Genetika
3.3 Translace
Translace je děj, při kterém se překládá informace obsažená v nukleových kyselinách do sekvence aminokyselin při vytváření nových bílkovin - proteosyntéze. Děje se na ribozomech. Dříve, než bude vysvětlen postup translace, je nutno vysvětlit její princip. Organismus potřebuje obrovské množství různých bílkovin s různou strukturou, velikostí a funkcí. Všechny tyto bílkoviny však mají jednu věc společnou. Jsou složeny z aminokyselin, které jsou vzájemně spojeny peptidovou vazbou. Obrovská různorodost bílkovin, která je nezbytná z hlediska různých požadavků na jejich funkci, tvar a velikost, je zajištěna kombinováním dvaceti základních aminokyselin. Jejich pořadí tvoří tzv. primární strukturu bílkovin.
RNA je tvořena sekvencí pouze čtyř nukleotidů: adeninu, thyminu, cytozínu a uracylu. Proto není možné, aby každý nukleotid v sekvenci mRNA kódoval jednu aminokyselinu ve vznikající bílkovině. Každá aminokyselina je kódována trojicí nukleotidů, které jsou seřazeny za sebou. Proto můžeme definovat tzv. genetický kód: je to systém, kterým určuje pořadí nukleotidů v nukleových kyselinách pořadí aminokyselin v bílkovinách, čili v jejich polypeptidovém řetězci. Kombinace jednotlivých trojic nukleotidů, které kódují příslušné aminokyseliny, jsou uvedeny v tabulce 1.
Tabulka 1/B Kombinace tripletů v mRNA a k nim příslušející aminokyseliny
Báze |
U |
C |
A |
G | ||||
U |
UUU |
fenylalanin |
UCU |
serin |
UAU |
tyrosin |
UGU |
cystein |
UUC |
fenylalanin |
UCC |
serin |
UAC |
tyrosin |
UGC |
cystein | |
UUA |
leucin |
UCA |
serin |
UAA |
stop |
UGA |
stop | |
UUG |
leucin |
UCG |
serin |
UAG |
stop |
UGG |
tryptofan | |
C |
CUU |
leucin |
CCU |
prolin |
CAU |
histidin |
CGU |
arginin |
CUC |
leucin |
CCC |
prolin |
CAC |
histidin |
CGC |
arginin | |
CUA |
leucin |
CCA |
prolin |
CAA |
glutamin |
CGA |
arginin | |
CUG |
leucin |
CCG |
prolin |
CAG |
glutamin |
CGG |
arginin | |
A |
AUU |
isoleucin |
ACU |
threonin |
AAU |
asparagin |
AGU |
serin |
AUC |
isoleucin |
ACC |
threonin |
AAC |
asparagin |
AGC |
serin | |
AUA |
isoleucin |
ACA |
threonin |
AAA |
lysin |
AGA |
arginin | |
AUG |
methionin |
ACG |
threonin |
AAG |
lysin |
AGG |
arginin | |
G |
GUU |
valin |
GCU |
alanin |
GAU |
kys. asparagová |
GGU |
glycin |
GUC |
valin |
GCC |
alanin |
GAC |
GGC |
glycin | ||
GUA |
valin |
GCA |
alanin |
GAA |
kys. glutamová |
GGA |
glycin | |
GUG |
valin |
GCG |
alanin |
GAG |
GGG |
glycin | ||
Při bližším prostudování tabulky 3.1 lze pochopit vlastnosti genetického kódu, který je:
Tripletový - každá aminokyselina je kódována trojicí nukleotidů v mRNA. Ne všechny trojice (označované také jako triplety nebo kodony) určují aminokyseliny. Tři kodony: UAA, UAG a UGA nekódují žádnou aminokyselinu. Nazývají se terminační kodony a mají roli při zakončení tvorby nové bílkoviny a svou polohou definují konec syntézy polypeptidové řetězce.
Degenerovaný - jedna aminokyselina může být kódována více kodony. Celkový počet kombinací trojic nukleotidů je 64, protože máme čtyři základní nukleotidy (A, C, G, U) z nichž vytváříme trojice. Matematicky vyjádřeno: 43 = 64. Proto například aminokyselina leucin je kódována triplety: UUA, UUG, CUU, CUC, CUA a CUG. Šesti kombinacemi jsou kódovány i aminokyseliny serin a arginin. Čtyři různé kodony určují valin, prolin, threonin, alanin a glycin. Aminokysleina tryptofan je kódována pouze jediným triplety (UGG) a podobně je to iu aminokyseliny methionin (AUG). Význam degenerovanosti genetického kódu je vysvětlen v kapitole 5.
Nepřekrývající se - každý nukleotid v mRNA patří pouze do jednoho kodonu a nikdy není součástí jiného, vedlejšího kodonu.
Univerzální - genetický kód platí pro všechny živé soustavy téměř jednotně. Existují drobné odchylky u jednotlivých organismů z různých říší, nejsou však výrazné.
Lineární - kodony jsou seřazeny za sebou, lineárně. Podle jejich pořadí pak následují za sebou i aminokyselinové zbytky v nově syntetizovaném polypeptidovém řetězci.
Kromě tripletů, které rozhodují o pořadí aminokyselin v nové bílkovině, jsou pro translaci nezbytné i ribozomy, na kterých se děje. Ribozomy jsou nukleoproteinové struktury, složené ze dvou podjednotek. Jejich velikost je určována v jednotkách, které se označují jako Svedbergy (S). Malá podjednotka ribozomu má u člověka velikost 40S a kromě aminokyselin obsahuje i 18S rRNA. Velká ribozomální podjednotka má u člověka velikost 60S a obsahuje 5 rRNA, 5,8 rRNA a 28 rRNA. Mitochondrie člověka obsahují menší ribozomy, jaké nacházíme např. u prokaryotních organismů (bakterií). Zde je menší podjednotka ribozomu velká 30S a obsahuje 16S rRNA a větší podjednotka s velikostí 50S obsahuje 5S rRNA a 23S rRNA. Je zajímavé, že celková velikost ribozomu, který je složen z velké i malé podjednotky činí u člověka 80S a u prokaryot 70S.
Aminokyseliny, ze kterých se bude syntetizovat bílkovina, musí být aktivovány a následně dopraveny k ribozómům. Jejich aktivace je katalyzována enzymem aminoacyl-tRNA-syntetázou. Při této reakci reaguje karboxylová skupina aminokyseliny s fosfátem skupinou ATP. Vzniklý komplex molekul se nazývá aminoacyladenylát a je enzymaticky přenesen na 3'-konec akceptorového ramene tRNA pro danou aminokyselinu. Vzniká útvar zvaný aminoacyl-tRNA (ve zkratce aa ~ tRNA) a AMP. Tento molekulový komplex obsahuje makroergickou vazbu, která se využije při syntéze peptidové vazby, s jejíž pomocí bude aminokyselina zabudovaná v bílkovině.
Na translaci se podílejí i další bílkoviny, které regulují její průběh. Nazývají se translační faktory. Samotný průběh translace se dělí na iniciaci, elongaci a terminaci.
Iniciace translace začíná vazbou prvního komplexu aa ~ tRNA na malou podjednotku ribozomu. Zároveň se sem váže i mRNA, podle které se bude syntetizovat nový polypeptidový řetězec. První kodon na mRNA, od kterého se translace začíná, má obvykle sekvenci AUG a nazývá se iniciační kodon. Podle sekvenční specifity se s následujícími kodony párují aa ~ tRNA svými antikodony, přičemž na ribozómy vstupují v tzv. A-místě. Peptidová vazba mezi aminokyselinami se tvoří v tzv. P-místě ribozomu, které se nachází převážně na velké podjednotce.
Elongace translace je jinými slovy označení pro syntézu nového polypeptidového řetězce, který tvoří základ nové bílkoviny.
Terminace translace je ukončení proteosyntézy, které nastane zařazením jednoho z terminačních kodonů UAA, UAG nebo UGA. S pomocí terminačních translačních faktorů nastane uvolnění nového polypeptidového řetězce z ribozomu a k rozložení celého translačního komplexu.
Ukončením translace ještě není zaručena funkčnost nové bílkoviny. Proto proces pokračuje kotranslačními a posttranslačními úpravami nového polypeptidu. Kotranslační úpravy probíhají ještě během translace, posttranslační až po ní. Organismus využívá hydroxylaci (hlavně lyzinového a prolinového zbytku), glykosylace, tvorbu disulfitových vazeb, vyštěpování částí polypeptidu, připojování prostetické skupiny a vytvoření struktur vyššího řádu (terciární, kvarterní, supramolekulární), které podmiňují biologickou účinnost bílkoviny.