Celice neprestano sestavljajo nove beljakovine. Te sodelujejo pri gradnji mišic, prenosu kisika in uravnavanju kemijskih reakcij. Proces, kjer ribosom bere zapis na mRNK in povezuje aminokisline v pravilnem zaporedju, imenujemo translacija.
V tem učnem priročniku boš spoznal, kako celica s pomočjo mRNK, tRNK in ribosoma sestavi beljakovino. Opisane so vse faze translacije – od začetne vezave do sprostitve nastalega polipeptida. Razloženo je, kako genetski zapis, tRNK in aktivna mesta na ribosomu sodelujejo pri sintezi.
Translacija na kratko
Iščeš samo osnovne informacije? Tukaj dobiš jasno razlago, kaj pomeni translacija v biologiji:
🟠 Translacija je proces, kjer ribosom prebere zaporedje kodonov na mRNK in poveže aminokisline v točno določen polipeptid.
🟠 Vsak kodon na mRNK se ujema z tRNK, ki nosi pravilno aminokislino glede na genetski zapis.
🟠 Pri prokariontih se translacija lahko začne že med transkripcijo. Pri evkariontih pa se začne šele, ko je mRNK predelana in preide v citoplazmo.
🟠 Premikanje ribosoma po mRNK in povezovanje aminokislin zahteva energijo. Za to poskrbi GTP, ki poganja posamezne faze podaljševanja.
🟠 Po zaključeni translaciji se polipeptid zvije v končno zgradbo. Pogosto se mu dodajo še kemijske skupine ali pa ga signalno zaporedje usmeri na točno določen del celice.
Kako celice prevedejo mRNK v beljakovine
Translacija pretvori mRNK v verigo aminokislin
Translacija je postopek, kjer ribosom prebere zaporedje na mRNK in na podlagi genetskega zapisa sestavlja polipeptid. Poteka v citoplazmi, potem ko transkripcija ustvari zrelo mRNK. Vsak kodon, sestavljen iz treh nukleotidov, določa eno aminokislino, ki se vstavi v rastočo verigo v točno določenem zaporedju.
Translacija se začne, ko se ribosom veže na mRNK in začne z branjem pri začetnem kodonu, ki je običajno AUG. Ob vsakem kodonu se prilega ustrezna tRNK, ki prinese pravilno aminokislino. Ribosom nato tvori novo peptidno vez in nadaljuje po zapisu, dokler ne pride do končnega kodona, ki označuje zaključek sinteze.
Kaj vse sodeluje pri translaciji
Sporočilna RNK (mRNK)
mRNK vsebuje zaporedje kodonov, ki izvirajo iz gena. Ta zapis določa vrstni red, po katerem se vgradijo aminokisline v beljakovino.
Ribosomi
Ribosomi so sestavljeni iz rRNK in različnih beljakovin. Njihova naloga je, da berejo kodone, držijo tRNK na pravem mestu in omogočajo nastanek peptidnih vezi med aminokislinami.
tRNK in aminokisline
Vsaka tRNK prinese eno aminokislino do ribosoma. Ima antikodon, ki se poveže z ustreznim kodonom na mRNK, in s seboj nosi točno določeno aminokislino.
Encimi in GTP
Encimi aminoacil-tRNK sintetaze poskrbijo, da se vsaka aminokislina pravilno veže na svojo tRNK. GTP je vir energije, ki omogoča vnos tRNK v ribosom in njegovo premikanje po mRNK.
Kako poteka translacija
Začetek translacije: kodon AUG
Translacija se začne, ko se mala podenota ribosoma veže na mRNK. Pri bakterijah ribosom prepozna Shine-Dalgarno zaporedje tik pred začetnim kodonom. Pri evkariontih pa se veže na 5′-kapo in nato drsi po mRNK, dokler ne doseže kodona AUG. Ta kodon določi bralni okvir, po katerem se mRNK bere v trojkah.
Posebna začetna tRNK z metioninom se veže na kodon AUG preko antikodona. Ko je začetna tRNK na mestu, se pridruži še velika podenota. Tako nastane aktiven ribosom s tremi mesti: A, P in E. tRNK z metioninom začne v mestu P.
Podaljševanje: tvorba verige aminokislin
Ribosom se premika po mRNK tri nukleotide naenkrat. V vsako novo zaporedje vstopi napolnjena tRNK v mesto A. Če se antikodon pravilno ujema s kodonom, ribosom poveže novo aminokislino s tisto v verigi na mestu P. Peptidno vez katalizira rRNK v veliki podenoti ribosoma.
Ko je vez oblikovana, se ribosom pomakne naprej. tRNK iz mesta P preide na mesto E in zapusti ribosom. tRNK iz mesta A zdaj zasede mesto P, mesto A pa postane prosto za naslednjo tRNK. GTP omogoča premikanje in zagotavlja natančnost procesa.
Zaključek: sprosti se polipeptid, translacija je zaključena
Ko ribosom doseže enega izmed končnih kodonov (UAA, UAG ali UGA), se na ta zapis ne more vezati nobena tRNK. Namesto nje se v mesto A veže sprostitveni dejavnik. Ribosom nato doda vodno molekulo, kar sproži sprostitev polipeptidne verige. Po sprostitvi se ribosom razstavi, mRNK in podenoti pa se reciklirajo.
Povezava med tRNK in kodoni v genetskem zapisu
Genetski zapis povezuje zaporedja nukleotidov v mRNK z aminokislinami v beljakovinah. Med translacijo tRNK ena za drugo prepoznavajo kodone in prinašajo ustrezne aminokisline. Ta sistem je natančen, stalen in skoraj univerzalen.
Napolnjena tRNK nosi točno določeno aminokislino
tRNK ima antikodon, ki prepozna kodon na mRNK, in mesto za vezavo aminokisline. Aminokislina se pred translacijo veže na tRNK s pomočjo encima aminoacil-tRNK sintetaza. Vsak tak encim natančno prepozna strukturo tRNK in pravo aminokislino.
Ko je aminokislina vezana, je tRNK napolnjena. V fazi podaljševanja vstopi v ribosom, kjer njen antikodon oblikuje par z ustreznim kodonom. Če povezava ustreza, ribosom doda aminokislino v nastajajočo verigo.
Kodoni določajo zaporedje aminokislin
mRNK se bere po tri nukleotide hkrati. Te trojke imenujemo kodoni. Vsak kodon določa eno aminokislino ali končni signal. Na primer: UUU določa fenilalanin, UGA pomeni konec translacije, AUG pa določa metionin in označuje začetek.
| Kodon | Aminokislina |
| AUG | Metionin (začetek) |
| UUU | Fenilalanin |
| UUA | Levcin |
| GGC | Glicin |
| UGA | Stop |
Genetski zapis je podvojen. Več kodonov lahko določa isto aminokislino. Levcin ima na primer šest različnih kodonov. Kljub temu pa vsak kodon vedno določa samo eno aminokislino. Zaradi te zanesljivosti ribosom iz iste mRNK vedno sestavi enako beljakovino.
Primerjava med translacijo pri prokariontih in evkariontih
Translacija pri prokariontih in evkariontih poteka po enakem zaporedju, a v različnih pogojih. Razlike izhajajo iz zgradbe celice in organizacije dednega zapisa.
Ribosomi uporabljajo različna zaporedja za začetek translacije
Pri prokariontih se ribosom veže neposredno na Shine-Dalgarno zaporedje, ki leži tik pred začetnim kodonom AUG. To zaporedje se komplementarno poveže z 16S rRNK v mali podenoti, kar ribosomu omogoči, da začne branje na pravem mestu.
Evkariontski ribosomi uporabljajo mehanizem iskanja. Najprej prepoznajo 5′-kapo, nato pa potujejo po mRNK, dokler ne najdejo kodona AUG v ustreznem zaporedju. Ta kodon določa začetek sinteze beljakovine.
Število beljakovin, ki lahko nastanejo iz ene mRNK
mRNK pri prokariontih je pogosto policistronska. Vsebuje več zaporedij za različne beljakovine, vsako z lastnim začetnim kodonom in Shine-Dalgarno zaporedjem.
Evkariontske mRNK so običajno monocistronske. Vsebujejo samo eno odprto bralno območje. Ribosom začne s sintezo pri prvem kodonu AUG in nadaljuje do končnega kodona.
Pri prokariontih translacija poteka že med transkripcijo
Pri bakterijah se ribosomi vežejo na mRNK, še preden je transkripcija končana. Transkripcija in translacija potekata hkrati v isti komori. To omogoča hitro sintezo beljakovin brez zamika.
V evkariontskih celicah se procesa ne prekrivata. Transkripcija poteka v jedru, translacija pa se začne šele, ko mRNK preide v citoplazmo.
Hitrost translacije, poraba energije in natančnost
Vsaka aminokislina v polipeptidni verigi zahteva dve molekuli GTP – eno za premik ribosoma in drugo za vnos tRNK. Ta poraba energije omogoča zanesljivost in preprečuje napake pri vezavi.
Ribosomi pri prokariontih so hitrejši. V idealnih pogojih lahko dodajo do 20 aminokislin na sekundo. Evkariontski ribosomi so počasnejši, s hitrostjo približno 5 do 9 aminokislin na sekundo. Kljub razlikam sta hitrosti usklajeni z delovanjem RNK-polimeraze.
Popolna natančnost ni mogoča. Aminoacil-tRNK sintetaze zmanjšujejo verjetnost napake, saj na vsako tRNK vežejo le ustrezno aminokislino. Med podaljševanjem ribosom preveri pravilnost parjenja med kodonom in antikodonom. Napake so redke – povprečna verjetnost znaša med 1 na 1.000 in 1 na 10.000 aminokislin. Če se napake kopičijo, lahko vplivajo na delovanje beljakovine.
Dogajanje po koncu translacije
Na novo nastali polipeptid se začne zvijati že med translacijo. Zgradi se v stabilno tridimenzionalno zgradbo, ki določa njegovo funkcijo. V nekaterih primerih se veriga dodatno obdela – encimi lahko odrežejo signalna zaporedja ali dodajo kemične skupine, kot so sladkorji (glikozilacija) ali fosfati (fosforilacija).
Pogosto se na začetku beljakovine pojavi signalni peptid, ki ribosom usmeri proti endoplazemskemu retikulumu. Tam se sinteza nadaljuje, beljakovina pa preide v notranjost retikuluma. Nato se lahko razvrsti, usmeri do določenega celičnega predela ali pripravi za izločanje.
Zvijanje, obdelava in razvrščanje po translaciji potekajo po točno določenem zaporedju. Če pride do napake, se beljakovina razgradi, aminokisline pa se ponovno uporabijo. Tako celica ohranja ravnotežje in prepreči kopičenje napačnih produktov.
Če se ti translacija zdi zapletena, ti lahko pomaga inštruktor molekularne biologije
Če ti pri translaciji ni jasno, kaj je kodon in kaj končni signal, lahko veliko pomaga individualna razlaga. Zasebni inštruktor molekularne biologije bo skupaj s tabo šel skozi razgradnjo mRNK, vlogo tRNK, dogajanje na ribosomu in pojasnil, zakaj je vsaka aminokislina tam, kjer je. Brez preskakovanja bistvenih delov, ki jih učbeniki pogosto le bežno omenijo.
Vtipkaj “inštruktor molekularne biologije Maribor” in kmalu boš lažje razumel, kako uporabljati kodonsko tabelo. Če si doma v bližini Ljubljane, ti “zasebni inštruktor biologije Ljubljana” pomaga pri primerjavi translacije med prokarionti in evkarionti. Z “zasebni učitelj molekularne biologje Nova Gorica” boš razumel, kako ribosom napreduje po mRNK in zakaj pri tem porablja GTP. Če pa ti bolj ustreza pouk na daljavo, poišči spletnega inštruktorja in se izobražuj kar od doma.
Včasih je razlaga v šoli prehitra. Na inštrukcijah lahko snov razdelaš v svojem tempu. Prijavi se na meet’n’learn in se posveti temam, ki ti niso jasne – ne le tistim, ki bodo na testu.
Če iščeš dodatno pomoč, pokukaj v naš spletni učbenik biologije. Če pa potrebuješ razlago iz oči v oči, ti inštruktor pomaga razumeti tudi najbolj zahtevne dele snovi – jasno in brez ovinkarjenja.
Translacija: pogosta vprašanja
1. Kaj pomeni translacija v biologiji?
To je proces, pri katerem ribosom prebere zapis na mRNK in iz aminokislin sestavi beljakovino.
2. Kje v celici poteka translacija?
Translacija poteka v citoplazmi – lahko na prostih ribosomih ali na zrnatem endoplazemskem retikulumu.
3. Kakšna je vloga tRNK med translacijo?
tRNK prinaša aminokisline do ribosoma in jih poravna s pripadajočimi kodoni na mRNK.
4. Kateri kodon sproži začetek translacije?
Začetni kodon je običajno AUG, ki kodira metionin.
5. Kaj ustavi translacijo?
Končni kodon (UAA, UAG ali UGA) označi konec sinteze polipeptida.
6. Kako ribosom ve, kje naj začne?
Pri prokariontih ribosom prepozna Shine-Dalgarno zaporedje. Pri evkariontih se usmeri z 5′-kapo do prvega ustreznega kodona AUG.
7. Kakšna je naloga genetskega zapisa med translacijo?
Genetski zapis določa, katera aminokislina pripada določenemu kodonu v mRNK.
8. Zakaj imajo različni organizmi tako podoben sistem translacije?
Ker večina organizmov uporablja isti genetski zapis in osnovne elemente translacije, kar kaže na skupen izvor v razvoju življenja.
Viri:
1. NCBI
2. BioLibreText
3. Wikipedia
