Oversættelse (proteinsyntese): Ribosomer, mRNA og tRNA forklaret
Klar guide til proteinsyntese: forstå oversættelse, ribosomer, mRNA og tRNA — trin-for-trin forklaring af, hvordan celler bygger proteiner.
Oversættelse er den anden del af proteinbiosyntesen (fremstillingen af proteiner). Den er en del af processen med genekspression.
Før oversættelsen kommer:
- transkription, som producerer en kæde af introns og exons.
- RNA-splejsning ved hjælp af splejsosomer, som fjerner introner, og
- formulering af messenger-RNA fra exoner.
I eukaryoter foregår oversættelsen på ribosomerne i cytoplasmaet og i det endoplasmatiske retikulum. I bakterier sker oversættelsen i cellens cytoplasma: de har ingen kerne.
Ribosomer består af en lille del og en stor del, som omgiver mRNA (messenger RNA). Ved oversættelse har mRNA den basesekvens, der skal bruges til at fremstille et bestemt polypeptid. Denne sekvens er oprindeligt specificeret af DNA'et og kopieres af mRNA'et. Polypeptidet kan være et helt protein. Eller det kan blot være en del, der venter på at blive kombineret med andre polypeptider, så det kan danne et helt protein. Polypeptidet skal også foldes, før det fungerer som et protein.
Aminosyrer transporteres af specifikke tRNA'er med anticodoner, som forbindes med mRNA's tilsvarende kodoner. Hvert tRNA har sit eget anticodon og bærer en aminosyre. Et anticodon er altid sammen med den samme aminosyre.
Når tRNA'et passer til mRNA'et, bliver den aminosyre, der er forbundet med tRNA'et, løsrevet fra tRNA'et og forbundet med den aminosyre, der blev bragt af det foregående tRNA.
Så et ribosom fungerer på samme måde som en aktietæller og et tickerbånd. Mange ribosomer vil sammen med mRNA sætte sig fast på den ydre membran i det grove endoplasmatiske reticulum. Alle proteiner, som disse ribosomer laver, går ind i indersiden af det endoplasmatiske retikulum, hvor de sandsynligvis senere vil gå over i en vesikel. Vesiklerne vil derefter bringe proteinerne videre til andre organeller eller endda til ydersiden af cellen.
Hvordan ribosomer og rRNA fungerer
Ribosomerne er komplekse maskiner sammensat af ribosomalt RNA (rRNA) og ribosomale proteiner. Ribosomet har tre vigtige bindingssteder for tRNA: A-(aminoacyl), P-(peptidyl) og E-(exit). Det er i ribosomets aktive center — peptidyltransferase — at peptidbindingerne mellem aminosyrerne dannes. I prokaryoter er ribosomerne typisk 70S (bestående af 50S + 30S underenheder), mens eukaryote ribosomer er 80S (60S + 40S).
tRNA og aminoacyl-tRNA-syntetaser
Før et tRNA kan deltage i oversættelsen, skal det være ladet med den korrekte aminosyre. Dette sker ved hjælp af enzymer kaldet aminoacyl-tRNA-syntetaser. Hver syntetase genkender et bestemt tRNA (eller en gruppe af tRNA'er) og den tilsvarende aminosyre og katalyserer dannelsen af et "charged" tRNA, også kaldet aminoacyl-tRNA. Denne matchning er afgørende for at sikre, at kodonernes betydning oversættes korrekt til aminosyresekvensen i proteinet.
Kodons, start- og stopcodons
mRNA aflæses i tripletter kaldet kodoner. Hvert kodon svarer til én aminosyre (eller et stopsignal). Det mest almindelige startkodon er AUG, som koder for methionin i eukaryoter (og ofte formylmethionin i bakterier). Stopkodoner (UAA, UAG og UGA) signalerer, at translationen skal ophøre, fordi der ikke findes noget tilsvarende tRNA; i stedet binder frigørelsesfaktorer til ribosomet og frigiver det nydannede polypeptid.
Samtidig gælder der en vis fleksibilitet i tredje base i kodonet, kaldet wobble-positionen, hvilket betyder, at et enkelt tRNA nogle gange kan genkende flere kodoner for den samme aminosyre.
Faser i oversættelsen
Oversættelsen sker i tre overordnede faser:
- Initiering: Ribosomets små underenhed binder til mRNA (og initiator-tRNA). Hos eukaryoter sker dette ofte ved genkendelse af 5'-kappen og scanning efter startkodonet; hos prokaryoter bindes den små underenhed ofte til et ribosombindingssted (Shine–Dalgarno-sekvens).
- Elongation: Aminoacyl-tRNA'er bringes ind i A-site, anticodonet baseparrer med mRNA-kodonet, og peptidyltransferase katalyserer overførsel af peptidkæden fra P-site-tRNA til aminosyren på A-site-tRNA. Ribosomet bevæger sig herefter et kodon frem (translokation), så den forlængede peptidkæde flyttes fra A til P, og det tRNA, der ikke længere bærer aminosyre, forlader via E-site.
- Termination: Når et stopkodon når A-site, genkender frigørelsesfaktorer dette og frigiver det færdige polypeptid. Ribosomdelene dissocieres og kan genbruges.
Proteiner rettet til ER og sekretion
Nogle proteiner har en signalpeptid i begyndelsen af deres sekvens, som genkendes af signalgenkendelsespartiklen (SRP). SRP fører det igangværende ribosom-mRNA-kompleks til det grove endoplasmatiske retikulum, hvor translationen fortsætter, og proteinet trækkes ind i lumen af ER. Her kan proteinet foldes, få disulfidbindinger og gennemgå glycosylering, før det pakkes i vesikler til videre transport.
Forskelle mellem prokaryoter og eukaryoter
I bakterier er transkription og translation ofte koblede: translation påbegyndes allerede før mRNA'et er fuldt syntetiseret. Prokaryote ribosomer er mindre (70S) og bruger formylmethionin som initiator i mange tilfælde. I eukaryoter foregår transkription i kernen og mRNA transporteres ud i cytoplasmaet, hvor translationen foregår af 80S ribosomer enten frit i cytoplasmaet eller bundet til endoplasmatisk retikulum.
Efterbehandling og kvalitetssikring
Efter translationen skal proteinet ofte foldes korrekt med hjælp fra chaperoner. Mange proteiner gennemgår post-translationelle modifikationer (fx fosforylering, glycosylering, acetylering), som regulerer deres aktivitet, lokalisation eller stabilitet. Fejl i foldning eller beskadigede proteiner kan blive mærket med ubiquitin og ført til nedbrydning i proteasomet.
Polysomer og effektivitet
Mange ribosomer kan samtidig oversætte det samme mRNA — dette komplekse kaldes et polysom eller polyribosom. Polysomer øger produktionen af et bestemt protein fra ét mRNA-molekyle og er almindelige både i pro- og eukaryote celler.
Samlet set er oversættelse en nøjagtig, energikrævende og reguleret proces, hvor informationen i DNA'et, via messenger-RNA, omsættes til funktionelle proteiner gennem interaktion mellem ribosomerne, tRNA, enzymer og en række hjælpemolekyler.
Diagram, der viser oversættelsen af mRNA og syntesen af proteiner ved hjælp af et ribosom
Fire faser
Oversættelse foregår i fire faser: aktivering (gøre klar), initiering (start), forlængelse (forlænget) og afslutning (stop). Disse udtryk beskriver væksten af aminosyrekæden (polypeptidet).
- Aminosyrer føres til ribosomerne og samles til proteiner. I aktiveringsfasen bindes den korrekte aminosyre kovalent til det korrekte overførsels-RNA (tRNA). Når tRNA'et er forbundet med en aminosyre, er det "ladet".
- Initiering er, når den lille del af ribosomet forbinder sig med 5'-enden af mRNA'et ved hjælp af initieringsfaktorer (IF).
- Elongation er, når de aminosyrer, som de "ladede" tRNA'er bringer med sig, forbindes med hinanden for at danne et polypeptid.
Nogle antibiotika virker ved at forhindre oversættelse i at finde sted. Prokaryote ribosomer er forskellige fra eukaryote ribosomer. Derfor kan antibiotika dræbe bakterier uden at skade den eukaryote vært. Antibiotika, som et menneske tager, kan f.eks. dræbe de bakterier, der gør mennesket sygt, men de skader ikke mennesket selv.
Oversigt over oversættelsen af eukaryotisk messenger-RNA
Spørgsmål og svar
Q: Hvad er oversættelse?
A: Translation er den anden del af proteinbiosyntesen, som er processen med at fremstille proteiner. Den er en del af genekspressionen og omfatter dannelsen af messenger RNA fra exons og introns.
Spørgsmål: Hvor finder translation sted i eukaryoter?
Svar: I eukaryoter foregår translation på ribosomer i cytoplasmaet og det endoplasmatiske retikulum.
Spørgsmål: Hvordan fungerer tRNA'er under translation?
A: Under oversættelsen forbinder tRNA'er med anticodoner sig med mRNA's matchende kodoner og bærer aminosyrer. Når et tRNA passer til et mRNA, bliver den aminosyre, der var forbundet med det, løsnet fra tRNA'et og forbundet med den aminosyre, som det foregående tRNA bragte med sig.
Spørgsmål: Hvordan fungerer et ribosom under oversættelsen?
Svar: Et ribosom fungerer som en aktietæller og et tickerbånd under oversættelsen. Mange ribosomer sætter sig fast på en ydre membran i et groft endoplasmatisk retikulum sammen med mRNA, hvor de laver proteiner, der går ind i vesikler, som derefter bringer dem videre til andre organeller eller uden for cellen.
Spørgsmål: Hvad kommer før transkription?
Svar: Før transkriptionen kommer genekspressionen, som producerer en kæde af introner og exoner gennem RNA-splejsning af splejsesomerne, som fjerner introner.
Spørgsmål: Hvad sker der, efter at polypeptiderne er fremstillet under translationen?
A: Efter at polypeptiderne er blevet fremstillet under oversættelsen, skal de måske kombineres med andre polypeptider, så de kan danne hele proteiner, eller foldes, før de kan fungere som proteiner.
Sp: Hvor finder translation sted i bakterier?
Svar: I bakterier foregår translationen i deres cellecytoplasma, da de ikke har nogen cellekerne.
Søge