Baltymų sintezė (transliacija) – kas tai ir kaip vyksta ląstelėse
Baltymų sintezė (transliacija) — aiškus žingsnis po žingsnio vadovas, kaip ribosomos skaito mRNR, tRNA pristato aminorūgštis ir susidaro funkcionalūs baltymai ląstelėse.
Transliacija yra antroji baltymų biosintezės (baltymų gamybos) fazė ir viena iš genų raiškos stadijų. Tai procesas, kurio metu iš žinutės RNR (mRNR) nukleotidų sekos pagal kodonus susintetinamas polipeptidas — aminorūgščių seka, galinti virsti funkciniu baltymu.
Kas vyksta prieš transliaciją
Prieš prasidedant transliacijai eukariotinėse ląstelėse turi įvykti keli įvykiai, kad būtų gauta brandi, transliacijai tinkama mRNR:
- Transkripcija – DNR seka yra nukopijuojama į pirminę RNR (pre-mRNR).
- RNR rišimas (splicingas) – Intronai pašalinami, o egzonai sujungiami, formuojant vientisą mRNR seką.
- Brandinimas – prie mRNR pridedamas 5' galvutė (cap), 3' gale poli(A) uodega ir atliekami kiti modifikavimai; taip susiformuoja funkcinė žinutės RNR (mRNR), kuri gali patekti į citoplazmą transliacijai.
Kur vyksta transliacija?
Eukariotuose transliacija vyksta citoplazmoje esančiose ribosomose arba prie endoplazminio tinklo (ypač prie šiurkštaus ER). Bakterijose transliacija taip pat vyksta ląstelės citoplazmoje, nes jos neturi branduolio; be to, prokariotėse transliacija dažnai vyksta kartu su transkripcija (coupled transcription‑translation).
Ribosomos ir tRNA vaidmuo
Ribosomos susideda iš dviejų subvienetų (mažosios ir didžiosios), kurios kartu apgaubia mRNR molekulę. Ribosoma perskaito mRNR tripletus — kodonus — ir surenka aminorūgštis vieną po kitos. Aminorūgštis yra pernešama specifine tRNA, kurios antikodonas suporuojasi su mRNR kodonu. Kiekviena tRNA neša tam tikrą aminorūgštį ir turi unikaliai atitinkantį antikodoną; antikodonas visada yra susietas su ta pačia aminorūgštimi (žr. aminorūgštis ir kodonai).
Transliacijos fazės
Inicijavimas: mažasis ribosomos subvienetas prisijungia prie mRNR, atpažįstamas start kodonas (dažniausiai AUG). Iniciacinė tRNA, nešanti metioniną, susijungia su start kodonu, po to prisijungia didžioji subvienetas — susidaro veikianti ribosoma.
Elongacija: ribosoma juda palei mRNR, į A‑vietą (aminoacilinė vieta) patenka nauja tRNA, kurios antikodonas suporuojasi su mRNR kodonu. Peptidinis ryšys tarp aminorūgščių susidaro katalizuojant peptidiltransferazei (ribosominis RNR), o anksčiau esančios tRNA perkeliamos per P (peptidilinė) ir E (išeinamoji) vietas. Taip polipeptidas ilgėja žingsnis po žingsnio.
Terminacija: kai ribosoma pasiekia stop kodoną (pvz., UAA, UAG arba UGA), jį atpažįsta išlaisvinimo faktoriai, polipeptidas atjungiama nuo paskutinės tRNA, ir ribosominiai subvienetai disocijuoja.
Kodonas, antikodonas, ir peptidų sintetinimas
Kiekvienas trijų bazių seka mRNR (kodonas) nurodo konkretų aminorūgšties įterpimą arba terminaciją. tRNR antikodonas suporuojasi su kodonu, o aminorūgštis, prijungta prie tRNR, pernešama į ribosomą ir įjungiama į augantį polipeptidą. Peptidinis ryšys susidaro tarp nukleofilinės grupės vienos ir karboksilgrupės kitos aminorūgšties — šį procesą ribosoma katalizuoja labai efektyviai.
Polizomai ir sinchroninis darbas
Vieną mRNR gali skaityti kelios ribosomos vienu metu; tokia struktūra vadinama polizomu arba polisoma. Tai leidžia greitai pagaminti daug tos pačios baltymo kopijų.
Baltymų lyginimas, modifikacijos ir paskirstymas
Gautas polipeptidas dažnai dar nėra funkcionalus — jis turi susilankstyti į tinkrą (kartais padedant chaperonams), formuoti disulfidines jungtis, būti modifikuotas (pvz., glikozilinimas, fosforilinimas) arba sukarpyti proteolitiniais procesais. Ribosomos prie šiurkštaus endoplazminio tinklo gamina baltymus, kurie patenka į ER liumeną arba membraną; tokie baltymai vėliau pakuojami į pūsleles (vezikules) ir per jas nukreipiami į kitas organelas arba išskiriami į ląstelės išorę. Ribosomos prisitvirtina prie ER išorinės membranos, o specialios signalinės peptidų sekos ir SRP sistema nukreipia sintezuojamą polipeptidą į translokono kanalą ER membranoje.
Skirtumai tarp eukariotų ir prokariotų
Be minėto branduolio buvimo skirtumo, svarbu pabrėžti, kad prokariotėse transliacija gali prasidėti anksčiau nei baigiasi transkripcija, o eukariotinė transliacija yra griežčiau reguliuojama ir susieta su ląstelės kompartmentalizacija bei post‑transliacinėmis modifikacijomis.
Santrauka: transliacija yra svarbiausias etapas, kuriame iš genetinės informacijos (mRNR) yra sintetinamas polipeptidas pagal tripletinę kodų sistemą. Šį procesą atlieka ribosomos kartu su tRNA ir pagalbinėmis baltymų faktorių sistemomis; vėliau polipeptidai sulankstomi ir modifikuojami, kad taptų funkcionaliais baltymais ir būtų paskirstyti ląstelėje.
Diagrama, vaizduojanti mRNA vertimą ir baltymų sintezę ribosoma
Keturi etapai
Transliacija vyksta keturiais etapais: aktyvacija (pasiruošimas), iniciacija (pradžia), elongacija (ilgėjimas) ir terminacija (sustabdymas). Šie terminai apibūdina aminorūgščių grandinės (polipeptido) augimą.
- Aminorūgštys patenka į ribosomas ir surenkamos į baltymus. Aktyvinimo etape tinkama aminorūgštis kovalentiškai sujungiama su tinkama perdavimo RNR (tRNA). Kai tRNA prijungiama prie aminorūgšties, ji "įkraunama".
- Iniciacija vyksta tada, kai mažoji ribosomos dalis, padedama iniciacijos veiksnių (IF), prisijungia prie 5' mRNR galo.
- Elongacija vyksta tada, kai "įkrautų" tRNA atneštos aminorūgštys susijungia tarpusavyje ir sudaro polipeptidą.
Kai kurie antibiotikai veikia taip, kad neleidžia vykti vertimui. Prokariotų ribosomos skiriasi nuo eukariotų ribosomų. Taigi antibiotikai gali sunaikinti bakterijas, nepakenkdami eukariotiniam šeimininkui. Pavyzdžiui, antibiotikai, kuriuos vartoja žmogus, gali nužudyti bakterijas, dėl kurių žmogus serga, bet nepakenkti žmogui.
Eukariotų pasiuntinių RNR transliacijos apžvalga
Klausimai ir atsakymai
Klausimas: Kas yra vertimas?
A: Vertimas yra antroji baltymų biosintezės, t. y. baltymų gamybos proceso, dalis. Jis yra genų raiškos dalis ir apima pasiuntinių RNR formavimą iš egzonų ir intronų.
K: Kur eukariotuose vyksta transliacija?
A: Eukariotuose transliacija vyksta citoplazmoje esančiose ribosomose ir endoplazminiame tinklelyje.
K: Kaip tRNA veikia vertimo metu?
A: Vertimo metu tRNA su antikodonais jungiasi su atitinkamais mRNA kodonais ir perneša aminorūgštis. Kai tRNA sutampa su mRNR, prie jos prijungta aminorūgštis atsijungia nuo tRNA ir prijungiama prie ankstesnės tRNA atneštos aminorūgšties.
Klausimas: Kaip vertimo metu veikia ribosoma?
Atsakymas: Vertimo metu ribosoma veikia kaip biržos kasos aparatas ir kasos juosta. Daugelis ribosomų kartu su mRNA prisitvirtina prie išorinės šiurkštaus endoplazminio tinklo membranos, kur jos gamina baltymus, kurie patenka į pūsleles, kurios vėliau juos nuneša į kitas organeles arba už ląstelės ribų.
K: Kas vyksta prieš transkripciją?
A: Prieš transkripciją vyksta genų raiška, kurios metu susidaro intronų ir egzonų grandinė, kurią sudaro RNR splaisingas, atliekamas spliceosomų, kurios pašalina intronus.
K.: Kas vyksta po to, kai vertimo metu sukuriami polipeptidai?
A. Po to, kai vertimo metu sukuriami polipeptidai, juos gali tekti sujungti su kitais polipeptidais, kad jie sudarytų ištisus baltymus, arba sulankstyti, kad galėtų veikti kaip baltymai.
K: Kur bakterijose vyksta transliacija?
A:Bakterijose transliacija vyksta jų ląstelių citoplazmoje, nes jos neturi branduolio.
Ieškoti