Translace

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
Tento článek pojednává o části syntézy bílkovin. Další významy jsou uvedeny v článku Translace (rozcestník).

Translace je sekundární proces syntézy bílkovin (část procesu genové exprese). Jde o sestavení primární struktury bílkoviny podle záznamu v transkripci vytvořené mRNA. Během translace je informace zapsaná v mRNA podle přesných pravidel genetického kódu dekódována a je podle ní sestaven řetězec aminokyselin. Translaci můžeme rozdělit do tří fází: iniciace, elongace a terminace.

Průběh translace[editovat | editovat zdroj]

Schéma translace

Iniciace[editovat | editovat zdroj]

Při iniciaci dochází ke vzniku tzv. iniciačního komplexu - komplexu mRNA, velké a malé ribosomální podjednotky a Met-tRNAiMet. V eukaryotech jsou od sebe malé (40S) a velké (60S) ribosomální podjednotky separovány vazbou dvou iniciačních faktorů (eIF3 na 40S a eIF6 na 60S podjednotce). V prvním kroku dochází nejprve k tvorbě tzv. preiniciačního komplexu - malá ribosomální podjednotka s eIF3 váže (s pomocí faktoru eIF1A) ternární komplex Met-tRNAiMet + eIF2-GTP. GTP funguje v tomto případě jako regulátor celé translace.

Zároveň dochází k rozpoznání 5' konce mRNA, která má být translatována, multipodjednotkovým faktorem eIF4, který se váže na tzv. 5' čepičku mRNA. Takto asociována mRNA se poté váže k preiniciačnímu komplexu, čímž se vytvoří tzv. iniciační komplex translace (40S podjednotka, mRNA, Met-tRNAiMet a několik iniciačních faktorů).

V dalším kroku je nutné, aby se malá ribosomální podjednotka dostala na správné místo na mRNA, tj. na startovní kodon AUG. Faktor eIF4A má helikasovou aktivitu, díky které se rozplétají krátké úseky sekundární struktury mRNA a celý komplex se tak pohybuje po mRNA, dokud nenajde správný kodon. Toto skenování mRNA se zastaví jakmile tRNAiMet rozpozná startovní kodon, což je většinou první downstream kodon od 5' konce většiny eukaryotních mRNA. Rozpoznání startovního kodonu AUG od "běžných" AUG je usnadněno dalšími nukleotidy v jeho okolí - celá sekvence vytváří tzv. sekvenci Kozakové - ACCAUGG. Po rozpoznání startovního kodonu dojde k hydrolýze GTP na faktoru eIF2; tento ireverzibilní krok brání dalšímu skenování mRNA. Po hydrolýze GTP dojde k disociaci všech zbývajících faktorů z komplexu a k připojení 60S podjednotky pomocí faktoru eIF5-GTP, kdy dochází opět k hydrolýze GTP, zajišťující ireverzibilitu spojení obou ribosomálních podjednotek, které se od sebe odpojí až poté, co je celý protein nasyntetizován.

Elongace[editovat | editovat zdroj]

Na mRNA, řetězec nesoucí genetickou informaci, se napojí ribozom, jednotka s A- a P-místem (A je aminoacylové vazebné místo, kam se váže tRNA nesoucí aminokyselinu; P je peptidylové vazebné místo, kam se váže tRNA nesoucí polypeptid s již další navázanou aminokyselinou) a posouvá se po mRNA. Celý proces začíná, jakmile se do P-místa ribosomu dostane iniciační (zahajovací) kodon AUG, signalizující aminokyselinu methionin. Tou tedy začíná každá vyrobená bílkovina ve své primární struktuře. Do P-místa se dostane tRNA. To je transferová RNA, která má tvar "jetelového lístku", na jehož jednom konci je připojená aktivovaná aminokyselina (v tomto případě methionin) a na druhém konci je antikodon komplementární k jednomu z kodonů v mRNA (v tomto případě antikodon komplementární k AUG v řetězci). Jakmile tRNA dopraví methionin do P-místa, k jeho kodonu v mRNA, připojí se ke komplementárnímu kodonu AUG v mRNA pomocí vodíkového můstku.

Do A-místa ribozomu se dostane následující kodon molekuly mRNA, ke kterému se opět připojí tRNA s aminokyselinou. Mezi methioninem a druhou aminokyselinou vznikne peptidická vazba.

Ribozom se posune o jeden kodon, takže tRNA z A-místa (s již navázaným dipeptidem) se ocitne v P-místě, odkud vystrčí předchozí tRNA. Do volného A-místa se opět napojí tRNA s příslušnou aminokyselinou, vytvoří se peptidová vazba mezi ní a předchozí aminokyselinou a znovu se posunuje. Jednotlivé aminokyseliny nejsou již navázány k tRNA, ale k sobě navzájem peptidickými vazbami. Proces prodlužování nového řetězce o další a další aminokyseliny (tvorba polypeptidu) se nazývá elongace.

Terminace[editovat | editovat zdroj]

Pokud se posouváním ribozomu do A-místa dostane kodon UAA, UAG nebo UGA, je polypeptid hotový a proteosyntéza končí. Jedná se totiž o terminační kodony, které nesignalizují žádnou aminokyselinu, a tak nemají jiný smysl.[pozn. 1] V takovém případě se vzniklý polypeptid, uspořádaný do primární struktury, uvolní a stává se hotovou bílkovinou, jakmile vznikne i sekundární, terciární a kvartérní struktura. Dochází ještě k posttranslačním úpravám, kdy je řetězec přizpůsobován pomocí replizomu.

Energetika[editovat | editovat zdroj]

Translace je energeticky velice náročná. Odhaduje se, že bakterie E. coli spotřebuje 90 % své celkové potřeby energie právě na syntézu proteinů.[5] Na pouhou jednu aminokyselinu se standardně uvádí spotřeba 4 molekul ATP:[zdroj?]

  • 1 ATP – aktivace aminokyseliny
  • 1 ATP – navázání aminokyseliny na tRNA
  • 1 ATP – vznik peptidové vazby
  • 1 ATP – posunutí ribozomu

Ze studií srovnávajících normální energetickou potřebu se spotřebou energie ve stavu, kdy je zablokována syntéza proteinů, vychází poněkud vyšší čísla, konkrétně asi 7,5 ATP na jednu zařazenou aminokyselinu (u ptáků).[6]

V průběhu translačního cyklu se využívají různé elongační faktory (EF-T, EF-G).

Posttranslační úpravy[editovat | editovat zdroj]

Podrobnější informace naleznete v článku posttranslační modifikace.

Po dokončení syntézy polypeptidového řetězce může u řady bílkovin docházet k následným úpravám, tzv. posttranslačním modifikacím. Tyto modifikace vedou k finální podobě nativní bílkoviny a jsou často zcela zásadní pro její funkci. Mezi nejvýznamnější posttranslační modifikace patří částečné proteolytické štěpení, tvorba disulfidových vazeb, glykosylace, γ-karboxylace, hydroxylace, fosforylace, biotinylace či acylace.

Poznámky[editovat | editovat zdroj]

  1. U některých zelených řas, nálevníků a diplomonád se vyvinul nekanonický kód, při kterém UAG a UAA translaci neukončují a namísto toho kódují glutamin, podobně UGA kóduje u některých nálevníků cystein a u rodu Mycoplasma tryptofan.[1][2][3][4] U některých druhů archeí a baktérií je při biosyntéze enzymů pro metabolismus metanu normální Stop-funkce kodonu UAG modifikována přítomností zvláštní genové sekvence mRNA, umožňující navázat pyrolysinovou tRNA a zabudovat do proteinu pyrolysin. Při biosyntéze některých proteinů archeí, baktérií i eukaryot umožňuje podobný mechanismus ignorovat při translaci normální Stop-funkci kodonu UGA, navázat selenocysteinovou tRNA, vzniklou selenizací serinové tRNA, a zabudovat do proteinu selenocystein.

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. COCQUYT, Ellen; GILE, Gillian H.; LELIAERT, Frederik, Heroen Verbruggen, Patrick J. Keeling, Olivier De Clerck. Complex phylogenetic distribution of a non-canonical genetic code in green algae. BMC Evolutionary Biology [online]. , 26. říjen 2010, svazek 10, čís. 327 [cit. 2010-10-29], s. 1-24. Dostupné online. PDF: [1].ISSN 1471-2148. DOI:10.1186/1471-2148-10-327.  (anglicky) 
  2. HOFFMAN, David C.; ANDERSON, Richard C.; DUBOIS, Michelle L., Prescott David M. Macronuclear gene-sized molecules of hypotrichs. Nucleic Acids Research. 25. duben 1995, svazek 23, čís. 8, s. 1279-1283. Dostupné online [pdf]. PMID 7753617. (anglicky) 
  3. SCHNEIDER, Sigrid U.; LEIBLE, Michael B.; Xiao-Ping Yang. Strong homology between the small subunit of ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase of two species of Acetabularia and the occurrence of unusual codon usage. Molecular and General Genetics. únor 2001, svazek 218, čís. 3, s. 445-452. Abstrakt. Dostupné online. DOI:10.1007/BF00332408. PMID 2573818. (anglicky) 
  4. KEELING, Patrick J.; DOOLITTLE, W. Ford. A non-canonical genetic code in an early diverging eukaryotic lineage. The European Molecular Biology Organization Journal. 1. květen 1996, svazek 15, čís. 9, s. 2285-2290. Dostupné online [pdf]. PMID 8641293. (anglicky) 
  5. VODRÁŽKA, Zdeněk. Biochemie. Praha : Academia, 2007. ISBN 978-80-200-0600-4.  
  6. AOYAGI, Y.; TASAKI, I.; OKUMURA, J., et al. Energy cost of whole-body protein synthesis measured in vivo in chicks. Comp Biochem Physiol A Comp Physiol.. 1988, roč. 91, čís. 4, s. 765-8. Dostupné online. ISSN 0300-9629.