Translasyon

Translasyon, transkripsiyon sonucu oluşan mRNA'lardaki koda uygun olarak ribozomlarda gerçekleştirilen amino asit zinciri veya polipeptit sentezi sürecidir, daha sonra üretilen amino asit zinciri veya polipeptit uygun bir şekilde katlanarak etkin bir protein haline gelmektedir. Translasyon, (gen ekspresyonu sürecinin bir parçası olan) protein biyosentezinin ilk aşamasıdır. 4 harfli (A, C, G ve T) DNA dilindeki mesajın 20 harfli amino asid diline çevrilmesinden ötürü, İngilizce terminolojide "çeviri" anlamına gelen translation sözcüğü kullanılmaktadır. Bu terim Türkçeye translasyon olarak geçmiştir. Translasyon hücrenin sitoplazmasında gerçekleşir. Sitoplazmada bulunan iki ribozom alt birimi translasyon sırasında mRNA zincirinin 5' ucuna bağlanır. Ribozom üzerindeki bağlanma bölgelerinde, mRNA'daki baz üçlülerini (kodon) tRNA'daki tamamlayıcıları olan antikodonlara bağlar. mRNA'daki kodonlara karşılık gelen antikodonu bulunduran tRNA'ların art arda eklenmesi sırasında tRNA'nın 3' ucuna bağlanmış olan amino asitler birbirine bağlanarak polipeptit zincirini oluşturur.

Çoğu durumda, ribozom/mRNA kompleksi granülsüz endoplazmik retikulumun zarına bağlanır ve üretilen polipeptidi, daha sonra veziküller ile taşınması ve hücre dışına salgılanması için endoplazmik retikulum içine bırakır. Taşıyıcı RNA, ribozomal RNA ve küçük çekirdek RNA'sı gibi transkribe edilmiş birçok RNA türünün proteine translasyonu yapılmaz.

Translasyon dört aşamada gerçekleşir: etkinleşme, başlama, uzama (elongasyon) ve sonlanmadır (terminasyon) (bunların hepsi translasyonun ürünü olan amino asit zinciri veya polipeptidin büyümesi ile ilgilidir).

Etkinleşme sırasında, doğru amino asit doğru taşıyıcı RNA'ya kovalent olarak bağlanır. Amino asit karboksil grubundan, bir peptit bağı aracılığıyla tRNA'nin 3' OH ucuna bağlanır. tRNA'ya bağlanmış amino asit varsa, bu tRNA'lar "yüklü" olarak adlandırılır. Başlama, başlama faktörlerinin (IF) yardımıyla ribozom alt birimlerinin mRNA'nın 5' ucuna bağlanmasıyla olur.

Polipeptidin sonlanması ribozomun A bölgesine bir bitiş kodonunun (UAA, UAG veya UGA) ilişmesiyle olur. Hiçbir tRNA bu kodonu algılayamaz ve bu kodona bağlanamaz. Bitiş kodonu, ribozom/mRNA kompleksini ayırma isteğini bildiren serbest bırakıcı proteinin bağlanmasını sağlar.

Birçok antibiyotik translasyonu engelleme suretiyle çalışır; bu antibiyotikler anisomisin, sikloheksimit, klorafenikol, tetrasiklin, streptomisin, eritromisin ve puromisin içerir. Prokaryotik ribozomların yapısı ökaryotik olanlardan farklıdır, bu sayede antibiyotikler özel olarak bakteri enfesiyonlarını hedef alıp, ökaryot konak hücrelerine bir zarar vermeden çalışabilirler.

Temel mekanizmalar 

mRNA, DNA'dan aldığı genetik bilgiyi ribonükleotid diziliminde kodlanmış olarak ribozomlara taşır. Ribonükleotitler, kodon olarak adlandırılan nükleotid üçlüleri dizisi olarak "okunur". Her üçlü, belirli bir amino asidin kodlanmasını sağlar.

Bu kod ribozomlarda belirli bir amino asit dizilimine çevrilir. Ribozom, rRNA ve proteinlerden oluşmuş birden fazla alt birimi bulunan bir yapıdır. Ribozomlar amino asitlerin birleştirilerek proteinlerin yapıldığı bir "fabrika"dır. tRNA'lar amino asitleri ribozomlara taşıyan, küçük, kodlanmayan RNA zincirleridir (74-93 nükleotitten oluşurlar). tRNA'lar amino asitlerin bağlanması için bir bölgeye ve bir de antikodon içeren bir bölgeye sahiptir. Antikodonlar, taşıdıkları amino asitleri kodlayan mRNA üçlülerinin (yani kodonların) tamamlayıcıları olan RNA üçlüleridir.

Aminoasil tRNA sentetaz (bir enzim), belirli tRNAlar ve antikodonlarının çağırdığı amino asitler arasındaki bağı katalizler. Bu tepkimenin ürünü bir adet aminoasil-tRNA molekülüdür. Aminoasil-tRNA, mRNA kodonlarının tamamlayıcı tRNA antikodonları ile eşleştirildiği ribozom içinde yolculuk eder. Daha sonra tRNA'ların taşıdığı amino asitler protein oluşturmada kullanılır. Proteinlerin translasyonu için gerekli olan enerji fazladır. Örneğin n adet amino asit içeren bir proteinin translasyonu için gereken yüksek enejili Fosfat bağlarının sayısı 4n+1'dir . Translasyonun hızı değişmektedir; prokaryotik hücrelerde (saniyede 17-21 amino asit kalıntısına kadar), ökaryotik hücrelere göre (saniyede 6-9 amino asit kalıntısına kadar) belirgin bir şekilde yüksektir.

Genetik kod 

Proteinlerin, üçüncül yapıları olarak adlandırılan 3B yapıları gibi diğer yönleri sadece gelişmiş algoritmalar ile tahmin edilebilirken, birincil yapı olarak adlandırılan amino asit dizilimi yalnızca translasyon tablosunun yardımıyla nükleik asit dizilimine bakılarak tespit edilebilir.

This approach may not give the correct amino acid composition of the protein, in particular if unconventional amino acids such as selenocysteine are incorporated into the protein, which is coded for by a conventional stop codon in combination with a downstream hairpin (SElenoCysteine Insertion Sequence, or SECIS).

There are many computer programs capable of translating a DNA/RNA sequence into a protein sequence. Normally this is performed using the Standard Genetic Code; many bioinformaticians have written at least one such program at some point in their education. However, few programs can handle all the "special" cases, such as the use of the alternative initiation codons. For example, the rare alternative start codon CTG codes for Methionine when used as a start codon, and for Leucine in all other positions.

Example: Condensed translation table for the Standard Genetic Code (from the NCBI Taxonomy webpage).

    AAs  = FFLLSSSSYY**CC*WLLLLPPPPHHQQRRRRIIIMTTTTNNKKSSRRVVVVAAAADDEEGGGG
  Starts = ---M---------------M---------------M----------------------------
  Base1  = TTTTTTTTTTTTTTTTCCCCCCCCCCCCCCCCAAAAAAAAAAAAAAAAGGGGGGGGGGGGGGGG
  Base2  = TTTTCCCCAAAAGGGGTTTTCCCCAAAAGGGGTTTTCCCCAAAAGGGGTTTTCCCCAAAAGGGG
  Base3  = TCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAGTCAG

Translation tables 
Even when working with ordinary Eukaryotic sequences such as the Yeast genome, it is often desired to be able to use alternative translation tables—namely for translation of the mitochondrial genes. Currently the following translation tables are defined by the NCBI Taxonomy Group for the translation of the sequences in GenBank:

  1: The Standard
  2: The Vertebrate Mitochondrial Code
  3: The Yeast Mitochondrial Code
  4: The Mold, Protozoan, and Coelenterate Mitochondrial Code and the    Mycoplasma/Spiroplasma Code
  5: The Invertebrate Mitochondrial Code
  6: The Ciliate, Dasycladacean and Hexamita Nuclear Code
  9: The Echinoderm and Flatworm Mitochondrial Code
 10: The Euplotid Nuclear Code
 11: The Bacterial and Plant Plastid Code
 12: The Alternative Yeast Nuclear Code
 13: The Ascidian Mitochondrial Code
 14: The Alternative Flatworm Mitochondrial Code
 15: Blepharisma Nuclear Code
 16: Chlorophycean Mitochondrial Code
 21: Trematode Mitochondrial Code
 22: Scenedesmus obliquus mitochondrial Code
 23: Thraustochytrium Mitochondrial Code

Software examples 
 ApE  (Mac, Windows, Unix)
 Serial Cloner (A DNA editing and manipulating software for MacOS and Windows)
 DNA Strider (Mac)
 ExPASy Translate Tool  (webserver)
 Virtual Ribosome  (webserver, cross-platform command-line)
 DNA to protein translation (webserver, 13 genomic codes or custom ones)

Example of computational translation - notice the indication of (alternative) start-codons:

VIRTUAL RIBOSOME
----
Translation table: Standard SGC0

>Seq1
Reading frame: 1

    M  V  L  S  A  A  D  K  G  N  V  K  A  A  W  G  K  V  G  G  H  A  A  E  Y  G  A  E  A  L
5' ATGGTGCTGTCTGCCGCCGACAAGGGCAATGTCAAGGCCGCCTGGGGCAAGGTTGGCGGCCACGCTGCAGAGTATGGCGCAGAGGCCCTG 90
   >>>...)))..............................................................................)))

    E  R  M  F  L  S  F  P  T  T  K  T  Y  F  P  H  F  D  L  S  H  G  S  A  Q  V  K  G  H  G
5' GAGAGGATGTTCCTGAGCTTCCCCACCACCAAGACCTACTTCCCCCACTTCGACCTGAGCCACGGCTCCGCGCAGGTCAAGGGCCACGGC 180
   ......>>>...))).......................................))).................................

    A  K  V  A  A  A  L  T  K  A  V  E  H  L  D  D  L  P  G  A  L  S  E  L  S  D  L  H  A  H
5' GCGAAGGTGGCCGCCGCGCTGACCAAAGCGGTGGAACACCTGGACGACCTGCCCGGTGCCCTGTCTGAACTGAGTGACCTGCACGCTCAC 270
   ..................)))..................)))......))).........)))......)))......))).........

    K  L  R  V  D  P  V  N  F  K  L  L  S  H  S  L  L  V  T  L  A  S  H  L  P  S  D  F  T  P
5' AAGCTGCGTGTGGACCCGGTCAACTTCAAGCTTCTGAGCCACTCCCTGCTGGTGACCCTGGCCTCCCACCTCCCCAGTGATTTCACCCCC 360
   ...)))...........................))).........))))))......)))..............................

    A  V  H  A  S  L  D  K  F  L  A  N  V  S  T  V  L  T  S  K  Y  R  *
5' GCGGTCCACGCCTCCCTGGACAAGTTCTTGGCCAACGTGAGCACCGTGCTGACCTCCAAATACCGTTAA 429
   ...............))).........)))..................)))...............***

Annotation key:
>>> : START codon (strict)
))) : START codon (alternative)
*** : STOP

 Prokaryot ve ökaryot hücrelerde transkipsiyon ve translasyonda farklılıklar görülür.
 Prokaryotlarda çekirdek olmadığından transkripsiyon ve translasyon birbiriyle bağlantılıdır. Transkripsiyon devam ederken mRNA nın öndeki ucu ribozoma bağlanır.
 Ökaryotlarda çekirdek zarı vardır ve bu yüzden transkripsiyon ve translasyon birbirinden ayrılır.
 Transkripsiyon çekirdekte gerçekleşir ve mRNA translasyonu olduğu sitoplazmaya aktarılmadan önce pre-mRNA meydana getirilir. Daha sonra RNA işlenmesiyle son mRNA sentezlenir. Başlangıçtaki RNA kopyası için PRİMER TRANSKRİPT kullanılır.
 Her bir gen için iki DNA zincirinden sadece biri kopyalanır. Bu kalıp zincir olarak isimlendirilir.
 DNA daki şifre "kod", bu mRNA ya geçince "kodon", tRNA ya geçince antikodon adını alır. (üçlü şifreler halinde: ATG,SGT,USG gibi...)
 Translasyon sırasında mRNA molekülü boyunca yer alan kodon dizisi, bir polipeptit zincirini yapan aminoasit dizisine tercüme eder.
 Kodonlar mRNA boyunca 5' → 3' yönünde okur.

Kaynakça 

Gen ifadesi
Hücre biyolojisi