A transzláció egy olyan folyamat, amelynek során egy mRNS-tervből aminosavlánc szintetizálódik. Ezek a polipeptidláncok funkcionális fehérjékké hajtódnak össze. A transzláció a sejtmagon kívül történik, miután a pre-mRNS nukleáris feldolgozása befejeződött, és az mRNS-molekulák a nukleáris pórusokon keresztül a citoplazmába kerültek. A transzlációt elsősorban a durva endoplazmatikus retikulumon, a magburkolat külső felszínén vagy a citoplazmában található riboszómák segítik elő.
- Iniciáció
- Elhosszabbítás
- Termináció
- Recycling
A transzlációban számos molekuláris komponens játszik szerepet, a legjelentősebb a riboszóma. Ez a makromolekuláris komplex több fehérjéből és rRNS-molekulából áll. Minden riboszómának van egy kis és egy nagy alegysége, azonban ezen alegységek összetétele fajonként jelentősen eltér. Az emberben például a kis 40S alegység 33 fehérjéből és egyetlen 18S rRNS molekulából áll, míg a nagy 60S alegység 47 fehérjéből és három rRNS-ből (5S, 5,8S és 28S) .
Az emberi riboszómához kapcsolódó 80 fehérje azonosítása ellenére csak 34 található más eukariótákban vagy prokariótákban . Míg a riboszómához kapcsolódó fehérjéknek általános funkciókat javasoltak, mint például a komplex stabilizálása és a transzláció szabályozása, néhányuknak az újonnan szintetizált fehérjék ko-transzlációs módosítását is tulajdonították (áttekintve ).
Elongáció
A transzláció iniciációs, terminációs és riboszóma újrahasznosítási szakaszaival ellentétben az elongációt irányító mechanizmusok nagymértékben konzerváltak az eukarióták és a baktériumok között (áttekintve ).
Kodonfelismerés
A megnyúlás több jól meghatározott lépésen keresztül történik, kezdve az mRNS-kodonok felismerésével a megfelelő aminoacil-tRNS által. Az mRNS-hez való kapcsolódás a riboszóma A helyén keresztül történik, és különböző elongációs faktorok befolyásolják. Például az eEF1A GTPáz szállítja az aminoacil-tRNS-eket az A helyhez, miután az eEF1B, egy guanin nukleotid cserélő faktor (GEF) aktiválta, amely felgyorsítja a GDP disszociációját az eEF1A-tól.
Peptidkötés kialakulása
Az mRNS kodon felismerését követően peptidkötés jön létre az aminoacil-tRNS és a peptidil-tRNS között (amely a riboszóma P helyén található). Ezt a reakciót a peptidiltranszferáz segíti elő, amely maga nem fehérje, hanem egy erősen konzervált riboszomális RNS . A peptidkötés kialakulásának mechanizmusa a riboszómacsoportok által végzett kémiai katalízis helyett az aktív centrumban bekövetkező konformációs változásokat foglalja magában, és a kedvező entrópiaváltozás vezérli .
Az mRNS és a tRNS transzlokációja a riboszómán keresztül
A peptidkötés kialakulása után az A-site megüresedik, amikor az azt elfoglaló peptidil-tRNS a nagy riboszómális alegység P-site-ába költözik, ezzel egyidejűleg egy meglévő deacilált tRNS helyébe lép, amely a riboszómából való kilépés előtt az E-site-ba kerül . Ahogy az aminosavlánc növekszik, és az A- és P-helyeket átmenetileg új aminoacil-, illetve peptidil-tRNS-ek foglalják el, az mRNS transzlokációja történik a riboszómán keresztül.
Az mRNS és a tRNS transzlokációt két mechanizmus segíti elő, amelyeket a riboszómális alegységek konformációs változásai jellemeznek. Ezeket “ratcheting”-nek és “swiveling”-nek nevezik.
A recsegés a transzláció minden szakaszában megfigyelhető, és a kis riboszómális alegység a nagy alegységhez képest enyhe, körülbelül ~8°-os elfordulást mutat (áttekintve: ). Ez különbözik a forgatástól, amely a kis alegység fejdoménjének (30S) mozgását jelenti. Fontos, hogy a forgás szerepet játszik a riboszóma belső helikáz aktivitásában, amely fontos a másodlagos mRNS szerkezetek kitekerésében.
Ezek a mechanizmusok végső soron biztosítják a tRNS szekvenciális (A-site-ról P-site-ra E-site-ra) mozgását, és lehetővé teszik az mRNS-tRNS-transzlokáció során ismert köztes állapotok kialakulását. Ezek az állapotok, amelyeket hibrid állapotoknak is neveznek , az eukarióta modell példáján keresztül írhatók le. Itt a tRNS A és P helyeket elfoglaló 3′ végei a 60S alegység P és E helyeit foglalják el, míg az mRNS-hez kapcsolódó 5′ végek a 40S alegység A és P helyein maradnak lehorgonyozva .
Ezeket a hibrid állapotokat az eEF2-GTP (prokariótákban EF-G – GTP) riboszóma A helyhez való kötődése stabilizálja pillanatnyilag. A GTP hidrolízise azonban, amelyet az EF-G vagy eukarióta homológ eEF2 GTPáz aktivitása közvetít, lehetővé teszi a ratcheting mechanizmus folytatását, és azt okozza, hogy az mRNS és a tRNS 5′ végei az A és P helyekről a P és E helyekbe mozognak. Amint a kanonikus A/A, P/P, E/E (60S/40S) konformáció helyreáll, az EF-G – GDP disszociál a riboszómáról, és az A hely nyitva marad egy új aminoacil-tRNS molekula befogadására.
A GTP hidrolízise az EF-G / eEF2 által, és a fejdomén ezt követő elfordulása tovább segíti a tRNS transzlokációt azáltal, hogy megakadályozza a tRNS spontán hátrafelé történő mozgását .
A transzláció iniciálása
A transzláció első lépése az úgynevezett iniciáció. Itt a nagy (60S) és a kis (40S) riboszómaegységek összeállnak egy teljesen funkcionális 80S riboszómává. Ez a fordítandó mRNS-szál startkódonjánál (AUG) helyezkedik el (áttekintve a ).
Az iniciációt a teljes folyamat sebességkorlátozó lépésének tekintik, és elsősorban az eukarióta iniciációs faktorok (eIF-ek) néven ismert fehérjék egy csoportja szabályozza és koordinálja . E faktorok mérete és összetettsége változó; az egyetlen 113kDa méretű eIF1 alegységtől a 700kDa méretű eIF3 komplexig. Az emberben legalább 12 eIF működik együtt az iniciáció szabályozásában, amelyek mindegyike különálló szerepet játszik, és amelyeket részletesen áttekintettek a .
A iniciáció az eIF2-t, a GTP-t és az iniciátor tRNS-t (Met-tRNSi) tartalmazó hármas komplex kialakulásával kezdődik. A terner komplex elsődleges szerepe az iniciátor eljuttatása a 40S alegységhez, amely ezt követően létrehozza a 43S komplexet, amelyet PIC-nek (pre-iniciation complex) is neveznek. Az eIF4G és az eIF3 segítségével a PIC az mRNS 5′-terminusán vagy annak közelében kötődik. Ezt egy 7-metilguanozin sapka (m7-G-cap) jelzi. A kötődés után a PIC letapogatja az 5′ nem transzlált régiót, hogy megtalálja az iniciációs kodont .
Az 5′-terminus vezető szekvenciáját több eIF (köztük az eIF4F, eIF4G, eIF4A, eIF4B, eIF3) helikáz aktivitása tartja feltekert állapotban. Amint a 40S alegység a beindulási kodonnál helyezkedik el, a 60S alegység rekrutálódik, hogy egy elongáció-kompetens 80S riboszómát képezzen. Ekkor az mRNS startkódon a riboszóma P helyén lokalizálódik, és az egész iniciációs komplex készen áll az elongációs fázisba lépésre .
Fontos megjegyezni, hogy a 40S alegység az mRNS-hez az m7-G-captól függetlenül is kapcsolódhat. A legkiemelkedőbb példa erre, amely feltehetően a sejtes mRNS-ek 5-10%-ában fordul elő, a 40S alegység belső riboszóma belépési helyhez (IRES) való kötődése . Más m7-G sapkától független iniciációs utak közé tartozik a shunting , a tethering , a transzlációs enhancerek , a TISU elem , és az 5′-terminusban lévő poliadenilát leader.
Riboszóma újrahasznosítás
A transzláció utolsó lépése a riboszóma újrahasznosítása, melynek során a riboszóma kisebb alegységeire bomlik, és felkészül egy újabb fordítási körre. Eukariótákban ez azt jelenti, hogy a 80S riboszóma 40S és 60S alegységekre bomlik. Bár ez a lépés a fordítási folyamat befejezését jelzi, számos más okból is bekövetkezhet, például ha a polipeptidlánc szintézise meghiúsul, ha sérült mRNS-sel találkozunk, vagy ha üres riboszómák összeállását követően. Továbbá ezt a lépést gyakran az iniciáció kezdeteként írják le, mivel a riboszóma felhasadását elősegítő kulcsfehérje több iniciációs faktorral is társul (az ABCE1-ről kimutatták, hogy élesztőmodellekben az eIF2-vel, az eIF3-mal és az eIF5-tel társul ).
Eukariótákban a riboszóma újrahasznosítását elsősorban az ABCE1 (élesztőben Rli1) segíti elő, amely az ATPázok ABC szupercsaládjának tagja. Ez a fehérje, amely két nukleotidkötő doménnel és egy egyedi FeS1 klaszterdoménnel rendelkezik, a poszt-terminációs komplexhez kötődik, miután az RF3-GDP disszociált a riboszómáról. Ez a társulás a FeS-klaszter és az eRF1 közötti kölcsönhatáson keresztül jön létre. Fontos, hogy az ACBE1 számos olyan kötőhelyet is tartalmaz, amelyek lehetővé teszik a riboszómális alegységek és különböző riboszómális fehérjék közötti kölcsönhatásokat. Például az első nukleotidkötő doménben található HLH-motívumról kimutatták, hogy kötődik a 18S rRNS-hez, valamint az rpS24-A-hoz. Bár a riboszómális hasadást kiváltó pontos mechanizmus továbbra sem világos, azt javasolják, hogy eukariótákban ez az ABCE1 konformációs változásának eredménye, amelyet az ATP-hidrolízis indukál.
Amint korábban említettük, a peptidfelszabadulás nem előfeltétele a riboszómális alegységek disszociációjának vagy az ABCE1 kötődésének . Ez akkor fontos, ha a riboszóma újrahasznosítása mRNS-károsodásra vagy üres riboszómák összeszerelésére válaszul indukálódik, mivel a termináció és a peptidfelszabadulás elindításához nem detektálható stop-kodon. Ennek kiküszöbölésére az ABCE1 az eRF1-eRF3-GTP terner komplexhez hasonlóan képes elősegíteni a peptidfelszabadulást, és ez bizonyítottan az ATP-hidrolízistől függetlenül történik. Itt az ATP-hidrolízis olyan konformációs változást indukál az eRF1-ben, amely elősegíti a peptidil-tRNS-hidrolízist .
Fontos, hogy az eRF1 és az eRF3 elegendő lehet az alegység disszociációjának beindításához; ez azonban lassabb ütemben történik .
A prokarióták újrahasznosítási mechanizmusai különböznek az eukariótákétól, a fő különbség a speciális riboszóma újrahasznosítási faktor (RRF) jelenléte, amely a baktériumokban az EF-G-vel együtt hat a riboszóma alegységek szétválasztására .
A fordítás befejezése
A fordítási folyamat következő lépése a termináció. Ebben a lépésben egy mRNS stop kodon jelzi, hogy a növekvő fehérjéhez nem kell további aminosavakat hozzáadni. A terminációt az eukariótákban csak két faktor (eRF1 és eRF3) segíti elő, és jelentősen különbözik a prokariótákban zajló folyamattól, amelyben három faktor (RF1, RF2 és RF3) vesz részt . Eukariótákban két különböző folyamatnak kell végbemennie ahhoz, hogy a peptidelongáció sikeresen befejeződjön: a peptidfelszabadulásnak és a befejezés utáni komplex létrehozásának. Bizonyos esetekben, amikor a transzlációnak a stopkódon észlelése előtt véget kell érnie, a terminációs lépés kihagyható, és a riboszóma újrahasznosítása korán megkezdődhet. Ebben az esetben a peptidfelszabadulást az ABCE1 segíti elő.
A terminációt a stopkódon (UAA, UGA vagy UAG) bevitele indítja el a riboszóma A-helyére. Ezt a kodont egy 1. osztályú felszabadulási faktor (RF1) ismeri fel. Eukariótákban ez a faktor (eRF1) egy előre összeállított hármas komplex részeként kötődik a riboszómához, amely az eRF1-et, az eRF3-at és a GTP-t tartalmazza. A stop-kodont a fehérje amino-terminális végén található konzervált motívumok, például a NIKS-motívum ismeri fel .
Az eRF1 a peptidil-tRNS hidrolízisében és a peptid felszabadításában is közreműködik a peptidiltranszferáz központból (PTC). Ez az eRF3 által végzett GTP-hidrolízis eredményeként történik, amely az eRF1 konformációs változását indukálja, amely lehetővé teszi, hogy a “középső” (M) doménben található Gly-Gly-Gln (GGQ) motívuma belépjen a riboszóma PTC-be és elősegítse a peptidil-tRNS hidrolízist. Ez a mechanizmus eltér a prokariótákban, ahol a peptidfelszabadulás szükséges az RF3 által végzett GTP-hidrolízishez, és így megelőzi azt.
A GTP-hidrolízist és a peptid felszabadulását követően az RF3-GDP disszociál a fehérjéről, hátrahagyva az RF1-et, amely a riboszómához kötődve marad az úgynevezett poszt-terminációs komplexben . Ez lényegében előkészíti a riboszómát a riboszóma újrahasznosítására.