Translatsioon – kuidas mRNA tõlgitakse valkudeks

Tõlkimine on valkude biosünteesi teine faas (valkude valmistamine) ja moodustab osa geeniekspressiooni protsessist. Translatsioon tähendab mRNA-l kodeeritud nukleotiidijärjestuse muutmist aminohapete järjekorraks, mis moodustavad polüpeptiidi või valgu.

Enne translatsiooni peavad olema toimunud eelnevad sammud:

transkriptsioon, mis tekitab intronite ja eksonite ahela;
RNA splaissimine splaissosoomide poolt, mis eemaldavad introneid;
sõnumi RNA (mRNA) kokkupanemine eksoonidest ja selle väljaviimine tsütoplasmasse (eukarüootidel) või kättesaamine ribosoomide poolt (prokarüootidel).

Translatsiooni asukoht ja korraldus

Aminohappeid transpordivad spetsiifilised tRNA molekulid, millel on antikodoonid, et siduda mRNA-ga sobivate koodonitega. Igal tRNA-l on kindel antikodoon ja see kannab üht aminohapet – antikodoon on püsivalt seotud sama aminohappega tänu aminoatsüül-tRNA süntetaasidele, mis “laadivad” tRNA-d.

Eukarüootides toimub translatsioon peamiselt tsütoplasmas ja endoplasma-retikulumis asuvates ribosoomides. Bakterites toimub translatsioon raku tsütoplasmas, sest neil puudub tuum — seetõttu võivad transkriptsioon ja translatsioon olla prokarüootides osaliselt üheaegselt seotud (kootranslatsioon).

Ribosoomi ülesehitus ja translatsiooni etapid

Ribosoom koosneb kahest alamüksusest — väikesest ja suurest, mis ümbritsevad mRNA-d ja tagavad tRNA-de korrektse järjestuse. Ribosoomis on kolm peamist aset (tuntud kui A-, P- ja E- ehk amünatsioon, peptidüül- ja vabanemise kohad), kus toimub tRNA vastuvõtt, peptiidide pikkendamine ja tRNA vabastamine. Suure osa ribosoomi katalüütilisest aktiivsusest (peptidüültransferaas) teeb rRNA ise, seega on ribosoomi aktiivsus osaliselt ribotsüümaalne.

Translatsioon jaguneb kolmeks põhiliseks etapiks:

Initiatsioon: ribosoomi alamühikud seonduvad mRNA-ga ja leitakse alustärk (startkodon, tavaliselt AUG eukarüootidel ja prokarüootidel). Bakteritel kantakse algavat aminohapet sageli vormüülmetioniiniga (fMet). Initiatsioonifaktorid aitavad moodustada toimivat initiatsioonikompleksi.
Elongatsioon: iga järgmise koodoni puhul toimetatakse vastav aminoatsüül-tRNA ribosoomi A-asse, antikodoonid paarituvad mRNA koodoniga, peptiidiahela pikeneb peptidüültransferaasi ensüümi abil ja tRNA liigub läbi P- ja E-aseme väljaminekuks. Translatsioonis on olulised ka elongatsioonifaktorid ja energiat annab GTP.
Terminatsioon: kui ribosoom jõuab STOP-kodoni (UAA, UAG või UGA), ei ole vastavat aminoatsüül-tRNA; selle asemel seonduvad release-faktorid, mis vallandavad polüpeptiidi ja lõhustavad translatsioonikompleksi, võimaldades ribosoomi alamühikutel taastuda järgmiseks tsükliks.

Täpsus ja kvaliteedikontroll

Translatsiooni täpsus on tagatud mitmel tasandil: aminoatsüül-tRNA süntetaasid tunnevad ära õiged aminohapped ja õige antikodooniga tRNA-d; ribosoomil on kontrollmehhanismid, mis soodustavad korrektsete baasipaaride kinnitumist; ning post‑translatsioonilised kvaliteedikontrolli süsteemid (nt molekulaarassistandid, chaperonid) aitavad tagada õige voltumise või suunata ebaõigesti voldunud polüpeptide lagundamiseks.

Eukarüootide erisused ja sekretor-süsteem

Paljud ribosoomid moodustavad polüsoome (mitu ribosoomi sama mRNA lõimes), mis suurendab valkude tootmise efektiivsust. Paljud ribosoomid kinnituvad koos mRNA-ga kareda endoplasmaatilise retikulumi välismembraanile; need sünteesivad valke, mis sisenavad endoplasmaatilise retikulumi sisesse ruumi (lumenisse) või integreeruvad membraanivalkudena. Sellele eelneb sageli signaalpeptiid ja selle ära tundmisel sekkub signaal-tuvastus-partikkel (SRP), mis suunab tõlke‑masinavärgi ER-i sisse.

Kõik valgud, mida karedal ER‑il olevad ribosoomid teevad, lähevad vesiklitesse edasi transportimiseks. Vesiklid viivad need seejärel teistesse organellidesse, rakumembraani või väljastatakse rakust (sekretsioon).

Pärast translatsiooni

Vastloodud polüpeptiidid ei ole sageli kohe funktsionaalsed. Enamik vajab:

õiget voltumist (mida abistavad chaperonid),
post‑translatsioonilisi modifikatsioone (nt glykosüülimine, fosforüülimine, disulfiidsideme moodustamine),
mõnel juhul peptiidide lõikamist või kombineerimist teiste polüpeptiididega mitme‑aluselisteks valkudeks.

Kombineerides need sammud — transkriptsioon, mRNA töötlemine, translatsioon ja post‑translatsioonilised protsessid — saab rakk täpselt ja efektiivselt toota vajalikke valke, hoides kontrolli nii kvantiteedi kui ka kvaliteedi üle.

Skeem, mis näitab mRNA translatsiooni ja valkude sünteesi ribosoomi poolt

Neli etappi

Tõlkimine toimub neljas etapis: aktiveerimine (valmistumine), initsiatsioon (algus), pikenemine (pikendamine) ja lõpetamine (peatumine). Need terminid kirjeldavad aminohappeahela (polüpeptiidi) kasvu.

Aminohapped viiakse ribosoomidesse ja pannakse kokku valkudeks. Aktiveerimise etapis seotakse õige aminohape kovalentselt õige transfeer-RNA-ga (tRNA). Kui tRNA on seotud aminohappega, on see "laetud".
Initsiatsioon toimub siis, kui ribosoomi väike osa ühendub mRNA 5' otsaga initsiatsioonifaktorite (IF) abil.
Pikendus on see, kui "laetud" tRNAde poolt toodud aminohapped ühendatakse omavahel, et moodustada polüpeptiid.

Mõned antibiootikumid toimivad nii, et nad takistavad tõlkimist. Prokarüootilised ribosoomid erinevad eukarüootilistest ribosoomidest. Seega võivad antibiootikumid tappa bakterid, kahjustamata eukarüootilist peremeest. Näiteks inimese poolt võetud antibiootikumid võivad tappa inimese haigestumise põhjustanud bakterid, kuid ei tee inimesele haiget.

Ülevaade eukarüootilise messenger RNA translatsioonist

Küsimused ja vastused

K: Mis on tõlge?

V: Tõlkimine on valkude biosünteesi teine osa, mis on valkude valmistamise protsess. See on osa geeniekspressioonist ja hõlmab sõnumitooja RNA moodustamist eksonitest ja intronitest.

K: Kus toimub translatsioon eukarüootides?

V: Eukarüootides toimub translatsioon ribosoomides tsütoplasmas ja endoplasmavõrgustikus.

K: Kuidas toimivad tRNAd translatsiooni ajal?

V: Translatsiooni ajal ühenduvad antikodoonidega tRNAd mRNA vastavate koodonitega ja kannavad aminohappeid. Kui tRNA ühtib mRNAga, vabaneb sellega seotud aminohape tRNAst ja ühendatakse eelmise tRNA poolt toodud aminohappega.

K: Kuidas töötab ribosoom translatsiooni ajal?

V: Ribosoom töötab translatsiooni ajal nagu börsiliin ja tikerkiri. Paljud ribosoomid kinnituvad koos mRNA-ga kareda endoplasmilise retikulumi välismembraanile, kus nad valmistavad valke, mis lähevad vesiklitesse, mis viivad need seejärel teistesse organellidesse või raku välisküljele.

K: Mis eelneb transkriptsioonile?

V: Enne transkriptsiooni tuleb geeniekspressioon, mis tekitab intronite ja eksonite ahela RNA splaissimise kaudu splaissosoomide abil, mis eemaldavad intronid.

K: Mis juhtub pärast polüpeptiidide valmistamist translatsiooni käigus?

V: Pärast seda, kui polüpeptiidid on translatsiooni käigus valmistatud, tuleb neid kombineerida teiste polüpeptiididega, et nad moodustaksid terveid valke või volditud, enne kui nad saavad toimida valkudena.

K: Kus toimub translatsioon bakterites?

V: Bakterites toimub translatsioon nende rakkude tsütoplasmas, kuna neil puudub tuum.