Translatsioon

Translatsioon on rakkudes toimuv molekulaarne protsess, mille käigus ribosoomid sünteesivad mRNA põhjal aminohapetest koosneva polüpeptiidahela. Tekkiv polüpeptiidahel voltub ja muutub seejärel valguks, mis võib organismis täita mitut erinevat keemilist ja struktuurset funktsiooni, näiteks kudede moodustamine või reaktsioonide kiirendamine. Translatsioon on päriliku info avaldumise viimane etapp (vt geeniekspressioon ja valgusüntees). Translatsioonile eelneb transkriptsioon ja RNA protsessimine. Sõna "translatsioon" on mugandatud inglis- või prantsuskeelsest sõnast translation, mis on tuletatud ladina sõnast translatio 'ülekandmine'. Translatsioon jaguneb kolmeks faasiks: initsiatsioon, elongatsioon ja terminatsioon. Initsiatsiooni käigus moodustub funktsionaalne ribosoom, mis on võimeline translatsiooni läbi viima. Elongatsioonil toimub aminohapete lisamine peptiidahelasse. Terminatsioonil vabaneb sünteesitud peptiidahel ribosoomist. Translatsiooni läbiviiv molekulaarne kompleks koosneb järgnevatest osadest: ribosoom; mRNA; initsiaator-tRNA; vastavalt etapile initsiatsiooni- või elongatsioonifaktorid. Prokarüootide ribosoom koosneb 30S alaühikust ja 50S alaühikust, eukarüootidel 40S ja 60S alaühikutest. Nende kohta öeldakse ka väike ja suur alaühik.  Pikemalt artiklis Ribosoom Ribosoom on valgu ja RNA kompleks, mis esineb kõikides organismides. Ribosoomid erinevates domeenides on oma funktsioonilt analoogsed, kuid erinevad nii suuruse, struktuuri kui ka sünteesikiiruse poolest. Prokarüootide ribosoomid sisaldavad 65% ribosoom-RNAd (rRNA) ja 35% valku, eukarüootide puhul on rRNA ning valgu suhe ligilähedane 1-le. Eukarüootide puhul on valkude süntees aeglasem kui prokarüootides, sest esinevad täiendavad mehhanismid, mis kontrollivad koodon-antikoodon vastavust (seda funktsiooni teatakse ka proofreadingu nime all). Ribosoomi alaühikute kokkupanemine toimub eukarüootides kindlates tuumapiirkondades ja prokarüootides nukleoidses piirkonnas.  Pikemalt artiklis Geneetiline kood Valgul on mitu struktuurset tasandit. Primaarne, sekundaarne, tertsiaarne ja kvaternaarne struktuur. Primaarne struktuur on valgu aminohappeline järjestus, mille määrab ära mRNA ahel. Sekundaarne struktuur on aminohappejääkide stabiilne kolmemõõtmeline struktuur. Esinevad alfaheeliksina või beetalehena. Tertsiaarne struktuur on valgu kolmemõõtmeline struktuur. Kvaternaarne struktuur on kahe või enama alaühiku asend ruumis. Translatsiooni käigus sünteesitakse valgu primaarne struktuur, mille järjestuse määrab mRNA nukleotiidne järjestus. Igale aminohappele vastab kolmenukleotiidne koodon (paljudel aminohapetel on mitu neile vastavat koodonit), seda nimetataksegi geneetiliseks koodiks. Igal aminohappel on temale vastava koodoniga tRNA (mitme koodoni esinemisel on mitu tRNAd). Kõik organismid ei sünteesi kõiki tRNA-sid, vaid ainult neid, mida neil vaja läheb. Geneetiline kood ei ole ühene kõikide organismide jaoks, samas on olemas konstantsed koodonid, nagu näiteks stoppkoodonid, mis on samad kõigi elusorganismide puhul.  Pikemalt artiklis Valgusüntees prokarüootides Initsiatsiooni käigus moodustub vastavatest ribosoomi alaühikutest, initsiaator-tRNAst ja mRNA-st ribosoomi 70S kompleks. Funktsioneeriva kompleksi moodustumiseks on vajalikud nn. initsiatsioonifaktorid (IF-1, IF-2, IF-3). Initsiatsiooni alustab mRNA seondumine 30S alaühikuga, alaühik seondub mRNA puriinirikka piirkonna külge, mis asetseb enne AUG startkoodonit. Seda piirkonda nimetatakse Shine Dalgarno järjestuseks ning see on komplementaarne 30S alaühikus asuva rRNA järjestusega. Järgmisena katalüüsib IF-2 initsiaator-tRNA seondumist ribosoomi P-saiti. Pärast seda toimub 30S ja 50S alaühikute ühinemine, mille käigus eemaldub IF-2 initsiaator-tRNA küljest, kasutades GTP energiat. Kui see protsess on lõppenud, on moodustunud funktsioneeriv 70S ribosoomi kompleks. Elongatsiooni käigus toimub aminohapete liitmine peptiidahelasse. Selleks, et elongatsioon saaks toimida, on vajalik aminoatsüül-tRNAde kättesaadavus ning elongatsioonifaktorid (EF-Tu, EF-Ts, EF-G). Elongatsiooni alguses on A- ja E-sait tühi, P-saidis on initsiaator-tRNA. Elongatsioonil seonduvad aminoatsüül-tRNAd ribosoomi A-saiti, seda katalüüsib EF-Tu, mis on koodonspetsiifiline. Õige aminoatsüül-tRNA seondumisel sünteesitakse peptiidside ribosoomi P-saidis asuva aminohappe ja A-saidis asuva aminohappe vahel. Selle tulemusel jääb P-saiti deatsüül-tRNA ning A-saidis on peptiidahel, mis on seotud tRNA-ga. Pärast seda liigub nüüd juba deatsüül-tRNA P-saidist E-saiti, kus ta vabaneb ribosoomist ning A-saiti saab seonduda uus aminoatsüül-tRNA. Seda liikumist katalüüsib EF-G. See protsess jätkub, kuni A-saiti satub stoppkoodon. Stoppkoodoni (UGA, UAG ja UAA) esinemisel ribosoomi A-saidis ühineb sinna vabanemisfaktor. Vabanemisfaktorid (RF–Release Factor) on valgud, mis katalüüsivad peptiidahela vabanemist ribosoomist. Nad jagunevad kahte klassi: klass 1 (RF1, RF2) ja klass 2 (RF3). Esimese klassi vabanemisfaktorid osalevad terminatsioonis ning teise klassi vabanemisfaktorid osalevad ribosoomi taaskasutamisel. RF1 tunneb ära UAG koodonit ja RF2 tunneb ära UGA koodonit, mõlemad tunnevad ära UAA koodonit. Vabanemisfaktor (RF1;RF2) seondub A-saiti, kus nende valguline antikoodoni piirkond interakteerub mRNA koodoni piirkonnaga. Vabanemisfaktori õnnestunud seondumisel katalüüsib ta peptiidahela vabanemist ribosoomist. Selleks, et ribosoom saaks uuesti sünteesima hakata, peab ta uuesti kaheks alaühikuks jagunema. Tema A-saidist tuleb eemaldada vabanemisfaktor, mis katalüüsis peptiidahela vabanemist ribosoomist, ning P-saidist deatsüül-tRNA, mille küljest vabastati peptiidahel. Seda protsess nimetatakse ribosoomi taaskasutamiseks (recycling). Kõigepealt seondub ribosoomiga RF3, mis GTP energiat kasutades vabastab vabanemisfaktori ribosoomi A-saidist. Pärast seda seondub ribosoomiga RRF valk (RRF – Ribosome Recycling Factor), mis koos EF-G-ga vabastab mRNA ja deatsüül-tRNA ribosoomist ning eraldab 30S ja 50S alaühikud üksteisest. Jaguneb kaheks: otsast sõltuvaks ja otsast mittesõltuvaks. Initsiatsiooniks vajalike initsiatsioonifaktorite arv eukarüootidel on palju suurem kui prokarüootidel. Tähtsad on ka faktorite omavahelised interaktsioonid. Eukarüootsed initsiatsioonifaktorid on: eIF1, eIF2, eIF3, eIF4, eIF5 ja eIF6. eIF1 ja eIF3 takistavad väikese alaühiku ühinemist suure alaühikuga ning on seotud 40S alaühikuga. eIF2 sarnaneb prokarüootse IF2-ga, ta osaleb initsiaator-tRNA sidumisel 40S alaühiku P-saiti ning GTP energiat kasutades dissotsieerub koos eIF1 ja eIF3-ga, et alaühikud saaksid ühineda. eIF4 on RNA helikaas, mis vähendab mRNA sekundaarstruktuure, et väiksel alaühikul oleks võimalik seonduda. eIF5 on kofaktor alaühikute ühinemisel. eIF6, nagu eIF3, takistab alaühikute ühinemist, kuid seondub 60S külge. mRNA 5’otsas on seondumiskohad, kuhu vastavate valguliste faktorite olemasolul seondub 40S alaühik. Kuna mRNA seondumine võtab aega, on 40S seotud eIF-3ga, mis takistab 60S alaühiku ühinemist 40S-ga. Järgmisena seondub väikse alaühikuga initsiaator-tRNA, mille ühinemine on sarnane prokarüootsete organismide omaga, ainult katalüüsi viib läbi eIF-2. Pärast seda hakkab kogu kompleks liikuma mööda mRNA-d, otsides startkoodonit. Startkoodoni leidmisel seonduvad 40S ja 60S alaühikud, moodustades 80S kompleksi. Otsast mittesõltuv initsiatsioon ei vaja kindlat regiooni mRNA-s, et seondumine väikese alaühikuga oleks võimalik. On vajalik, kui rakk peab sünteesima teatud valke mittesobilikes tingimustes. Protsess sarnaneb prokarüootsete organismide omaga, kuid on aeglasem tänu kontrollmehhanismidele. Eukarüootides ei ole võimalik translatsiooni enne alustada, kui mRNA modifikatsioon on lõpuni viidud. Eukarüootsete organismide elongatsioonifaktorid erinevad prokarüootsetest analoogidest. eEF-1 koosneb kahest osast: α, mis on analoogne EF-Tu-ga, ning βγ, mis sarnaneb EF-Ts-ga. eEF-2 on analoogne prokarüootse EF-G-ga. Terminatsioon sarnaneb väga prokarüootsete organismide omaga. 1. klassi vabastusfaktoreid on ainult üks, eRF1, mis tunneb ära kõiki kolme stoppkoodonit. Erinevad antibiootikumid on võimelised häirima või takistama translatsiooni. Tetratsükliin ja tigetsükliin – takistavad aminoatsüül-tRNA seondumist ribosoomi A-saiti. Aminoglükosiidid – häirivad proofreadingu mehhanismi, mis suurendab translatsioonil tehtavate vigade arvu. Klooramfenikool – blokeerib peptiidsideme sünteesi bakterites ja mitokondrites. Klindamütsiin, makroliidid – häirivad mRNA lugemist. Püromütsiin – sarnaneb türosiin aminoatsüül-tRNA-ga, moodustab peptiidsideme ja vabastab peptiidahela ribosoomilt. Transkriptsioon Berg, J. M. et al. (2002). Biochemistry, 5th ed. New York: W.H. Freeman and Company. ISBN 0-7167-3051-0 Malys N, McCarthy JEG (2010). "Translation initiation: variations in the mechanism can be anticipated". Cellular and Molecular Life Sciences. 68 (6): 991–1003. DOI:10.1007/s00018-010-0588-z. ISSN 1420-682X. PMID 21076851. {{cite journal}}: eiran tundmatut parameetrit |unused_data= (juhend) Structure fo the E. coli protein-coducting channel bound to at translating ribosome, K. Mitra, et al. Nature (2005), vol 438, p 318 Hirokawa et al. (2006) "The Ribosome Recycling Step: Consensus or Controversy?". Trends in Biochemical Sciences Vol. 31(3), 143–149. Alberts, B. et al. (2002). Molecular Biology of the Cell, 4th ed. New York: Garland Science. ISBN 0-8153-3218-1 Singh, B. D. (2002). Fundamentals of Genetics, New Delhi, India: Kalyani Publishers. ISBN 81-7663-109-4