj±ca się po mRNA podjednostka 40S ze zwi±zanym Met-tRNA natrafi na kodon "start" następuje przył±czenie większej podjednostki rybosomu ( 60S ).

Przkłady eukariotycznych czynników inicjacyjnych

Inicjacja translacji stanowi kolejny punkt kontrolny w ekspresji informacji genetycznej. Regulacja ekspresji na tym etapie odbywa się za po¶rednictwem czynnika eIF2, który zdolny jest do inicjowania translacji tylko wtedy, gdy posiada przył±czon± cz±steczkę GTP. W nieaktywnym eIF2 przył±czony jest GDP, który może być wymieniony na GTP za po¶rednictwem białka GEF, w wyniku reakcji:

Reakcja ta jednak może być zaburzona wskutek fosforylacji eIF2 nieaktywnego, w którym niemożliwa jest wymiana nukleotydu guanylowego ( GDP/GTP ). Innymi słowy, fosforylacja skazuje białko eIF2 na brak aktywno¶ci.

Elongacja łańcucha polipeptydowego

Po złożeniu rybosomu, tj. przył±czeniu podjednostki 60S do powstałego układu, przez odpowiednie tRNA dostarczane s± kolejne aminokwasy. Rybosom przesuwa się stopniowo wzdłuż nici mRNA, do której na zasadzie komplementarno¶ci dopasowuj± się cz±steczki aminoacylo tRNA. Dopasowanie to dotyczy obszaru antykodonu tj. trójki nukleotydów (z tRNA) "pasuj±cych" do kodonu z mRNA. I tak z kodonem CAC oddziaływać będzie tRNA zawieraj±cy antykodon GUG i nios±cy histydynę.

Do kolejnego aminokwasu dostarczonego w miejsce A rybosomu przez aminoacylo tRNA przył±cza się za po¶rednictwem grupy karboksylowej wcze¶niej odczytany aminokwas występuj±cy w danym momencie - jeszcze w postaci zwi±zanej z tRNA - w miejscu P rybosomu. Tzn. je¶li pierwszym kodonem jest AUG, drugim CAC, a trzecim UUU będziemy mieli do czynienia z następuj±cymi zmianami na terenie rybosomu:

1. Do dostarczonej jako drugiej w kolejno¶ci histydyny przył±cza się inicjacyjna metionina. Na tRNA histydynowym ( w miejscu A ) tworzy się dipeptyd Met-His i przesuwa się w miejsce P.

2. Do przył±czonej jako trzeciej fenyloalaniny grup± karboksylow± przył±czy się dipeptyd Met-His i powstanie trójpeptyd Met-His-Phe, przemieszczany jak poprzednio w miejsce P.

Ogólny schemat translacji

Teoria adaptorowa dotycz±ca rozpoznawania kodonów

Tak więc, wydłużanie się łańcucha polipeptydowego polega na przył±czaniu kolejnych aminokwasów na jego C-końcu. Elongację łańcucha polipeptydowego umożliwiaj± tzw. czynniki elongacyjne m.in. eEF1( i eEF1( odpowiedzialne za dostarczanie aminoacylo tRNA, oraz eEF2 odpowiedzalny za translokację tj. przeniesienie z m-ca A na m-ce P odbywaj±c± się kosztem energii z GTP.

Cykl elongacyjny

Terminacja

Translacja kończona jest w miejscu, w którym wyst±pi jeden spo¶ród trzech kodonów terminacyjnych tzw. kodonów "stop" ( UAG, UGA, UAA ). Wymienione trójki nukleotydowe rozpoznawane s± w odróżnieniu do całej reszty nie przez amino-acylo tRNA, a przez tzw. czynnik uwalniaj±cy eRF. Czynnik ten aktywuje enzym rozcinaj±cy wi±zanie między polipeptydem a cz±steczk± tRNA, która dostarczyła ostatniego aminokwasu, czego skutkiem jest uwolnienie łańcucha polipeptydowego. Zdarzenie to jest uwieńczeniem szeregu procesów, jakie obejmuje ekspresjia informacji genetycznej.

Podsumowuj±c:

1. Translacja zachodzi w rybosomach - strukturach rybonukleoproteinowych (RNA : białko );

2. Sygnałem pocz±tku syntezy białka jest kodon AUG, natomiast końca syntezy jeden z kodonów stop - UAA, UAG, UGA;

3. Synteza białka wspomagana jest przez czynniki białkowe tzw. : inicjacyjne, elongacyjne i terminacyjne;

4. Translacja jest procesem energochłonnym, czerpi±cym energię z hydrolizy GTP i ATP;

OBRÓBKA PRE-mRNA

Webmaster