Transzláció

1. transzkripció: DNS-st át van írva egy hírvivő RNS-re.
2. Transzláció: Erről mRNS-ről a riboszóma készülje a Peptidet.

A transzláció a fehérjeszintézisnek (a génexpresszió egyik részfolyamatának) a második szakasza. Lényege, hogy a hírvivő RNS-t (messenger RNS – mRNS) a genetikai kód alapján lefordítva keletkezik egy polipeptid. A transzlációt szükségszerűen a transzkripció, vagyis átírás előzi meg. Hozzá hasonlóan a transzláció is négyfázisú: ezek az aktiváció, iniciáció, elongáció és termináció (ezek írják le, hogyan növekszik az aminosavlánc, avagy polipeptid, a transzláció terméke). Aktiváció – Ennek során a megfelelő aminosav a megfelelő tRNS-hez kapcsolódik. Az aminosav a karboxil-csoportjánál fogva kapcsolódik a tRNS 3' OH-csoportjához egy észterkötéssel. Iniciáció – A riboszóma kisebbik alegysége iniciációs faktorok (IF) segítségével hozzákötődik az mRNS 5' végéhez. Elongáció – A sorban következő aminosav komplexet alkot az elongációs faktorral és a GTP-vel. Termináció – Amikor az A helyre értelmetlen kodon (UAA, UAG, UGA) kerül, ezt egy tRNS sem ismeri fel, a releasing faktor azonban felismeri, és hatására a polipeptidlánc kiszabadul a riboszómából. A fehérjeszintézis leállításán vagy gátlásán alapul több antibiotikum működése, például anizomicin, cikloheximid, klóramfenikol és tetraciklin.

A működésének alapjai

Transzláció

Az mRNS a ribonukleotid-sorrendjében kódolt genetikai információt szállítja a kromoszómáktól a riboszómákhoz. A ribonukleotidok sorrendjét a transzlációs gépezet hármasával "olvassa le", ezek a nukleotidhármasok a kodonok. Minden ilyen hármas egy bizonyos aminosavnak felel meg. A riboszóma és a tRNS molekulák ezt a kódot lefordítva gyártják a fehérjéket. A riboszóma egy több alegységből álló szerkezet, amely riboszomális RNS-t (rRNS-t) és fehérjéket tartalmaz. Ez az a "gyár", ahol az aminosavak fehérjékké kapcsolódnak össze. A tRNS-ek kisebb, nem kódoló RNS-láncok (74-93 nukleotid hosszúak), amelyek a riboszómához szállítják az aminosavakat. Van egy részük, ahová az aminosav képes kötődni, és egy másik részük, az ún. antikodon. Utóbbi egy ribonukleotid-hármas, amely pontosan összeillik az mRNS-nek az általuk szállított aminosavat kódoló hármasával. A specifikus tRNS-ek és az antikodonjaik által felismert aminosavak közötti kötés az aminoacil-tRNS szintetáz enzim segítségével jön létre. A reakció eredménye egy aminoacil-tRNS molekula, amely bejut a riboszómába, ott pedig az antikodonja az egymást kiegészítő bázispárok segítségével hozzákapcsolódik a megfelelő mRNS kodonhoz. A tRNS-ek által szállított aminosavakból ezután összekapcsolódik a fehérje.

Prokarióta transzláció

A prokariótáknak nincs sejtmagja, ezért az mRNS lefordítása már az átírás (transzkripció) közben elkezdődhet. A transzláció gyakran poliriboszomális, azaz egynél több aktív riboszóma működik közre benne. Ebben az esetben az egyszerre működő riboszómákat együtt 'políszómának' nevezzük.

Iniciáció

A transzláció iniciációja során a riboszóma kisebbik alegysége rákapcsolódik az mRNS 'start' kodonjára, amely azt jelzi, hol kezdődik az mRNS-en a fehérje kódja. Ez a kodon legtöbbször egy AUG, de a prokariótáknál ismerünk más start kodonokat is. A baktériumokban például a fehérje egy módosított aminosavval, az N-formilmetioninnal (f-Met) kezdődik. Az f-Met-ban az amino-csoportból egy formil-csoport kapcsolódásával amid keletkezett, így ez az amino-csoport nem tud peptidkötést kialakítani. Ez azonban nem probléma, mert az f-Met a fehérje amino-végén helyezkedik el. A prokariótákban a kisebbik alegység megfelelő helyre való kötődését az mRNS ún. Shine–Dalgarno-szekvenciája könnyíti meg, amely a starthely előtt kb. hét nukleotiddal található speciális bázissorozat. Miután kötődött az mRNS a metionil- tRNS is elfoglalja a helyét amely iniciátor szerepet tölt be.

Elongáció

A nagyobb 50S alegység komplexet hoz létre a kisebb 30S alegységgel, és következik az elongáció. Először a Met-tRNS belép a riboszóma P helyére, és bázisai párokat alkotnak az AUG kodonnal. Ezután egy újabb aminoacilált tRNS lép be a riboszóma A helyére, és ez is kapcsolódik bázisaival az mRNS-hez. Az mRNS kodonjának és a tRNS antikodonjának a helyes párosítása esetén a tRNS ott marad az A helyen. A riboszóma által katalizált peptidil transzfer egy új peptidkötés kialakításával összekapcsolja a két szomszédos aminosavat; a P helyen levő aminosav leszakad a tRNS-éről és csak az A helyen levőhöz kapcsolódik. Végül megtörténik a transzlokáció; a peptidil tRNS áttolódik a P helyre, hogy felszabadítsa az A helyet az újonnan jövő tRNS számára.

Termináció

Ez a folyamat ismétlődik, amíg a riboszóma nem találkozik a három lehetséges stop kodon valamelyikével, akkor pedig a transzláció befejeződik. A fehérje növekedése leáll, és release faktorok, azaz a tRNS-t utánzó fehérjék lépnek be az A helyre, a fehérje pedig kikerül a citoplazmába.

Eukarióta transzláció

Eukariótákban a transzkripció a sejtmagban folyik, ahonnan az mRNS kijut a citoplazmába, és ott történik a transzláció. Az mRNS érése során (ez az ún. processzing) kap egy 5' "sapkát" és egy 3' poli-A "farkat", ezután szállítódik. Alább az iniciációt írjuk le részletesen, mivel az elongáció és a termináció a prokariótákhoz hasonlóan zajlik.

Iniciáció

A sapkától függő iniciáció

Riboszóma részletesen.

A transzláció iniciációjához szükséges, hogy bizonyos fehérjék kölcsönhatásba lépjenek az mRNS molekulák 5' végén található különleges toldalékkal. A fehérje faktorok megkötik a riboszóma kisebb alegységét. Az alegység néhány ilyen fehérje faktor kíséretében elindul az mRNS-lánc mentén a 3' vég felé, és megkeresi a 'start' kodont (legtöbbször AUG), amely jelzi, hogy hol kezdi az mRNS kódolni a fehérjét. A 'start' és a 'stop' kodon közti bázissorrendet fordítja le a riboszóma aminosavsorrendre – így szintetizálódik a fehérje. Az eukarióták és archaebaktériumok esetében a start kodon által kódolt aminosav a metionin. A Met-t szállító kezdő tRNS beépül a riboszomális komplexbe, így minden fehérje ezzel az aminosavval kezdődik (hacsak le nem vágja róla egy proteáz enzim valamelyik későbbi lépésben).

A sapkától független iniciáció

Az eukarióta transzláció sapkától független iniciációjának legtöbbet tanulmányozott példája a "belső riboszóma-belépési hely" (Internal Ribosome Entry Site – IRES) elmélete. A sapkától független transzláció abban különbözik a sapkától függőtől, hogy az előbbihez nem kell a riboszómának az 5' végtől elkezdenie a start kodon keresését. Ehelyett a riboszómát speciális faktorok (IRES trans-acting factor – ITAF) irányítják a starthelyre, így elkerülhető, hogy az mRNS nem lefordítódó 5' végét végig kelljen nézni. A transzlációnak ezt a mechanizmusát csak nemrég fedezték fel, és főként akkor van jelentősége, ha speciális mRNS-ek transzlációjára van szükség, mert a sejt valamilyen stresszhatásnak (például apoptózis) van kitéve, vagy valamilyen okból nem lehetséges a több mRNS transzlációja.

Transzláció saját kezűleg

Természetesen lehetséges akár kézzel (rövidebb szekvenciák esetén), akár számítógéppel (megfelelő programozás után) elvégezni a transzlációt, így a biológusok és vegyészek papíron meg tudják rajzolni a kódolt fehérje kémiai szerkezetét.

Először is váltsuk át a DNS minden bázisát az őt kiegészítő RNS-bázisra (ne feledjük, hogy a T-k helyett itt U-k vannak):

DNS → RNS
 A  →  U
 T  →  A
 G  →  C
 C  →  G

Ezután tagoljuk az RNS bázishármasokra (tripletekre). Ne feledjük, hogy 3 transzlációs "ablak" lehetséges attól függően, hogy hányadik bázistól kezdjük el olvasni a kódot. Végül az aminosav szócikknél szereplő táblázat segítségével fordítsuk le a fenti kódot az aminosavak sorrendjére.

Ezzel megkaptuk a fehérje elsődleges szerkezetét. A fehérjék azonban általában feltekerednek, ami többek között a láncon belüli hidrofil és hidrofób részek elhelyezkedésétől függ. Erre a másodlagos szerkezetre még éppen lehetnek tippjeink, a pontos harmadlagos szerkezetet azonban gyakran nagyon nehéz meghatározni, jelenleg a kémiai szimulációk az esetek kb. 70%-ában találják el a helyes szerkezetet.

Kapcsolódó szócikkek

• Poszttranszlációs módosítás

További információk

• DNS transzlációja aminosavsorrendre Weboldal, ahol lefordíthatunk egy DNS-szekvenciát fehérjévé
• Áttekintés a transzláció terminációjáról Kiváló áttekintés a transzláció terminációjáról.