1

Translace(druhý krok genové exprese)

Od RNA k proteinu

Milada Roštejnská

Helena Klímová

Genetický kód

tRNA

Aminoacyl-tRNA-synthetasaTranslace probíhá na ribosomech

Iniciace translaceElongace translace (prodlužování řetězce)

Terminace translace

Použitá literatura

Obsah

Genetický kód

Pravidla, kterými se řídí prostřednictvím mRNA přenos z nukleotidové sekvence DNA do aminokyselinové sekvence, jsou definovaná jako GENETICKÝ KÓD.

Sekvence nukleotidů mRNA je čtena po trojicích (tripletech)

Každá skupina tří nukletidů se nazývá kodon.

A UGUUG

CA

C A GUCCG

AG

AUUGUG

CA

AC

CCGGU

AAG

A

kodon

mRNA

Obsah

Dohromady lze vytvořit 64 (43) kombinací trojic nukleotidů.

Některé aminokyselině přísluší i několik tripletů.

V genetickém kódu platí konvence, že 5'-konec nukleotidové sekvence mRNA je zapisován vlevo!

Genetický kód je téměř univerzální pro všechny organismy.

A UGUUG

CA

C A GUCCG

AG

AmRNA

5' 3'

Genetický kód

Obsah

Genetický kód

V principu může být mRNA překládána ve všech třech čtecích rámcích podle toho, u kterého nukleotidu translace začne.

Avšak jen v jednom čtecím rámci vzniká požadovaný protein.

A UGUUG

CA

C A GUCCG

AG

A

A UGUUG

CA

C A GUCCG

AG

A

5' 3'

5' 3'

5' 3'

A UGUUG

CA

C A GUCCG

AG

AmRNA

mRNA

mRNA

A

C

A

Thr

Gln

Ser

Val ValLys Ala

Stop kodon

Leu SerArg Pro

Cys GlnGly

Leu

Obsah

    Druhý nukleotid    

    U C A G    

První nukleot

id

U

UUU fenyalanin

UCU serin UAU tyrosin UGU cystein U

Třetí nukleot

id

UUC fenyalanin

UCC serin UAC tyrosin UGC cystein C

UUA leucin UCA serin UAA stop kodon UGA stop kodon A

UUG leucin UCG serin UAG stop kodon UGG tryptofan G

C

CUU leucin CCU prolin CAU histidin CGU arginin U

CUC leucin CCC prolin CAC histidin CGC arginin C

CUA leucin CCA prolin CAA glutamin CGA arginin A

CUG leucin CCG prolin CAG glutamin CGG arginin G

A

AUU isoleucin

ACU threonin AAU asparagin AGU serin U

AUC isoleucin

ACC threonin AAC asparagin AGC serin C

AUA isoleucin

ACA threonin AAA lysin AGA arginin A

AUG methionin

ACG threonin AAG lysin AGG arginin G

G

GUU valin GCU alanin GAU kyselina asparagová GGU glycin U

GUC valin GCC alanin GAC kyselina asparagová GGC glycin C

GUA valin GCA alanin GAA kyselina glutamová GGA glycin A

GUG valin GCG alanin GAG kyselina glutamová GGG glycin G

Iniciační kodon

Terminační kodony

Terminační kodony

Terminační kodony

Tab. 1 Genetický kódObsah

tRNATranslace mRNA do proteinu závisí na tRNA

(transferová RNA), která je schopna jednou částí molekuly rozpoznat a spárovat se s kodonem v mRNA

a jinou částí vázat aminokyselinu.

Obr. 1. Struktura tRNA

Touto částí váže příslušné

aminokyseliny

Touto částí se páruje s kodonem v mRNA

Obsah

Obr. 1. Struktura tRNA

Jedna z částí tRNA se nazývá antikodon, což jsou tři nukleotidy komplementární ke kodonu v mRNA.

Další důležitou oblastí je 3'-konec (vždy končí sekvencí CCA), na který je navázána příslušná aminokyselina.

Struktura tRNA

3'-konec tRNA

Obsah

Molekuly tRNA jsou všechny přibližně 80 nukleotidů dlouhé.

Jejich struktura připomíná jetelový lístek, který podléhá ještě dalšímu sbalení a vytváří konečnou strukturu ve tvaru písmene L.

Struktura jetelového listu

Skutečný L-tvar tRNA

Obr. 2. L-tvar tRNA

Struktura tRNA

Obsah

Aminoacyl-tRNA-synthetasaRozpoznání a připojení správné aminokyseliny je funkcí enzymů

nazývaných aminoacyl-tRNA-synthetasy.

Obr. 3. Aminoacyl-tRNA-synthetasa

Aminoacyl-tRNA-synthetasa

A C C

Aminokyselina (Tryptofan)

OH

O

NH2

NH

tRNA

Obsah

Reakce katalyzovaná aminoacyl-tRNA-synthetasou vyžaduje dodání energie hydrolýzou ATP.

A C C

Aminoacyl-tRNA-synthetasa

Aminokyselina (Tryptofan)

OH

O

NH2

NH

A C C

ATP AMP + 2Pi

Vazba aminokyseliny k tRNA

O

O

NH2

NH

Obr. 3. Aminoacyl-tRNA-synthetasa

tRNA

Aminoacyl-tRNA-synthetasa

Obsah

Při této reakci vzniká vysokoenergetická (makroergická) vazba mezi tRNA a aminokyselinou. Tato energie je později využita pro

tvorbu kovalentní vazby mezi rostoucím polypeptidovým řetězcem a nově navázanou aminokyselinou.

Obr. 3. Aminoacyl-tRNA-synthetasa

A C C

Aminoacyl-tRNA-synthetasa

A C C

ATP AMP + 2Pi

Vazba aminokyseliny k tRNA

Makroergická vazba

Aminokyselina (Tryptofan)

OH

O

NH2

NH

O

O

NH2

NH

A C C

U G G

Vazba kodonu k antikodonu

Párování bází

mRNA5' 3'

O

O

NH2

NH

tRNA

Aminoacyl-tRNA-synthetasa

Obsah

Ribosom obsahuje čtyři vazebná místa pro molekuly RNA: jedno pro mRNA a tři pro tRNA (E-místo, A-místo, P-místo).

Každý ribosom je tvořen z velké a malé podjednotky.

Malá podjednotka zodpovídá za nasednutí tRNA na kodon mRNA.

Velká podjednotka katalyzuje vznik peptidové vazby mezi aminokyselinou a polypeptidovým řetězcem.

Translace probíhá na ribosomech

E-místo P-místo A-místoVelká ribosomální jednotka

Malá ribosomální jednotka

P AE

Vazebné místo pro mRNA

Obr. 4. Model Ribosomu

Obsah

Ribosom se pohybuje podél mRNA, překládá nukleotidovou sekvenci do aminokyselinové za použití tRNA a po

dosyntetizování proteinu se obě jednotky opět oddělí.

Obě podjednotky se spojují na molekule mRNA obvykle blízko jejího 5'-konce a zahajují syntézu proteinu.

E-místo P-místo A-místoVelká ribosomální jednotka

Malá ribosomální jednotka

Vazebné místo pro mRNA

P AE

Obr. 4. Model Ribosomu

Translace probíhá na ribosomech

Obsah

Translace začíná na iniciačním kodonu AUG a pro iniciaci je třeba iniciační tRNA, která má na

sobě vázaný methionin (u bakterií formyl-methionin).

iniciační tRNA, která má na sobě vázaný methionin U eukaryot je iniciační tRNA s

navázaným methioninem připojená k malé ribosomální

jednotce za asistence několika tzv. iniciačních faktorů.Malá ribosomální

podjednotka

mRNA

5'3'

AUG

Iniciace translace

Obr. 5. Iniciace translaceObsah

Met

Met

Po navázání iniciační tRNA se malá podjednotka váže na 5'-konec mRNA a začne se pohybovat podél mRNA ve směru 5' → 3' a hledat první kodon AUG, který je rozpoznán antikodonem

iniciační tRNA.

AUG

mRNA

5'3'

Obr. 5. Iniciace translace

Iniciace translace

Obsah

E P A

E P A

MetMet

AUGAUG

Po navázání iniciační tRNA se malá podjednotka váže na 5'-konec mRNA a začne se pohybovat podél mRNA ve směru 5' → 3' a hledat první kodon AUG, který je rozpoznán antikodonem

iniciační tRNA.

Po rozpoznání iniciačního kodonu se od malé ribosomální podjednotky odpoutá několik

iniciačních faktorů, což umožní připojení velké ribosomální podjednotky.

AUG

Iniciační tRNA se váže rovnou do P-místa, proto prodlužování řetězce může ihned začít navázáním druhé tRNA s

aminokyselinou do A-místa.

mRNA

5'3'

Velká ribosomální podjednotka

Iniciace translace

Obr. 5. Iniciace translaceObsah

Po navázání iniciační tRNA se malá podjednotka váže na 5'-konec mRNA a začne se pohybovat podél mRNA ve směru 5' → 3' a hledat první kodon AUG, který je rozpoznán antikodonem

iniciační tRNA.

Po rozpoznání iniciačního kodonu se od malé ribosomální podjednotky odpoutá několik

iniciačních faktorů, což umožní připojení velké ribosomální podjednotky.

Iniciační tRNA se váže rovnou do P-místa, proto prodlužování řetězce může ihned začít navázáním druhé tRNA s

aminokyselinou do A-místa.

Obr. 5. Iniciace translace

Iniciace translace

Obsah

E P A

Met

AUG

mRNA

5'3'

aa2

E P A

5' 3'mRNAAUG

Iniciace translace

Met aa2

V dalším kroku dochází ke vzniku peptidové vazby mezi methioninem a přicházející aminokyselinou (aa2).

Obsah Obr. 5. Iniciace translace

Iniciace translaceV dalším kroku dochází ke vzniku peptidové vazby mezi

methioninem a přicházející aminokyselinou (aa2).

Ribosom se posune o 3 nukleotidy podél mRNA. tRNA bez navázané aminokyseliny se uvolní z E-místa a tRNA z A-

místa se přenese do P-místa.

E P A

5' 3'mRNAAUG

Met

aa2

Obsah Obr. 5. Iniciace translace

E P A

5' 3'

Při proteosyntéze je neustále opakován tříkrokový cyklus:• V prvním kroku je aminoacyl-tRNA navázána do A-místa.

aa3aa2

aa1NH2

mRNA

aa4

Elongace translace (prodlužování řetězce)

Obr. 6. Elongace translaceObsah

E P A

Při proteosyntéze je neustále opakován tříkrokový cyklus:• V prvním kroku je aminoacyl-tRNA navázána do A-místa.

• Ve druhém kroku dochází ke vzniku peptidové vazby mezi prodlužujícím se řetězcem a přicházející aminokyselinou.

5' 3'mRNA

aa3aa2

aa1NH2aa4

Obr. 6. Elongace translace

Elongace translace (prodlužování řetězce)

Obsah

E P A

Při proteosyntéze je neustále opakován tříkrokový cyklus:• V prvním kroku je aminoacyl-tRNA navázána do A-místa.

• Ve druhém kroku dochází ke vzniku peptidové vazby mezi prodlužujícím se řetězcem a přicházející aminokyselinou.

• Ve třetím kroku se ribosom posune o 3 nukleotidy podél mRNA. tRNA bez navázané aminokyseliny se uvolní z E-místa a tRNA z A-místa se přenese do P-místa.

5' 3'mRNA

aa3aa2

aa1NH2

aa4

Obr. 6. Elongace translace

Elongace translace (prodlužování řetězce)

Obsah

Elongace translace (prodlužování řetězce)

E P A5' 3'

mRNA

Obr. 6. Elongace translaceObsah

aa3aa2

aa1NH2

aa4 aa5

Vazba tRNA s připojenou aminokyselinou do volného A-místa (1. krok elongace).

aa5

Vznik peptidové vazby (2. krok elongace).

Posun ribosomu a uvolnění volné tRNA (3. krok elongace).

mRNA je překládána ve směru 5' → 3' a nejprve vzniká N-konec proteinu.

Celý cyklus všech tří kroků je opakován při každém předávání nové

aminokyseliny do polypeptidového řetězce, dokud ribosom nenarazí na stop-

kodon.

Polypeptidový řetězec roste směrem od N-konce k C-konci.

Obr. 7. Elongace translace(Schéma)

Elongace translace (prodlužování řetězce)

Obsah E P A

E P A

E P A

E P A

E P A

5' 3'mRNA

aa4

5' 3'mRNA

aa3aa2aa1

NH2 aa4

5' 3'mRNA

aa5

5' 3'mRNA

5' 3'mRNA

tRNA

aa3aa2aa1

NH2

aa3aa2aa1NH2

aa4

aa3aa2aa1NH2

aa4

aa3aa2aa1NH2

aa4aa5

Rostoucí peptidový řetězec

Posun o tři nukleotidy

E P A

aa5aa4

aa3aa2

aa1

NH2

Konec proteinu je signalizován přítomností jednoho ze tří terminačních neboli stop kodonů (UAA, UAG nebo UGA).

5' 3'mRNA

UAA

Těmto kodonům není přiřazená žádná aminokyselina.

Místo tRNA se na stop kodon v A-místě vážou tzv. terminační faktory, které mění aktivitu peptidyltransferasy tak, že místo

aminokyseliny použije molekulu vody pro uvolnění karboxylového konce hotového polypeptidového řetězce z tRNA v P-místě.

Uvolňovací faktor

Terminace translace

Obr. 8. Terminace translaceObsah

E P A3'

mRNA

Konec proteinu je signalizován přítomností jednoho ze tří terminačních neboli stop kodonů (UAA, UAG nebo UGA).

Těmto kodonům není přiřazená žádná aminokyselina.

Místo tRNA se na stop kodon v A-místě vážou tzv. terminační faktory, které mění aktivitu peptidyltransferasy tak, že místo

aminokyseliny použije molekulu vody pro uvolnění karboxylového konce hotového polypeptidového řetězce z tRNA v P-místě.

5'

H2O

Protein se uvolňuje do cytoplasmy.

Obr. 8. Terminace translace

Terminace translace

Obsah

UAA

NH2

aa5aa4

aa3aa2

aa1

NH2

aa5aa4

aa3aa2

aa1

COOH

E P A3'

mRNA5' UAA

Po skončení proteosyntézy je mRNA odpojena od ribosomu a dojde k disociaci obou podjednotek ribosomu, které se mohou

navázat na jinou molekulu mRNA a začít novou transkripci.

Obr. 8. Terminace translace

Terminace translace

Obsah

Obr. 9. Iniciace,

elongace,a terminace

translace

Obsah E P A

E P A

E P A

E P A

E P A

5' 3'mRNA

aa4

5' 3'mRNA

aa3aa2aa1

NH2 aa4

5' 3'mRNA

aa5

5' 3'mRNA

5' 3'mRNA

tRNA

aa3aa2aa1

NH2

aa3aa2aa1NH2

aa4

aa3aa2aa1NH2

aa4

aa3aa2aa1NH2

aa4aa5

Rostoucí peptidový řetězec

Posun o tři nukleotidy

E P A

5' 3'

aa

AUG5' 3'mRNA

Malá ribosomální podjednotka s navázanými iniciačními faktory

AUG 3'

Vazba na mRNA

AUG5' 3'mRNA

AUG 3'

Met aa

Velká ribosomální

podjednotka

Aminoacyl-tRNA

Vznik peptidové vazby

5'

5'

Met

Met

MetE P A

E P A

Met

AUG

E P A

E P A

E P A

E P A

aa5aa4

aa3aa2

aa1

NH2

5' 3'UAA

aa5aa4

aa3aa2

aa1

NH2

5' 3'UAA

5' 3'

NH2 aa5aa4

aa3aa2

aa1

COOH

Uvolňovací faktor

5' 3'

5' 3'

UAA

UAA

UAA

aa5aa4

aa3aa2

aa1

NH2 H2O

EP

A

Obsah

Použitá literatura

[1] ALBERTS, B. a kol. Základy buněčné biologie. Ústí nad Labem: Espero Publishing, 1997.

[2] NEČAS, O. a kol. Obecná biologie pro lékařské fakulty. Jinočany: Nakladateství H&H, 2000.

[3] KUBIŠTA, V. Buněčné základy životních dějů. Praha: Scientia, 1998.