Translation

Translationen är den process där mRNA translateras till proteiner genom att nukleotidsekvensen i mRNA kodar för en viss aminosyrakedja. Genom posttranslationella modifieringar utökas vårt proteom, trots att vi bara har 20 000-25 000 gener.

Translationen sker i ribosomerna som fungerar som cellens ”proteinfabrik”. Dessa finns ute i cytoplasman, och mRNA-molekylerna förs dit efter att de processats klart.

Den genetiska kodenUnder translationen översätts nukleotiderna i mRNA (A, U, G, C) till aminosyror. Denna översättning följer den genetiska koden: nukleotidsekvensen i mRNA translateras i nukleotidtripletter, som kallas kodon, som kodar för specifika aminosyror. Dessa aminosyror sammanfogas sedan till ett protein.

Den genetiska koden är redundant, vilket innebär att det finns fler kodon är det finns aminosyror. Eftersom det finns fyra nukleotider som ska kombineras i tripletter, finns 4*4*4 = 64 olika kombinationer, men det finns bara 20 aminosyror. Flera olika kodon kan därför koda för samma aminosyra. Dessutom finns det tre kodon som är stoppkodon, som terminerar translationen. Startkodonet är det kodon som kodar för aminosyran metionin.

Ribosomen läser av nukleotidsekvensen i mRNA (den genetiska koden) och kan teoretiskt arbeta utifrån tre läsramar. Detta förklaras av att kodonen är nukleotidtripletter, och att avläsningen av mRNA kan börja på tre olika ställen (se bilden). Det är dock bara den första läsramen som genererar ett protein, eftersom de andra läsramarna ger upphov till stoppkodon i sekvensen av kodon som terminerar translationen.

tRNAVid translationen behövs en typ av RNA som kallas tRNA. tRNA-molekylen möjliggör att ett kodon kan generera en viss aminosyra i proteinet, och fungerar alltså som en adaptor mellan mRNA och aminosyror. tRNA består av tre loopar, varav en innehåller en nukleotidtriplett som kan baspara med ett visst kodon i mRNA. Denna triplett kallas antikodon. tRNA-molekylen är ”laddad” med en aminosyra i sin 3’-ände.

Den genetiska koden translateras stegvis. Först måste rätt aminosyra binda till rätt tRNA-molekyl (alltså det tRNA med rätt antikodon). Detta sköts av enzymet aminoacyl-tRNA-syntetas, och då bildas aminoacyl-tRNA. Därefter måste aminoacyl-tRNA baspara till rätt kodon i mRNA. Vi ser här tydligt hur kodonet i mRNA avgör vilken aminosyra som ska erhållas.

Hur sker translationen?Sammankopplingen av aminosyrorna sker i ribosomen. Ribosomen består som bekant av två subenheter, en större och en mindre. I ribosomen finns tre sites, nämligen A-, P- och E-sitet. Dessa sites koordinerar translationen.

I P-sitet sitter den tRNA-molekyl (nu kallas peptidyl-tRNA) som binder till den växande polypeptidkedjan. När denna tRNA-molekyl har fogat på sin aminosyra på polypeptidkedjan förs den vidare till E-sitet, och en ny tRNA-molekyl kan binda in till P-sitet. I väntan på att få föra över sin aminosyra till polypeptidkedjan binds tRNA-molekylen först in i A-sitet (se bild).

ElongeringsfasenElongeringsfasen sker i flera steg:

1. Ett nytt aminoacyl-tRNA binder in till A-sitet då kodonet stämmer överens med antikodonet.

2. Peptidbindningen flyttas över från P-sitet till A-sitet.

3. Den stora subenheten flyttar sig i förhållande till den lilla subenheten och dess mRNA, vilket gör att tRNA-molekylen i P-sitet hamnar i E-sitet och att tRNA i A-sitet hamnar i P-sitet.

4. Till sist förflyttas den lilla subenheten tre nukleotider framåt, och A-sitet blir ledigt för en ny aminoacyl-tRNA-molekyl.

Under elongeringen behövs elongeringsfaktorer (EF) som ökar translationens effektivitet. EF1 guidar tRNA till A-sitet, medan EF2 katalyserar förflyttningen av den lilla subenheten i ribosomen.

InitieringenStartkodonet i mRNA kodar för metionin, som alltid påbörjar ett proteins aminosyrasekvens. Vid initieringen av translationen binder initierings-tRNA (Met-tRNAi) till P-sitet i lilla subenheten i ribosomen med hjälp av en initieringsfaktor, och mRNA binder till den mRNA-bindande delen av subenheten med hjälp av initieringsfaktorer som binder till 5’-cappen och 3’-polyadenyleringen. mRNA utan 5’-cap och poly-A-svans translateras inte!

mRNA:t scannas efter startkodonet AUG, till vilket initierings-tRNA basparar. Därefter dissocierar initiationsfaktorerna (som är GTP-drivna) och den stora subenheten binds på till ribosomen. Sedan kan elongeringsfasen påbörjas.

TermineringenTranslationen avslutas med hjälp av stoppkodon (UAA, UAG och UGA) som inte kan baspara med aminoacyl-tRNA. Därefter binder en release-faktor till A-sitet och ser till att aminosyrakedjan lossnar från ribosomen.

PolyribosomerPolyribosomer är kluster av ribosomer som alla translaterar samma mRNA-molekyl, vilket ökar effektiviteten av translationen. Ett transkript kan alltså snabbt ge upphov till flera proteiner.

Antibiotikas effekt på translationenAntibiotika hämmar proteinsyntesen hos bakterier genom att störa initieringen av translationen och förflyttningen av subenheterna eller genom att se till att mRNA-kedjan lossnar. Detta möjliggörs av att prokaryota ribosomer skiljer sig från våra ribosomer.

Posttranslationella modifieringarPolypeptidkedjan veckas samtidigt som elongeringen pågår med hjälp av chaperoner, men även efter translationen sker vissa modifieringar ibland av proteinet. Det kan fosforyleras, glykosyleras, acetyleras, metyleras, binda till cofaktorer och så vidare. De kan även ubiquitineras, vilket i vissa fall signalerar att proteinet ska brytas ned. I andra fall fungerar ubiquitin aktiverande, till exempel på vissa kinaser.

ProteolysProteolysen, alltså nedbrytningen av proteiner, sker i proteasomerna. Proteiner som ska brytas ned märks med en ubiquitinkedja av ubiquitinligaser, och denna kedja känns sedan igen av proteasomer. Proteasomerna är stora proteolytiska komplex som finns överallt i cellen och som bryter ned proteiner under energiåtgång.

Fel i gener som kodar för ubiquitinligaser leder till defekt proteolys och kan leda till exempelvis cancer.