TranslacjatranslacjaTranslacja to proces biosyntezy białek na matrycy mRNA powstającego w jądrze komórkowym. Wynikiem translacji jest „przetłumaczenie” informacji genetycznej zawartej w DNA na sekwencję aminokwasów w białku (peptydzie).

Proces translacji przebiega zgodnie z centralnym dogmatem biologii molekularnej, który zakłada przepływ informacji genetycznej z DNA przez RNA do białka.

Proces translacji katalizowany jest przez rybosomy, które zlokalizowane są w cytoplazmie lub na błonach siateczki endoplazmatycznej szorstkiej. Do prawidłowego przebiegu translacji oprócz rybosomów niezbędne są:

• mRNA – matrycowe RNA, na podstawie którego odczytywana jest informacja o sekwencji aminokwasów w łańcuchu polipeptydowym;

• aminokwasy białkowe – 20 różnych aminokwasów wchodzących w skład białek;

• tRNA – transportujący/transferowy RNA, czyli cząsteczki RNA, które mają za zadanie wiązanie wolnych aminokwasów w cytoplazmie i ich transport do rybosomów;

• czynniki inicjacji, elongacji i terminacji translacji – białka lub kompleksy białkowe odpowiedzialne za procesy translacji na każdym z jej etapów;

• GTPGTPGTP – źródło energii.

Trzy etapy translacji

Wyrodrębnia się trzy etapy translacji: inicjację, elongację i terminację.

Pierwszym z etapów translacji jest inicjacja, czyli złożenie maszynerii translacyjnej oraz rozpoznanie kodonukodonkodonu AUG (kodon START) na nici mRNA.

U eukariontów mniejsza podjednostka rybosomu łączy się najpierw z inicjatorowym metionylo‑tRNA, a następnie z czapeczką. Czapeczka jest strukturą na końcu 5′ mRNA, która stanowi miejsce wiązania rybosomu. Po przyłączeniu małej podjednostki rybosomu przesuwa się ona po sekwencji mRNA, aż natrafi na kodon AUG.

Kiedy mała podjednostka rybosomu natrafi na kodon AUG, następuje przyłączenie dużej podjednostki rybosomu.

W procesie inicjacji translacji ważny udział pełnią białka lub kompleksy białkowe należące do czynników inicjacji translacji, oznaczanych jako eIFeIFeIF.

Elongacja to najbardziej dynamiczny etap procesu translacji i wiąże się z wydłużaniem sekwencji łańcucha peptydowego. Cząsteczka tRNA z przyłączoną metioniną znajdują się w miejscu P rybosomu. W miejscu A przyłącza się następna cząsteczka tRNA z przyłączonym aminokwasem, której antykodonantykodonantykodon odpowiada kolejnemu kodonowi w mRNA. Między metioniną a nowym aminokwasem tworzy się wiązanie peptydowe, metionina odłącza się od tRNA, a rybosom przesuwa o trzy nukleotydy (o kodon). W miejscu P znajduje się teraz nowo przyłączony tRNA, z którym związany jest łańcuch dwóch aminokwasów. Cząsteczka tRNA, która jako pierwsza przyłączyła się do mRNA, zostaje przesunięta do miejsca E, przez które opuszcza rybosom. Do uwolnionego miejsca A przyłącza się kolejna cząsteczka aminoacylo‑tRNA i cały proces przebiega według poprzedniego schematu aż do końca translacji.

Organizmy eukariotyczne mają dwa główne czynniki elongacji oznaczane jako eEFeEFeEF.

Terminacja to ostatni etap syntezy polipeptydu na rybosomach, który rozpoczyna się w momencie rozpoznania w sekwencji mRNA kodonu STOP. Ważną rolę w tym procesie odgrywa czynnik uwalniający oznaczany jako eRFeRFeRF.

Kiedy miejsce A natrafi na kodon STOP (UAA, UAG, UGA), zamiast aminoacylo‑tRNA przyłącza się do niego białko zwane czynnikiem uwalniającym eRF1.

W trakcie translacji łańcuch polipeptydowy jest zwijany i modyfikowany chemicznie, dzięki czemu białko osiąga odpowiednią strukturę drugorzędową i trzeciorzędową. Zwijanie białka warunkowane jest sekwencją aminokwasów i tworzeniem się wiązań pomiędzy łańcuchami bocznymi aminokwasów. Jeżeli dojrzałe białko składa się z kilku łańcuchów polipeptydowych, odpowiednie z nich są łączone, dzięki czemu białko osiąga strukturę czwartorzędową.

Nowo syntezowane białka nie zawsze tuż po powstaniu są białkami funkcjonalnymi, dlatego wymagają dodatkowych modyfikacji, aby mogły pełnić swoje funkcje w komórce. Modyfikacje potranslacyjne wpływają na stabilność, aktywność, właściwości fizyczne i właściwości chemiczne białek. Dzięki modyfikacjom potranslacyjnym białka mogą pełnić funkcje strukturalne i regulatorowe oraz możliwe jest ich sortowanie i kierowanie do odpowiednich miejsc w komórce lub poza nią.

Niektóre aminokwasy mogą być modyfikowane chemicznie, czyli przez przyłączenie do nich cząsteczek niebiałkowych np. cukrów, tłuszczów i grup fosforanowych.

Zdarza się, że konieczne jest wycięcie pewnej liczby aminokwasów z łańcucha polipeptydowego, np. wycięcie pierwszego aminokwasu – metioniony. Ponadto łańcuchy polipeptydowe mogą być cięte po syntezie na mniejsze fragmenty i dopiero w takiej formie są aktywne. Takiej modyfikacji ulegają m.in. insuliny i kaspazykaspazykaspazy.

Aminokwasy mogą być także modyfikowane poprzez przyłączenie innych białek. Przykładem jest ubikwitynacja, czyli przyłączenie ubikwityny do białka docelowego, która związana jest z procesem ich degradacji.

Białka mogą być modyfikowane wielokrotnie na różny sposób. Więcej na ten temat w e‑materiale Modyfikacje potranslacyjne białek.

Translacja odgrywa istotną rolę we wszystkich procesach komórkowych, ze względu na zaangażowanie białek w niemal każdą funkcję komórki, od budowy, poprzez transport, do reakcji metabolicznych. Mutacje w genach białek zaangażowanych w proces translacji powodują często ogromne zmiany w funkcjonowaniu organizmu, mogą prowadzić nawet do śmierci.

Zmiany w sekwencji czynnika inicjacji eIF1A w jego regionie N‑końca skorelowano z niekontrolowaną proliferacją komórek oraz zmianami nowotworowymi.

Mutacja w genie czynnika elongacji eEF2 powiązano z ataksją rdzeniowo‑móżdżkową. Z kolei zmiana w genie kodującym czynnik uwalniający u bakterii powodowała zatrzymanie podziałów komórkowych.

Translacja jest także jednym z poziomów regulacji ekspresji genów. Wszystkie te cechy dowodzą, iż translacja jest bardzo ważnym procesem w komórkach i pozwala na ich prawidłowe funkcjonowanie.

Słownik