Translace (biologie)

Rozbalit box

Obsah boxu

Translace (z latinského translatio, přenesení) je v molekulární biologii a genetice klíčový proces proteosyntézy, při kterém je genetická informace uložená v molekule mRNA "překládána" do sekvence aminokyselin, čímž vzniká polypeptidový řetězec, základ budoucího proteinu. Tento proces probíhá na ribozomech v cytoplazmě buňky a je druhým krokem genové exprese, který následuje po transkripci. Společně s transkripcí tvoří centrální dogma molekulární biologie.

Translace je fundamentální proces pro všechny živé organismy, od bakterií po člověka, protože proteiny vykonávají drtivou většinu buněčných funkcí – od katalýzy metabolických reakcí (enzymy) přes stavbu buněčných struktur až po přenos signálů.

🧬 Základní principy

Úspěšná translace závisí na přesné souhře několika klíčových molekul a struktur:

• Mediátorová RNA (mRNA): Jednořetězcová molekula RNA, která nese genetickou informaci přepsanou z DNA v buněčném jádře (u eukaryot). Informace je zapsána ve formě kodonů, což jsou sekvence tří po sobě jdoucích nukleotidů. Každý kodon specifikuje buď konkrétní aminokyselinu, nebo signál pro ukončení translace.
• Ribozom: Komplexní molekulární stroj složený z rRNA a proteinů. Skládá se ze dvou podjednotek (malé a velké), které se spojují na mRNA. Ribozom poskytuje "pracovní plochu" pro syntézu proteinu a katalyzuje tvorbu peptidových vazeb. Obsahuje tři klíčová vazebná místa pro tRNA:

   *   A-místo (aminoacylové): Vstupní místo, kde se váže nová tRNA nesoucí aminokyselinu.
   *   P-místo (peptidylové): Místo, kde je držena tRNA s rostoucím polypeptidovým řetězcem.
   *   E-místo (exit): Místo, kudy "prázdná" tRNA bez aminokyseliny opouští ribozom.

• Transferová RNA (tRNA): Malá molekula RNA, která funguje jako adaptér. Na jednom konci nese specifickou aminokyselinu a na druhém konci má sekvenci tří nukleotidů zvanou antikodon. Antikodon je komplementární ke kodonu na mRNA, což zajišťuje, že do rostoucího řetězce bude zařazena správná aminokyselina.
• Aminoacyl-tRNA syntetázy: Rodina enzymů, které jsou zodpovědné za správné "nabití" tRNA, tedy za připojení správné aminokyseliny k odpovídající molekule tRNA. Tento proces je vysoce specifický a klíčový pro přesnost celé translace.

⚙️ Mechanismus translace

Celý proces lze rozdělit do čtyř základních fází: aktivace aminokyselin, iniciace, elongace a terminace.

1. Aktivace aminokyselin

Před samotnou translací musí být každá molekula tRNA navázána na svou specifickou aminokyselinu. Tento proces, nazývaný také "nabíjení tRNA", katalyzují enzymy aminoacyl-tRNA syntetázy. Reakce probíhá ve dvou krocích a spotřebovává energii z molekuly ATP.

1. Aminokyselina + ATP → Aminoacyl-AMP + PPi
2. Aminoacyl-AMP + tRNA → Aminoacyl-tRNA + AMP

Výsledkem je molekula aminoacyl-tRNA, která je připravena vstoupit do translace. Pro každou z 20 standardních aminokyselin existuje alespoň jedna specifická syntetáza, což zajišťuje vysokou přesnost párování.

2. Iniciace

Iniciace je proces sestavení translačního komplexu na začátku mRNA.

1. Malá ribozomální podjednotka se naváže na mRNA poblíž jejího 5' konce. U eukaryot rozpoznává tzv. 5' čepičku a poté skenuje mRNA, dokud nenajde startovací kodon AUG. U prokaryot se váže na specifickou sekvenci zvanou Shine-Dalgarnova sekvence, která se nachází před startovacím kodonem.
2. Na startovací kodon AUG se naváže speciální iniciační tRNA, která nese aminokyselinu methionin (u prokaryot formylmethionin). Tato tRNA se naváže do P-místa budoucího ribozomu.
3. K tomuto komplexu se připojí velká ribozomální podjednotka. Tím je vytvořen funkční ribozom a iniciační komplex je kompletní. A-místo je volné a připravené pro další aminoacyl-tRNA.

3. Elongace

Elongace je cyklický proces prodlužování polypeptidového řetězce, který se opakuje pro každý kodon na mRNA. Každý cyklus má tři kroky a vyžaduje energii ve formě GTP.

1. Vazba aminoacyl-tRNA: Do volného A-místa se naváže aminoacyl-tRNA, jejíž antikodon je komplementární ke kodonu na mRNA v A-místě. Tento krok je zprostředkován elongačními faktory.
2. Tvorba peptidové vazby: Ribozom (konkrétně jeho rRNA, která funguje jako ribozym) katalyzuje vznik peptidové vazby mezi aminokyselinou v A-místě a rostoucím polypeptidovým řetězcem připojeným k tRNA v P-místě. Celý řetězec se tak přesune na tRNA v A-místě.
3. Translokace: Ribozom se posune o jeden kodon (tři nukleotidy) po mRNA ve směru 5' → 3'. Tím se "prázdná" tRNA z P-místa přesune do E-místa, odkud je uvolněna. tRNA s polypeptidovým řetězcem se z A-místa přesune do P-místa. A-místo je opět volné pro další cyklus.

4. Terminace

Elongace pokračuje, dokud se ribozom na mRNA nedostane k jednomu ze tří terminačních (stop) kodonů: UAA, UAG nebo UGA.

1. Pro stop kodony neexistuje žádná odpovídající tRNA. Místo toho se do A-místa naváže proteinový komplex zvaný uvolňovací faktor (release factor).
2. Uvolňovací faktor způsobí, že ribozomální enzym katalyzuje hydrolýzu vazby mezi hotovým polypeptidovým řetězcem a tRNA v P-místě.
3. Nově syntetizovaný protein je uvolněn do cytoplazmy nebo do endoplazmatického retikula.
4. Celý translační komplex (ribozomální podjednotky, mRNA, uvolňovací faktor) se rozpadne. Ribozomální podjednotky mohou být znovu použity pro další translaci.

🔬 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
Velikost ribozomů	70S (podjednotky 50S a 30S)	80S (podjednotky 60S a 40S)
Iniciace	Vazba na Shine-Dalgarnovu sekvenci	Skenování od 5' čepičky ke start kodonu AUG
Iniciační aminokyselina	Formylmethionin (fMet)	Methionin (Met)
Struktura mRNA	Často polycistronní (jedna mRNA kóduje více proteinů)	Téměř vždy monocistronní (jedna mRNA kóduje jeden protein)
Souběh s transkripcí	Ano, transkripce a translace probíhají současně (jsou spřažené)	Ne, procesy jsou oddělené (transkripce v jádře, translace v cytoplazmě)
Rychlost	Rychlejší (až 20 aminokyselin/s)	Pomalejší (cca 2 aminokyseliny/s)

💊 Regulace a význam v medicíně

Translace není jen pasivní proces, ale je přísně regulována. Buňka může kontrolovat, které mRNA a jak rychle budou překládány, což představuje další úroveň regulace genové exprese. Regulace může probíhat na úrovni iniciace (např. fosforylací iniciačních faktorů) nebo pomocí malých nekódujících RNA, jako jsou mikroRNA (miRNA), které se mohou vázat na mRNA a blokovat její translaci nebo urychlit její degradaci.

Rozdíly v translaci mezi prokaryoty a eukaryoty jsou klíčové pro medicínu. Mnoho antibiotik cílí specificky na prokaryotické 70S ribozomy a inhibuje různé fáze jejich translace, aniž by ovlivnily lidské 80S ribozomy.

• Tetracykliny: Blokují vazbu aminoacyl-tRNA na A-místo ribozomu.
• Chloramfenikol: Inhibuje tvorbu peptidové vazby.
• Erythromycin: Blokuje translokaci ribozomu po mRNA.
• Streptomycin: Způsobuje chybné čtení kodonů na mRNA.

🧑‍🏫 Vysvětlení pro laiky

Představte si proces translace jako vaření v molekulární kuchyni podle receptu.

• DNA v buněčném jádře je obrovská kuchařská kniha se všemi recepty, které buňka zná.
• Protože je kniha příliš cenná na to, aby opustila knihovnu (jádro), je recept na jeden konkrétní pokrm (protein) přepsán na kartičku. Tato kartička je mRNA (proces transkripce).
• Kartička s receptem (mRNA) je odnesena z knihovny do kuchyně (cytoplazmy).
• V kuchyni je šéfkuchař – ribozom. Ten si přečte recept (mRNA) po slovech složených ze tří písmen (kodony).
• Každé slovo v receptu znamená jednu konkrétní ingredienci (aminokyselinu).
• Kuchařští pomocníci (tRNA) nosí šéfkuchaři přesně ty ingredience, které si žádá. Každý pomocník se specializuje na jednu ingredienci a pozná jen jedno konkrétní slovo v receptu.
• Šéfkuchař (ribozom) bere ingredience od pomocníků a spojuje je dohromady v přesném pořadí, jak je psáno v receptu. Tím vytváří hotový pokrm – protein.
• Když šéfkuchař dojde na konec receptu (stop kodon), hotový pokrm uvolní a kuchyně je připravena na vaření dalšího jídla.

Šablona:Aktualizováno