Jak na bazie mRNA powstaje polipeptyd?

Translacja polega na przełożeniu sekwencji nukleotydów w mRNA na sekwencję aminokwasów w białku. Aminokwasy wykorzystywane w tym procesie zostają najpierw przyłączone do końców 3’ odpowiednich cząsteczek tRNA.  Ten wymagający hydrolizy ATP proces katalizowany jest przez syntetazy aminoacylo-tRNA. Każda syntetaza jest specyficzna tylko dla jednego rodzaju aminokwasu. Powstający aminoacylo-tRNA (aa-tRNA) posiada wysokoenergetyczne wiązanie kowalencyjne, wykorzystywane w późniejszym etapie translacji. Każdy tRNA posiada pętlę, zawierającą antykodon – trójkę nukleotydów komplementarną z kodonem mRNA.

Inicjacja translacji

Na początku procesu precyzyjnie ustalana jest ramka odczytu – rozpoznawany jest startowy kodon mRNA (AUG). U prokariontów przed kodonem startowym znajduje się sekwencja wiążąca rybosom, komplementarna do sekwencji rRNA małej podjednostki rybosomu. Następnie przyłączany jest tRNA z formylometioniną, a potem duża podjednostka rybosomu. U eukariontów proces inicjacji translacji rozpoczyna się od połączenia małej podjednostki rybosomu z tRNA niosącym metioninę. Następnie przyłączany jest mRNA w pobliżu końca 5’, który przesuwa się względem kompleksu, aż antykodon tRNAMet znajdzie się na wysokości kodonu startowego mRNA. Po odnalezieniu kodonu startowego dołącza się duża podjednostka rybosomu.

Elongacja

Rybosom posiada trzy charakterystyczne miejsca – aminoacylowe (A), w którym dołączane są nowe aa-tRNA, peptydowe (P), w którym znajduje się tRNA z przyłączony łańcuchem peptydowym (peptydylo-tRNA) i wyjścia (E), z którego wolny tRNA opuszcza rybosom.

Gdy rozpoczyna się elongacja, kodon startowy znajduje się na wysokości miejsca P, w którym znajduje się aa-tRNA z metioniną lub formylometioniną. W miejsce A wchodzi odpowiedni aa-tRNA, którego antykodon jest komplementarny do kodonu następującego po kodonie startowym. Zostaje zerwane wysokoenergetyczne wiązanie między metioniną/formylometioniną a tRNA i następuje utworzenie wiązania peptydowego między grupą karboksylową pierwszego aminokwasu a grupą aminową aminokwasu w aa-tRNA w miejscu A. Za tworzenie wiązania peptydowego odpowiada peptydylotransferaza. Następnie dochodzi do translokacji – rybosom przesuwa się względem mRNA o 3 kolejne nukleotydy, wolny tRNA przesuwa się w miejsce E i opuszcza rybosom, kompleks peptydylo-tRNA przesuwa się w miejsce P, a w wolne miejsce A wchodzi kolejny aa-tRNA. Wówczas peptydylotransferaza zrywa wiązanie między aminokwasem a tRNA znajdującym się w miejscu P i tworzy kolejne wiązanie peptydowe z aminokwasem w aa-tRNA w miejscu A.

Terminacja

Elongacja trwa tak długo, aż w miejscu A znajdzie się kodon, będący sygnałem terminacji translacji (np. UGA).  W miejsce A wchodzi wtedy specjalne białko, które wraz z innymi białkami powoduje odłączenie mRNA, rozpad rybosomu i uwolnienie polipeptydu. Polipeptyd ulega fałdowaniu, czyli przyjmuje strukturę drugo- i trzeciorzędową. Może ulegać także obróbce potranslacyjnej – polipeptyd może ulegać proteolizie, mogą być do niego dołączane m.in. reszty cukrowe, lipidowe, czy grupy fosforanowe. Białko może także być transportowane w docelowe miejsce.