🔤 Μετάφραση
❓ Τι είναι η μετάφραση
Η μετάφραση του mRNA, δηλαδή η αντιστοίχιση των κωδικονίων σε αμινοξέα και η διαδοχική σύνδεση των αμινοξέων σε πολυπεπτιδική αλυσίδα, πραγματοποιείται στα ριβοσώματα με τη βοήθεια των tRNA και τη συμμετοχή αρκετών πρωτεϊνών και ενέργειας.
Τα ριβοσώματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως θέση μετάφρασης για οποιοδήποτε mRNA. Αυτό εξηγεί γιατί τα βακτήρια μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν «εργοστάσια παραγωγής ανθρώπινων πρωτεϊνών».
🧩 Η δομή του ριβοσώματος και του tRNA
Κάθε ριβόσωμα αποτελείται από δύο υπομονάδες, μια μικρή και μια μεγάλη, και έχει:
- μία θέση πρόσδεσης του mRNA στη μικρή υπομονάδα,
- δύο θέσεις εισδοχής των tRNA στη μεγάλη υπομονάδα.
Κάθε μόριο tRNA έχει μια ειδική τριπλέτα νουκλεοτιδίων, το αντικωδικόνιο, με την οποία προσδένεται, λόγω συμπληρωματικότητας, με το αντίστοιχο κωδικόνιο του mRNA. Επιπλέον, κάθε μόριο tRNA διαθέτει μια ειδική θέση σύνδεσης με ένα συγκεκριμένο αμινοξύ.
Το tRNA λειτουργεί ως «μεταφραστής»: από τη μία πλευρά αναγνωρίζει το κωδικόνιο του mRNA μέσω του αντικωδικονίου του (με συμπληρωματικότητα βάσεων), και από την άλλη μεταφέρει το συγκεκριμένο αμινοξύ που αντιστοιχεί σε αυτό το κωδικόνιο. Έτσι μεταφράζει τη γλώσσα των βάσεων στη γλώσσα των αμινοξέων.
🔢 Τα τρία στάδια της πρωτεϊνοσύνθεσης
Η πρωτεϊνοσύνθεση διακρίνεται σε τρία στάδια: την έναρξη, την επιμήκυνση και τη λήξη.
▶️ Έναρξη
Κατά την έναρξη της μετάφρασης, το mRNA προσδένεται, μέσω μιας αλληλουχίας που υπάρχει στην 5' αμετάφραστη περιοχή του, με το ριβοσωμικό RNA της μικρής υπομονάδας του ριβοσώματος, σύμφωνα με τους κανόνες της συμπληρωματικότητας των βάσεων.
Το πρώτο κωδικόνιο του mRNA είναι πάντοτε AUG και σ' αυτό προσδένεται το tRNA που φέρει το αμινοξύ μεθειονίνη. Όμως δεν έχουν όλες οι πρωτεΐνες του οργανισμού ως πρώτο αμινοξύ τη μεθειονίνη· αυτό συμβαίνει γιατί, σε πολλές πρωτεΐνες, μετά τη σύνθεσή τους απομακρύνονται ορισμένα αμινοξέα από το αρχικό αμινικό άκρο τους.
Το σύμπλοκο που δημιουργείται μετά την πρόσδεση του mRNA στη μικρή υπομονάδα του ριβοσώματος και του tRNA που μεταφέρει τη μεθειονίνη ονομάζεται σύμπλοκο έναρξης της πρωτεϊνοσύνθεσης. Στη συνέχεια η μεγάλη υπομονάδα του ριβοσώματος συνδέεται με τη μικρή.
➕ Επιμήκυνση
Κατά την επιμήκυνση, ένα δεύτερο μόριο tRNA με αντικωδικόνιο συμπληρωματικό του δεύτερου κωδικονίου του mRNA τοποθετείται στην κατάλληλη εισδοχή του ριβοσώματος, μεταφέροντας το δεύτερο αμινοξύ. Μεταξύ της μεθειονίνης και του δεύτερου αμινοξέος σχηματίζεται πεπτιδικός δεσμός και αμέσως μετά, το πρώτο tRNA αποσυνδέεται από το ριβόσωμα και απελευθερώνεται στο κυτταρόπλασμα, όπου συνδέεται πάλι με μεθειονίνη, έτοιμο για επόμενη χρήση.
Το ριβόσωμα και το mRNA έχουν τώρα ένα tRNA, πάνω στο οποίο είναι προσδεμένα δύο αμινοξέα. Στη συνέχεια το ριβόσωμα κινείται κατά μήκος του mRNA κατά ένα κωδικόνιο. Ένα τρίτο tRNA έρχεται να προσδεθεί μεταφέροντας το αμινοξύ του. Ανάμεσα στο δεύτερο και στο τρίτο αμινοξύ σχηματίζεται πεπτιδικός δεσμός. Η πολυπεπτιδική αλυσίδα συνεχίζει να αναπτύσσεται καθώς νέα tRNA μεταφέρουν αμινοξέα τα οποία συνδέονται μεταξύ τους.
⏹️ Λήξη
Η επιμήκυνση σταματά σε ένα κωδικόνιο λήξης (UGA, UAG ή UAA), επειδή δεν υπάρχουν tRNA που να αντιστοιχούν σε αυτά. Το τελευταίο tRNA απομακρύνεται από το ριβόσωμα και η πολυπεπτιδική αλυσίδα απελευθερώνεται.
- Έναρξη: Το mRNA συνδέεται με τη μικρή υπομονάδα· το πρώτο tRNA (μεθειονίνη) προσδένεται στο κωδικόνιο AUG· συνδέεται η μεγάλη υπομονάδα.
- Επιμήκυνση: Διαδοχικά tRNA μεταφέρουν αμινοξέα στα αντίστοιχα κωδικόνια· σχηματίζονται πεπτιδικοί δεσμοί· το ριβόσωμα μετακινείται κατά ένα κωδικόνιο κάθε φορά.
- Λήξη: Στο κωδικόνιο λήξης σταματά η σύνθεση και η πολυπεπτιδική αλυσίδα απελευθερώνεται.
🏭 Το πολύσωμα — μια οικονομική διαδικασία
Από ένα μόνο γονίδιο μπορούν να μεταγραφούν πολλά μόρια mRNA. Επιπλέον, πολλά ριβοσώματα μπορούν να μεταφράζουν ταυτόχρονα ένα mRNA, το καθένα σε διαφορετικό σημείο κατά μήκος του μορίου. Αμέσως μόλις το ριβόσωμα έχει μεταφράσει τα πρώτα κωδικόνια, η θέση έναρξης του mRNA είναι ελεύθερη για την πρόσδεση ενός άλλου ριβοσώματος.
Το σύμπλεγμα των ριβοσωμάτων με ένα mRNA ονομάζεται πολύσωμα. Έτσι, η πρωτεϊνοσύνθεση είναι μια «οικονομική διαδικασία»: ένα κύτταρο μπορεί να παραγάγει μεγάλα ποσά μιας πρωτεΐνης από ένα ή από δύο αντίγραφα ενός γονιδίου.
Επειδή ο γενετικός κώδικας είναι σχεδόν καθολικός και τα ριβοσώματα μπορούν να μεταφράσουν οποιοδήποτε mRNA, ένα mRNA που κωδικοποιεί μια ανθρώπινη πρωτεΐνη (π.χ. τη β-αλυσίδα της αιμοσφαιρίνης) μπορεί να μεταφραστεί επιτυχώς σε εκχύλισμα βακτηριακών κυττάρων, παράγοντας την ίδια ανθρώπινη πρωτεΐνη. Αυτό αποτελεί τη βάση της παραγωγής ανθρώπινων πρωτεϊνών από βακτήρια.