Translace

Rozbalit box

Obsah boxu

Translace (z lat. translatio, překlad) je v molekulární biologii a genetice proces, při kterém je informace uložená v sekvenci nukleotidů v molekule mRNA (messenger RNA) přeložena do sekvence aminokyselin a vzniká tak polypeptidový řetězec, který se následně skládá do funkčního proteinu. Translace je klíčovou součástí genové exprese a představuje druhý krok tzv. centrálního dogmatu molekulární biologie, který následuje po transkripci.

Celý proces probíhá na buněčných strukturách zvaných ribozomy, které fungují jako molekulární stroje pro syntézu proteinů. Ribozomy čtou genetickou informaci v mRNA po trojicích bází, tzv. kodonech. Každý kodon specifikuje buď konkrétní aminokyselinu, nebo signál pro ukončení syntézy. Přenos správných aminokyselin na ribozom zajišťují molekuly tRNA (transferová RNA), které na jednom konci nesou specifickou aminokyselinu a na druhém mají antikodon – trojici bází komplementární ke kodonu na mRNA.

📜 Základní principy

Translace je základním procesem pro život všech známých organismů, od bakterií po člověka. Proteiny, které tímto procesem vznikají, plní v buňkách a tělech organismů obrovské množství funkcí – od stavebních (např. kolagen, keratin) přes enzymatické (katalýza biochemických reakcí) až po regulační a signální.

🧬 Genetický kód

Základem pro překlad je genetický kód, soubor pravidel, podle kterých je informace zapsaná v nukleových kyselinách (a potažmo v mRNA) překládána do sekvence aminokyselin.

Tripletový kód: Informace je čtena po trojicích nukleotidů (kodonech).
Univerzálnost: Genetický kód je téměř univerzální pro všechny organismy na Zemi, s několika malými výjimkami (např. v mitochondriích).
Degenerovanost (redundance): Většina aminokyselin je kódována více než jedním kodonem. Například aminokyselinu leucin kóduje šest různých kodonů. To zvyšuje odolnost vůči mutacím.
Nepřekrývající se: Kodony jsou čteny postupně za sebou bez překryvu.
Start a stop kodony: Existuje jeden start kodon (AUG), který kóduje aminokyselinu methionin a zároveň zahajuje translaci. Tři stop kodony (UAA, UAG, UGA) signalizují ukončení syntézy proteinu.

🔑 Klíčoví hráči

mRNA (messenger RNA): Molekula, která nese genetickou informaci přepsanou z DNA v jádře (u eukaryot) do cytoplazmy k ribozomům. Slouží jako matrice pro syntézu.
Ribozom: Komplex složený z rRNA (ribozomální RNA) a proteinů. Skládá se ze dvou podjednotek (malé a velké) a poskytuje místo, kde dochází k interakci mRNA a tRNA a k tvorbě peptidových vazeb.
tRNA (transferová RNA): Malá molekula RNA, která funguje jako adaptér. Na jednom konci má antikodon, který se páruje s kodonem na mRNA, a na druhém konci nese specifickou aminokyselinu odpovídající danému kodonu.

⚙️ Mechanismus translace

Proces translace lze rozdělit do čtyř hlavních fází: aktivace aminokyselin, iniciace, elongace a terminace.

1. Aktivace aminokyselin (Aminoacylace tRNA)

Než může translace začít, musí být každá molekula tRNA "nabita" správnou aminokyselinou. Tento proces, zvaný aminoacylace, je katalyzován enzymy aminoacyl-tRNA syntetázami. Každá z těchto syntetáz je specifická pro jednu aminokyselinu a odpovídající sadu tRNA. Reakce probíhá ve dvou krocích a spotřebovává energii z ATP.

Aminokyselina + ATP → Aminoacyl-AMP + PPi
Aminoacyl-AMP + tRNA → Aminoacyl-tRNA + AMP

Výsledkem je molekula aminoacyl-tRNA, která je připravena vstoupit do translace. Přesnost tohoto kroku je klíčová, protože ribozom sám nekontroluje, zda tRNA nese správnou aminokyselinu – spoléhá se pouze na párování kodon-antikodon.

2. Iniciace

Iniciace je proces sestavení translačního komplexu na start kodonu mRNA.

Malá ribozomální podjednotka se naváže na mRNA. U prokaryot se váže na specifickou sekvenci zvanou Shine-Dalgarno sekvence, která se nachází před start kodonem AUG. U eukaryot malá podjednotka obvykle rozpozná 5' čepičku (cap) na mRNA a skenuje molekulu, dokud nenajde první kodon AUG.
Na start kodon AUG se naváže speciální iniciační tRNA nesoucí methionin (u bakterií formylmethionin).
K tomuto komplexu se připojí velká ribozomální podjednotka. Tím se vytvoří funkční ribozom s iniciační tRNA v tzv. P-místě (peptidylovém místě).

Tento proces vyžaduje energii ve formě GTP a je řízen skupinou proteinů zvaných iniciační faktory (IF).

3. Elongace

Elongace je cyklický proces prodlužování polypeptidového řetězce. Každý cyklus se skládá ze tří kroků:

Vazba aminoacyl-tRNA: Do volného A-místa (aminoacylového místa) na ribozomu se naváže aminoacyl-tRNA, jejíž antikodon je komplementární ke kodonu na mRNA v tomto místě. Tento krok vyžaduje elongační faktory a energii z GTP.
Tvorba peptidové vazby: Peptidyltransferázová aktivita, kterou má rRNA ve velké ribozomální podjednotce (ribozym), katalyzuje vytvoření peptidové vazby mezi aminokyselinou v A-místě a rostoucím polypeptidovým řetězcem v P-místě. Řetězec se tak přesune z tRNA v P-místě na tRNA v A-místě.
Translokace: Ribozom se posune o jeden kodon (tři nukleotidy) po mRNA ve směru 5' → 3'. tRNA, která byla v P-místě (nyní bez aminokyseliny), se přesune do E-místa (exit) a je uvolněna. tRNA s rostoucím řetězcem se přesune z A-místa do P-místa. A-místo je nyní opět volné pro další aminoacyl-tRNA. Tento krok opět spotřebovává energii z GTP.

Tento cyklus se opakuje, dokud ribozom nedosáhne stop kodonu.

4. Terminace

Když se ribozom při svém posunu po mRNA dostane ke stop kodonu (UAA, UAG nebo UGA) v A-místě, translace končí.

Za stop kodony neexistuje žádná komplementární tRNA. Místo toho se na stop kodon navážou proteiny zvané uvolňovací faktory (release factors, RF).
Uvolňovací faktory způsobí, že peptidyltransferáza hydrolyzuje vazbu mezi polypeptidovým řetězcem a tRNA v P-místě.
Nově syntetizovaný polypeptid je uvolněn z ribozomu.
Ribozom se rozpadne na své podjednotky, které mohou být znovu použity v další translaci, a mRNA je uvolněna.

🌍 Rozdíly mezi prokaryoty a eukaryoty

Ačkoliv je základní mechanismus translace konzervovaný, existují mezi prokaryotickými a eukaryotickými organismy významné rozdíly.

Srovnání translace u prokaryot a eukaryot
Vlastnost	Prokaryota	Eukaryota
Ribozomy	Menší (70S), složené z 50S a 30S podjednotek.	Větší (80S), složené z 60S a 40S podjednotek.
Lokalizace	V cytoplazmě. Translace může začít ještě před dokončením transkripce (tzv. spřažená transkripce-translace).	V cytoplazmě (na volných ribozomech nebo na drsném endoplazmatickém retikulu). Transkripce (v jádře) a translace jsou odděleny prostorově i časově.
mRNA	Často polycistronní (jedna mRNA kóduje více proteinů). Nemá 5' čepičku ani poly(A) konec.	Vždy monocistronní (jedna mRNA kóduje jeden protein). Má 5' čepičku a 3' poly(A) konec, které jsou důležité pro stabilitu a iniciaci translace.
Iniciace	Malá podjednotka rozpoznává Shine-Dalgarno sekvenci. Iniciační aminokyselina je formylmethionin.	Malá podjednotka rozpoznává 5' čepičku a skenuje mRNA k prvnímu AUG kodonu. Iniciační aminokyselina je methionin.
Rychlost	Rychlejší (až 20 aminokyselin za sekundu).	Pomalejší (asi 2 aminokyseliny za sekundu).

💊 Inhibitory translace

Protože je translace esenciální proces, mnoho látek, zejména antibiotik, cílí na tento proces a inhibuje ho. Díky rozdílům mezi prokaryotickými a eukaryotickými ribozomy mohou antibiotika selektivně blokovat bakteriální translaci, aniž by poškodila buňky hostitele.

Tetracykliny: Blokují vazbu aminoacyl-tRNA na A-místo bakteriálního ribozomu.
Chloramfenikol: Inhibuje peptidyltransferázovou aktivitu na 50S podjednotce bakteriálního ribozomu.
Erythromycin: Váže se na 50S podjednotku a brání translokaci ribozomu.
Streptomycin: Způsobuje chybné čtení mRNA na 30S podjednotce, což vede k syntéze nefunkčních proteinů.

Některé toxiny mohou inhibovat i eukaryotickou translaci:

Ricin: Extrémně jedovatý protein z ricinových bobů, který inaktivuje 60S podjednotku eukaryotických ribozomů.
Difterický toxin: Produkovaný bakterií Corynebacterium diphtheriae, inhibuje elongační faktor eEF-2 a zastavuje tak translaci v eukaryotických buňkách.

🔬 Pro laiky

Představte si proces translace jako stavbu domu podle architektonického plánu.

DNA je hlavní archiv všech plánů v kanceláři architekta (buněčné jádro).
Transkripce je proces, kdy si stavbyvedoucí (enzym RNA polymeráza) okopíruje jeden konkrétní plán (gen) na pracovní kopii (mRNA).
Tato pracovní kopie (mRNA) je odnesena z kanceláře na staveniště (do cytoplazmy).
Na staveništi je velký a složitý stroj (ribozom), který umí číst plány.
Plán je čten po jednotlivých instrukcích (kodonech), například "přidej cihlu", "přidej okno".
Specializovaní dodavatelé (molekuly tRNA) přivážejí na stavbu přesně ten materiál (aminokyselinu), který je v plánu zrovna napsán. Každý dodavatel vozí jen jeden typ materiálu (např. jeden vozí jen cihly, druhý jen okna).
Stroj (ribozom) bere materiál od dodavatelů a spojuje ho dohromady v přesném pořadí, jak je uvedeno v plánu.
Když je stroj na konci plánu (na stop kodonu), přestane pracovat a hotová hrubá stavba (protein) je uvolněna, aby se mohla dokončit a začít plnit svou funkci.

Šablona:Aktualizováno