Transliacija: baltymų sintezė

Transkripcijos metu genetinė informacija buvo saugiai perrašyta iš DNR į iRNR. Dabar brandi iRNR molekulė iškeliavo iš branduolio į citoplazmą, nešdama brangų krovinį – instrukcijas, kaip pagaminti baltymą. Tačiau ši instrukcija yra parašyta nukleotidų kalba, o baltymas turi būti sudarytas iš aminorūgščių. Reikalingas „vertėjas“, kuris suprastų abi kalbas.

Transliacija (lot. translatio – vertimas) – tai procesas, kurio metu ribosomos „skaito“ iRNR nukleotidų seką ir pagal ją sintetina specifinę polipeptidinę grandinę (baltymą). Tai yra galutinis genų raiškos etapas, kuriame genetinė informacija paverčiama funkciniu produktu.

Šiame procese dalyvauja visi trys pagrindiniai RNR tipai:

• iRNR atneša kodą.
• tRNR atneša aminorūgštis.
• rRNR (ribosomų sudėtyje) atlieka pačią sintezę.

Genetinis kodas – tai taisyklių sistema, pagal kurią iRNR nukleotidų seka yra „verčiama“ į baltymo aminorūgščių seką.

Genetinio kodo savybės:

1. Tripletinis: Trys gretimi iRNR nukleotidai – vadinami kodonu – koduoja vieną aminorūgštį. Pavyzdžiui, kodonas AUG koduoja aminorūgštį metioniną.
2. Universalus: Tas pats kodonas koduoja tą pačią aminorūgštį beveik visuose gyvuose organizmuose – nuo bakterijų iki žmogaus. Tai yra stiprus visos gyvybės bendros kilmės įrodymas.
3. Išsigimęs (perteklinis): Iš 64 galimų kodonų (4³ = 64) aminorūgštis koduoja 61. Kadangi yra tik 20 aminorūgščių, daugumą jų koduoja daugiau nei vienas kodonas. Pavyzdžiui, aminorūgštį leuciną koduoja net šeši skirtingi kodonai. Tai suteikia kodui atsparumo mutacijoms.
4. Vienareikšmis (nedviprasmiškas): Kiekvienas kodonas koduoja tik vieną specifinę aminorūgštį. Pavyzdžiui, AUG visada koduos tik metioniną.
5. Turi starto ir stop kodonus:
   • Starto kodonas (AUG): Žymi baltymo sintezės pradžią ir koduoja metioniną.
   • Stop kodonai (UAA, UAG, UGA): Nekoduoja jokios aminorūgšties, o signalizuoja baltymo sintezės pabaigą.

📸 Iliustracija per Google Vaizdus: Genetinio kodo lentelė (ratas arba stačiakampė). Aiškiai parodyti visi 64 kodonai ir jų koduojamos aminorūgštys. Išskirti starto (AUG) ir stop kodonus.

Ribosomos: baltymų sintezės fabrikai

Ribosomos yra sudėtingi makromolekuliniai kompleksai, sudaryti iš rRNR ir baltymų. Jos veikia kaip mašinos, kurios juda išilgai iRNR, skaito kodonus ir jungia aminorūgštis į polipeptidinę grandinę. Kiekviena ribosoma susideda iš dviejų subvienetų – didžiojo ir mažojo. Subvienetai susijungia į funkcinę ribosomą tik prasidėjus transliacijai.

Funkcinėje ribosomoje yra trys svarbios sritys (angl. sites):

• A sritis (aminoacil-): Vieta, kur atkeliauja nauja tRNR su prijungta aminorūgštimi.
• P sritis (peptidil-): Vieta, kur laikoma tRNR, prijungta prie augančios polipeptidinės grandinės.
• E sritis (exit): Vieta, iš kurios išeina „tuščia“ tRNR, atidavusi savo aminorūgštį.

tRNR: vertėjai ir nešėjai

Transportinė RNR yra tiltas tarp iRNR kodonų ir aminorūgščių. Kiekviena tRNR molekulė yra specifiška:

1. Jos antikodonas – trijų nukleotidų seka – yra komplementarus specifiniam iRNR kodonui.
2. Prie kito jos galo specialus fermentas prijungia tik tą aminorūgštį, kurią atitinka jos antikodonas. Šis procesas, vadinamas tRNR aktyvacija, reikalauja ATP energijos.

📸 Iliustracija per Google Vaizdus: Ribosomos struktūros schema, vaizduojanti didįjį ir mažąjį subvienetus, iRNR grandinę ir A, P, E sritis, kuriose yra tRNR molekulės.

Transliacija, kaip ir transkripcija, skirstoma į tris etapus.

1. Inicijavimas (pradžia)

• Mažasis subvienetas prisijungia prie iRNR 5' galo ir slenka ja, kol suranda starto kodoną (AUG).
• Prie starto kodono prisijungia iniciatorinė tRNR, nešanti metioniną, kurios antikodonas (UAC) yra komplementarus AUG.
• Prisijungia didysis ribosomos subvienetas, suformuodamas funkcinį transliacijos kompleksą. Iniciatorinė tRNR atsiduria P srityje.

2. Elongacija (ilgėjimas)

Tai cikliškas procesas, kurio metu polipeptidinė grandinė ilgėja po vieną aminorūgštį. Jis kartojasi tris žingsnius:

1. Kodono atpažinimas: Į laisvą A sritį atkeliauja tRNR, kurios antikodonas yra komplementarus A srityje esančiam iRNR kodonui.
2. Peptidinio ryšio susidarymas: Ribosomos rRNR (veikdama kaip ribozimas) katalizuoja peptidinio ryšio susidarymą tarp aminorūgšties P srityje ir naujos aminorūgšties A srityje. Auganti polipeptidinė grandinė perkeliama ant tRNR, esančios A srityje.
3. Translokacija: Ribosoma pasislenka per vieną kodoną iRNR grandine 5'→3' kryptimi. Dėl to:
   • tRNR iš A srities (su visa grandine) persikelia į P sritį.
   • „Tuščia“ tRNR iš P srities persikelia į E sritį ir yra paleidžiama.
   • A sritis vėl atsilaisvina naujai tRNR.

3. Terminacija (pabaiga)

• Elongacija tęsiasi, kol A srityje atsiduria vienas iš trijų stop kodonų (UAA, UAG, UGA).
• Prie stop kodono vietoj tRNR prisijungia specialus baltymas – atpalaidavimo faktorius.
• Jis priverčia ribosomą atskirti polipeptidinę grandinę nuo paskutinės tRNR.
• Visas kompleksas – ribosomos subvienetai, iRNR ir atpalaidavimo faktorius – išyra.

Naujai susintetinta polipeptidinė grandinė pradeda lankstytis į savo unikalią tretinę struktūrą ir tampa funkcionaliu baltymu.

📸 Iliustracija per Google Vaizdus: Detali, trijų žingsnių elongacijos ciklo schema, rodanti kodono atpažinimą, peptidinio ryšio susidarymą ir translokaciją. Svarbu parodyti, kaip auganti grandinė perkeliama nuo P srities tRNR ant A srities tRNR.

Ląstelei dažnai reikia greitai pagaminti didelį kiekį tam tikro baltymo. Jei viena iRNR molekulė būtų transliuojama tik vienos ribosomos vienu metu, procesas būtų per lėtas. Todėl ląstelės naudoja efektyvią strategiją – polisomas (arba poliribosomas).

Polisoma – tai kompleksas, sudarytas iš vienos iRNR molekulės, kurią vienu metu transliuoja daugybė ribosomų, išsirikiavusių viena paskui kitą. Kai tik pirmoji ribosoma pasislenka nuo starto kodono, prie jo iškart gali prisijungti antra ribosoma, tada trečia ir t.t.

Tai veikia kaip konvejeris: viena iRNR matrica naudojama vienu metu gaminti daugybę identiškų polipeptidinių grandinių. Šis mechanizmas leidžia ląstelei labai greitai reaguoti į poreikius ir per trumpą laiką susintetinti didelius kiekius reikalingo baltymo.

📸 Iliustracija per Google Vaizdus: Polisomos schema. Pavaizduota viena ilga iRNR grandinė, o ant jos – kelios ribosomos skirtingose transliacijos stadijose. Nuo kiekvienos ribosomos matyti auganti polipeptidinė grandinė, kuri yra trumpiausia pradžioje ir ilgiausia gale.

Skirtumai tarp prokariotinių (70S) ir eukariotinių (80S) ribosomų yra vienas iš svarbiausių taikinių kuriant antibiotikus. Daugelis antibiotikų veikia būtent blokuodami bakterijų baltymų sintezę, bet nepaveikdami žmogaus ląstelių.

Šie pavyzdžiai dar kartą iliustruoja, kaip fundamentalios molekulinės biologijos žinios yra tiesiogiai pritaikomos medicinoje kuriant gyvybes gelbstinčius vaistus.

Ląstelei dažnai reikia greitai pagaminti didelį kiekį tam tikro baltymo. Jei viena iRNR molekulė būtų transliuojama tik vienos ribosomos vienu metu, procesas būtų per lėtas. Todėl ląstelės naudoja efektyvią strategiją – polisomas (arba poliribosomas).

Polisoma – tai kompleksas, sudarytas iš vienos iRNR molekulės, kurią vienu metu transliuoja daugybė ribosomų, išsirikiavusių viena paskui kitą. Kai tik pirmoji ribosoma pasislenka nuo starto kodono, prie jo iškart gali prisijungti antra ribosoma, tada trečia ir t.t.

Tai veikia kaip konvejeris: viena iRNR matrica naudojama vienu metu gaminti daugybę identiškų polipeptidinių grandinių. Šis mechanizmas leidžia ląstelei labai greitai reaguoti į poreikius ir per trumpą laiką susintetinti didelius kiekius reikalingo baltymo.

📸 Iliustracija per Google Vaizdus: Polisomos schema. Pavaizduota viena ilga iRNR grandinė, o ant jos – kelios ribosomos skirtingose transliacijos stadijose. Nuo kiekvienos ribosomos matyti auganti polipeptidinė grandinė, kuri yra trumpiausia pradžioje ir ilgiausia gale.

Skirtumai tarp prokariotinių (70S) ir eukariotinių (80S) ribosomų yra vienas iš svarbiausių taikinių kuriant antibiotikus. Daugelis antibiotikų veikia būtent blokuodami bakterijų baltymų sintezę, bet nepaveikdami žmogaus ląstelių.

Šie pavyzdžiai dar kartą iliustruoja, kaip fundamentalios molekulinės biologijos žinios yra tiesiogiai pritaikomos medicinoje kuriant gyvybes gelbstinčius vaistus.