Itzulpen (genetika)

Itzulpen genetikoa edo proteinen sintesia RNAm-tik abiatuta aminoazidoen bidez proteinak eratzen dituen prozesu anabolikoa da. Oso prozesu konplexu eta garestia da, entzima, koentzima... asko behar direlako. Genetikoki ere garestia da, zelula batek gastatzen duen energiaren %90 proteinen sintesian erabiltzen baita.

Transkripzioan sortutako RNAm dekodifikatuz proteinak sortzen dira. Itzulpen genetikoa zitoplasmaren erribosometan burutzen da, eukariotoetan zein prokariotoetan. Erribosomak RNAm inguratzen duten bi azpiunitatez osatuta daude, bata handia eta bestea txikia.

Kode genetikoa 

Itzulpenean RNA mezularia (RNAm) polipeptido espezifiko bat sortzeko dekodifikatzen da kode genetikoaren arauak jarraituz. RNAm sekuentzia bat proteina bihurtuko den aminoazido kate batean bihurtzean datza prozesu hau.

DNA-ren egitura deszifratu ostean (1953an), zientzialariak DNA-ren nukleotido-sekuentzia eta aminoazidoen sekuentziaren artean harreman estua zegoela hasi ziren pentsatzen. Geroago, transkripzio genetikoaren funtsa aurkitu zuten, RNA-ren sintesia eragiten duena DNA-tik abiatuta.

Jakina da DNA molekula nukleotidoz osatuta dagoela, nukleotido horiek desoxirribosa, azido fosforiko eta base nitrogenatuak (adenina, timina, zitosina eta guanina) edukiz. Desoxirribosa eta azido fosforikoa beti berdinak direnez, DNA-ri espezifikotasuna ematen diona base nitrogenatuen konposizioa da. Ondorioz, DNA-ren mezu genetikoa base nitrogenatuen sekuentzian datza.

Aminoazido bat adierazteko hiru base nitrogenaturen konbinaketa behar da. RNAm-an lau base daudenez (adenina -A-, urazilo -U-, guanina -G- eta zitosina -C-), 4³= 64. Honek 64 konbinazio posible daudela esan nahi du eta konbinazio bakoitza aminoazido bat izango da. Hirukote bakoitzari kodoi deritzo.

20 aminoazido desberdin ditugu. Kodoi bakarrez adierazitako aminoazidoak bi dira: metionina (AUG) eta triptofanoa (UGG). Gainontzekoak bi edo lau kodoi desberdinek adieraz ditzakete. Hiru kodoi dituen bakarra isoleuzina da eta sei dituena arginina.

64 kodoietatik 61-ek adierazten dituzte aminoazidoak. Beste hirurak amaiera kodonak dira (UAA, UAG eta UGA). Hauek proteinaren sintesia amaitu egin behar dela adierazten dute. Hasiera kodoi bat ere badago, metionina (AUG). Metionina proteinaren hasieran agertzeaz gain, tartean ere ager daiteke.

Kode genetikoak hainbat ezaugarri ditu:

 Degenerazioa: Degenerazioa aminoazido jakin bat kodoi batek baino gehiagok kodetzen duenean gertatzen da. Aminoazido bera kodetzen duten kodoiei sinonimoak deritze. Aminoazido batzuk 6 kodoi sinonimo ere izan ditzake.
 Unibertsaltasuna: Kode genetikoa ia unibertsala da. Ortganismoa edozein izanda ere, ia gehienetan kodoi jakin batek aminoazido bera kodifikatzen du.
 Hasierako eta amaierako kodoia: AUG kodoia metionina kodetzen duen bakarra da. Kasu gehienetan hasierako kodoi gisa jarduten du. UGA, UAG eta UAA kodoiak dira itzulpenaren amaiera eragiten dutenak eta ez dute aminiazidorik kodifikatzen.
 Kode ez gainjarria: Kodoi bakoitza hiru nukleotidok osatzen duenez, RNAm-a nukleotido hirukoteka irakurtzen da itzulpenean, jarraian eta puntuaziorik gabe. Kodoiek ez dute elkarren artean base nitrogenodunik partekatzen. Honek irakurketa markoa definitzen du.

Itzulpenaren faseak 

Itzulpena gene-adierazpenaren azken etapa da eta soilik zitoplasman burutzen da. Prozesu honetan RNA molekula batean dagoen informazioa erabiltzen da polipeptido bat eraikitzeko. Prozesua honi itzulpen deritzo bi hizkuntza ezberdin erabiltzen direlako: nukleotido sekuentzia batetatik aminoazido sekuentzia bestera igaroko da. Zehazki hiru nukleotido beharrezkoak dira aminoazido bakar bat kodifikatzeko; hiru nukleotidoko sekuentzia honi kodona deitzen diogu.

Itzulpena polimerizazio-prozesu bat da: monomeroak aminoazidoak dira eta sortzen diren polimeroak polipeptidoak beraz prozesuari polipeptidoen sintesia ere deitzen diogu. Itzulpena eta polipeptidoen sintesia sinonimoak dira, baina hertsiki hitz egiten itzulpena eta proteinen sintesia ez dira sinonimoak. Itzulpena proteinen sintesiaren lehenengo etapa da, baina benetako proteina funtzionala sortzeko itzulpena amaitu ondoren polipeptidoak gehienetan aldaketa sakonak jasan behar ditu.

Itzulpenaren oinarrizko erreakzioa lotura peptidikoa eratzea da, bi aminoazido lotzen dituen lotura kobalentea, erreakzio hau zuzentzen duena erribosoma delarik. Lotura bakoitza aurreko aminoazidoaren karboxilo taldea eta hurrengo aminoazidoaren amino taldearen artean ezartzen da, hori dela eta sortzen den polipeptido berria amino muturretik karboxilo muturrera sintetizatzen da. Orokorrean zelula batean milioi lotura peptidiko/sg gertatzen ari dira. Hau lortzeko alde batetik erribosoma asko daude, eta gainera polipeptidoen sintesia oso prozesu azkarra da: tamaina ertaineko proteina baten sintesia (200-300aa), batez bestez, minutu batean burutzen da (2 aa/sg, eukariotoetan; 20 aa/sg prokariotoetan).

Prozesu azkarra bada ere, beste prozesu biosintetiko zelularrekin konparatuz hau konplexuena da: monomeroen arteko lotura ez da zuzena, izan ere bitartekari bat beharrezkoa da: RNA transferentea edo garraiatzailea (RNAt). RNAt bakoitzak aminoazido bat lotuta eramaten du. Itzulpenean beraz bi RNA motak parte hartzen dute:

 RNA mezularia (RNAm)

 RNA garraiatzailea (RNAt).

RNAt molekula txikiak dira (80 nk) eta oso ugariak zitoplasman. Nukleoan sintetizatzen dira eta poro nuklearren bidez zitoplasmara esportatzen dira. RNA guztiek bezala 5' mutur bat eta 3' mutur bat aurkezten dituzte, baina zuntza ez da lineala; tolestuta dago, 3Dko egitura espezifiko bat azalduz, hau ezinbesteko delarik bere funtziorako. Analisi kristalografikoak erakutsi du RNAt molekulak L itxurako egitura aurkezten duela.

RNAt molekulan bi gune funtzional aurkituko ditugu:

 3’ muturrean hain zuzen, aminoazidoa eramaten du;

 molekularen barruan kokatuta, kodon bat ezagutzeko sekuentzia dago.

Sekuentzia hau hiru nukleotidoz osatuta dago eta antikodona deitzen da. Kodona eta antikodona osagarriak izan beharko dira elkartzeko. RNAt bakoitzak aminoazido espezifiko bat eramango du, hala ere, erlazioa ez da oso zehatza: 20 aminoazidoentzat badaude 48 RNAt desberdin. Honek esan nahi du RNAt desberdinek aminoazido berbera lotuta eraman dezaketela.

RNAt eta bere aminoazidoa lotu daitezen erreakzioa oso garrantzitsua: txarto burutzen bada mutazio bat sortuko da. Erreakzio hau zuzentzen duen entzima aminoazil-RNAt sintetasa deitzen da: 20 aminoazil-RNAt sintetasa daude soilik, beraz, hauek dira informazioaren egiazko deskodifikatzaileak: zein antikodon erabiliko duen aminoazido bakoitzak erabakitzen dute. Gainera erreakzio hau gertatu ondoren aminoazido eta RNAt-aren arteko lotura energia altuko lotura da. Gero energia hau erabiliko da polimerizazio-prozesuan lotura peptidikoa eraikitzeko.

Itzulpena burutzeko RNAm eta RNAt fisikoki elkartu behar dira. Funtzio hau erribosomak betetzen du. RNAm lotzeko gunea azpiunitate erribosomiko txikian dago. Erribosoma eta RNAm-aren arteko elkarrekintza ulertzeko kontuan hartu behar dugu erribosoma RNAm zuntzean zehar mugitzen dela; mugimenduaren norantza 5’-3’ izaten da beti. Mementu batean bakarrik RNAm-aren sekuentzia txiki bat sartuta egongo da erribosoman. Sekuentzia honetan kokatzen dira bi RNAt molekula: bata, erribosoman sartzen den RNAt berria, azken aminoazidoa eramaten duena (aminoazil-RNAt); bestea, aurreko RNAt; honek lotura peptidikoa azaltzen du (peptidil-RNAt).

Aminoazil-RNAt eta peptidil-RNAt-a gune funtzional ezberdinetan kokatzen dira erribosoman: A gunea eta P gunea. Gainera hirugarren gune bat aurki daiteke: E gunea (EXIT). Honetan kokatzen da RNAt erribosomatik irten baino lehen. A, P, eta E guneak RNAm-aren hiru kodoietan kokatzen dira jarraiean. Erribosoma RNAm-an zehar mugitzen ari den heinean kodon horiek aldatuko dira, baina erribosomaren gune funtzionalak ez.

Prozesu honetan hiru zati bereizten dira:

Aktibazioa 

Zitoplasman gertatzen da, aminoazido jakin bat (metionina) berarentzat espezifikoa den transferentziazko RNAri (RNAt) lotzen zaio. Hau itzulpenaren pauso bat izan ez arren, itzulpena gertatzeko ezinbestekoa da. Aminoazidoaren karboxilo taldea RNAt-ren 3´ muturreko hidroxilo taldearekin elkartzen da ester lotura baten bidez. RNAt aminoazido bati elkartuta dagoenean, "kargatuta" dagoela esaten da.

Hasiera 

Hasiera-fasea da faserik konplexuena RNAm-aren irakurketa modu egokia lortzea baita helburua.

Itzulpena hasteko erribosomaren azpiunitate txikiak RNAt-arekin elkartu behar du. RNAt honek metionina aminoazidoa eramaten du loturik; beraz metionina izango da beti, edozein polipeptidotan, lehenengo aminoazidoa. Metionina-RNAt konplexuak AUG kodona ezagutuko du, beraz hasiera-kodona izango da. Baina AUG hirukoteak RNAm-aren hasieran ezezik, molekularen barruan ere egon daitezke, baina besteak ez bezala erribosomaren azpiunitate txikiak RNAm-aren 5' txanoa ezagutzen du: azpiunitate txikia 5' muturrari lotzen zaio eta mugituz joango da RNAm-an zehar lehenengo AUG kodona topatu arte.

Atal honetan ere zitoplasmako zenbait proteinek parte hartzen dute: hasiera-faktoreak (IF: initiating factors; eIF, eukariotikoak) azpiunitate txikia eta RNAm-aren arteko elkarrekintza baimentzen dutenak. Mota hauek ezagutzen dira:

 eIF-2 oso estuki lotzen zaio metionina-RNAt-ari

 eIF-4E eta eIF-4G RNAm-aren 5’ txanoarekin elkartzen dira

Lotura ezarri ondoren azpiunitate txikia RNA zuntzean zehar mugitzen hasten da hasiera kodona bilatzen. Azpiunitate txikiak hasiera-kodona aurkitzen duenean, hasiera faktoreak askatzen dira eta orain azpiunitate handia sar daiteke. Mementu honetan
metionina-RNAt P gunean dago eta A gunean beste aminoazil-RNAt sartuko da, hain zuzen ere hurrengo kodonarekiko osgarria den RNAt. Orduan metionina eta bigarren aaren arteko lotura peptidikoa eratzen da (lehen lotura peptidikoa). Ondoren erribosoma mugituko da eta A gunea aske geldituko da berriro beste aminoazil-RNAt sartzeko.

Lotura peptidikoa katalizatzen duena azpiunitate handiaren RNAr bat da eta ez proteinak. Zentzu honetan esan dezakegu erribosoma erribozima bat dela. Lotura peptidikoaren eraketa zelularen oinarrizko erreakzioa da; hori dela eta RNA batez katalizatua izanak sustatzen du lehenengo katalizatzaile zelularrak RNA molekulak izan zirela eta ez proteinak, hau da, RNAren munduaren hipotesia sustatzen du.

Proteina sintetizatu berri guztien lehen aminoazidoa metionina izango da, amino-muturrean kokatzen dena. Baina askotan metionina kendu egiten da sintesia gertatzen ari denenan, aminopeptidasa espezifiko baten bidez. Hau garrantzitsua izango
da proteinaren batezbesteko bizitzarako.

Luzapena edo elongazioa 

Kate polipeptidikoaren hazkundea gertatzen da, ziklo bakoitzean aminoazido bat gehituz. 3 fase ditu luzapen prozesuak:

Lehenengo fasean, erribosomako P lekua RNAt-Met-ek okupatzen du eta beste RNAt bat sartzen da A lekuan, RNAm-aren bigarren kodoiaren osagarria den antikodoia duena. Zikloan GTP moduko energia kontsumitzen da eta EF-1 luzapen faktore proteinikoa behar da zikloa burutzeko. Bigarren fasean, karboxilo baten bidez RNAt-ari lotuta dagoen metionina banatzeko, bere lotura apurtu eta hurrengo aminoazidoko amino-taldearekin lotzen da peptidil transferasaren bitartez. Ondorioz, A lekuan dipeptido bat eratuz joango da eta P lekua aminoazidorik gabeko RNAt batek okupatzen du. Hirugarren fasean, erribosoma RNAm-ren zehar mugituz joango da 5' -> 3' norantzan. Ondorioz P lekuko RNAt-a kanporatu egiten da eta A lekuan zegoen dipeptidil-RNAt-a P lekura pasatzen da, A lekua aske geratuz. Zikloa berriro burutzeko bigarren luzapen faktore proteinikoa behar da eta baita GTP ere.

Amaiera 

Kate polipeptidikoaren sintesia gelditu egiten da A lekuan Stop kodoia agertzean. Orduan amaierako askapen faktore proteiko bat azken kodoiarekin lotzen da, RNAt berri baten sarrera eragoziz. Ondorioz, peptidazio fasean kate peptidikoari ez zaio beste aminoazidoa gehitzen, H2Omolekula bat baizik. Prozesuaren bukaeran bi erribosoma azpiunitateak RNAm-tik banandu egingo dira.

Itzulpenaren osteko proteinen helketa 
Prozesua amaitzean sortutako peptidoak normalean ez dira funtzionalak izaten. Horretarako, hainbat aldaketa pairatu behar dituzte: Aminoazido batzuen ezabatzea, disulfuro zubien eraikuntza, talde prostetikoen gehikuntza, zenbait aminoazidoen modifikazio kobalenteak, mozketa proteolitikoa... Itzulpena ostean sortutako kate polipeptidikoaren plegamenduaz txaperonak arduratzen dira.

Farmakologia 
Proteinen biosintesiaren itzulpena inhibitzeko gaitasuna duten zenbait antibiotiko badira: anisomizina, zikloheximida, kloranfenikola eta tetraziklina. Hauek proteinen sintesia inhibitzen dute bakterioetan.

Ikus, gainera 
 Transkripzioa
 Kode genetikoa

Kanpo estekak 

Biologia molekularra
Genetika
Proteinak
Geneen espresioa
Proteinen biosintesia
Biosintesia