Milada Teplá
KUDCH, PřF UK v Praze
email: milada.tepla@natur.cuni.cz

Biochemie - základní kapitoly

Buňka - úvod

Nukleové kyseliny a proteosyntéza

Přírodní látky

Trávení

Metabolismus

Další informace

Translace

Kapitoly:

1. Jak je zpráva o pořadí aminokyselin v peptidovém řetězci zakódována v řetězci DNA?

2. Jaká je struktura tRNA a jaká je její funkce během translace?

3. Jaká je funkce enzymu aminoacyl-tRNA-synthetasy?

4. Jak probíhá iniciace translace?

5. Jak probíhá elongace translace?

6. Jak probíhá terminace translace?

Jakmile vznikne funkční mRNA, informace v ní obsažená může být ihned použita pro syntézu proteinu.

Genetická informace je předávána z mRNA do proteinu procesem zvaným translace.

1. Jak je zpráva o pořadí aminokyselin v peptidovém řetězci zakódována v řetězci DNA?

Pořadí aminokyselin je v peptidovém řetězci kódováno pomocí tripletů (kodonů) nukleotidů. Dohromady lze vytvořit 64 (4³) kombinací trojic nukleotidů. Z toho plyne, že některé aminokyselině přísluší i několik tripletů, ale naopak jednomu tripletu přísluší nanejvýš jedna aminokyselina. Triplety UAA, UAG, UGA nekódují žádnou aminokyselinu(vyjma UGA kodonu), jedná se o tzv. terminační kodony (stop kodony), které signalizují konec kódující sekvence. Kodon AUG slouží jako tzv. iniciační kodon (signalizuje začátek translace) a také jako kodon, ke kterému je přiřazen methionin. (Pozn. kodon UGA kóduje 21. aminokyselinu selenocystein, která byla objevena až v roce 1986).

Pravidla, kterými se řídí prostřednictvím mRNA přenos z nukleotidové sekvence DNA do aminokyselinové sekvence, jsou definovaná jako genetický kód. V genetickém kódu platí konvence, že 5' konec nukleotidové sekvence mRNA je vždy zapisován vlevo! Genetický kód je univerzální pro všechny dnes žijící organismy.

V principu může být mRNA překládána ve všech třech čtecích rámcích podle toho, u kterého nukleotidu translace začne, avšak jen v jednom čtecím rámci vzniká požadovaný protein.

Obr. 1: Genetický kód. (Pozn. kodon UGA kóduje aminokyselinu selenocystein, Sec).

2. Jaká je struktura tRNA a jaká je její funkce během translace?

Kodony v mRNA nerozpoznávají přímo aminokyseliny, které specifikují. Translace mRNA do proteinu závisí na tRNA (transferová RNA), která je schopna jednou částí molekuly rozpoznat a spárovat se s kodonem v mRNA a jinou částí vázat aminokyselinu. Všechny molekuly tRNA jsou přibližně 80 nukleotidů dlouhé. Jejich struktura připomíná jetelový lístek, který podléhá ještě dalšímu sbalení a vytváří konečnou strukturu ve tvaru písmene L.

Jedna z částí tRNA se nazývá antikodon, což jsou tři nukleotidy komplementární ke kodonu v mRNA. Další důležitou oblastí je 3' konec, na který je esterovou vazbou navázána příslušná aminokyselina. Esterová vazba vzniká mezi karboxylovou skupinou aminokyseliny a hydroxylovou skupinou na 2. či 3. uhlíku pentosy na 3' konci tRNA.

Pro některé aminokyseliny existuje i více tRNA, na které se mohou vázat. Některým tRNA umožňuje jejich struktura vázat se na více kodonů.

Viz též animace Aminoacyl-tRNA.

tRNA
Obr. 2: tRNA.

3. Jaká je funkce enzymu aminoacyl-tRNA-synthetasy?

Rozpoznání a připojení správné aminokyseliny je funkcí enzymů nazývaných aminoacyl-tRNA-synthetasy. Každá buňka má pro každou kódovanou aminokyselinu jednu aminoacyl-tRNA-synthetasu. Specifické nukleotidy v obou ramenech, antikodonovém i vázajícím aminokyselinu, umožňují rozpoznání každé tRNA vlastní aminoacyl-tRNA-synthetasou. Reakce katalyzovaná aminoacyl-tRNA-synthetasou vyžaduje dodání energie hydrolýzou ATP. Při této reakci vzniká vysokoenergetická vazba mezi tRNA a aminokyselinou. Tato energie je později využita pro tvorbu kovalentní vazby mezi rostoucím polypeptidovým řetězcem a nově navázanou aminokyselinou.

Obr. 3: Aminoacyl-tRNA-synthetasa.

4. Jak probíhá iniciace translace?

Translace probíhá na ribosomu (viz. kap. 1). Proces začíná na iniciačním kodonu AUG a pro iniciaci je třeba iniciační tRNA, která má na sobě vázaný methionin (u prokaryotních organismů formyl-methionin). U eukaryotních organismů je iniciační tRNA s navázaným methioninem připojená k malé ribosomální jednotce za asistence několika proteinů tzv. iniciačních faktorů. Po navázání iniciační tRNA se malá podjednotka váže na 5' konec mRMA a začne se pohybovat podél mRNA ve směru 5' → 3' a hledat první kodon AUG, který je rozpoznán antikodonem iniciační tRNA. Jakmile ho nalezne, odpoutá se od malé ribosomální podjednotky několik iniciačních faktorů, což umožní připojení velké ribosomální podjednotky. Protože se iniciační tRNA váže rovnou do P-místa na ribosomu, může prodlužování řetězce (elongace) ihned začít navázáním druhé tRNA s aminokyselinou do A-místa na ribosomu.

ribosom
Obr. 4: Struktura ribosomu.

5. Jak probíhá elongace translace?

Ribosom se pohybuje podél mRNA, překládá nukleotidovou sekvenci do aminokyselinové za použití tRNA a po dosyntetizování proteinu se obě podjednotky ribosomu opět oddělí.

Ribosom obsahuje čtyři vazebná místa pro molekuly RNA: jedno pro mRNA a tři pro tRNA (E-místo, A-místo, P-místo).

Při proteosyntéze je neustále opakován tříkrokový cyklus: v prvním kroku je aminoacyl-tRNA navázána do A-místa; ve druhém kroku vzniká nová peptidová vazba mezi přicházející aminokyselinou a prodlužujícím se peptidovým řetězcem; ve třetím kroku se ribosom posune o 3 nukleotidy podél mRNA, čímž se uvolní tRNA bez navázané aminokyseliny z E-místa a tRNA z A-místa se přenese do P-místa; do volného A-místa se může okamžitě vázat další tRNA s připojenou aminokyselinou.

mRNA je překládána ve směru 5' → 3' a nejprve vzniká N-konec proteinu, z čehož vyplývá, že polypeptidový řetězec roste směrem od N-konce k C-konci. Celý cyklus všech tří kroků je opakován při každém předávání nové aminokyseliny do polypeptidového řetězce, dokud ribosom nenarazí na stop-kodon.

6. Jak probíhá terminace translace?

Konec proteinu je signalizován přítomností jednoho ze tří terminačních neboli stop kodonů (UAA, UAG, UGA). Těmto kodonům (vyjma UGA kodonu) není přiřazená žádná aminokyselina. Místo tRNA se na stop kodon v A-místě vážou tzv. terminační (uvolňovací) faktory. Místo aminokyseliny se váže molekula vody, čímž se uvolní karboxylový konec hotového polypeptidového řetězce z tRNA v P-místě. Protein se uvolňuje do cytoplasmy. Po skončení proteosyntézy je mRNA odpojena od ribosomu a dojde k disociaci obou podjednotek ribosomu, které se mohou navázat na jinou molekulu mRNA a začít novou translaci.

Obr. 5: Iniciace, elongace a terminace translace.