If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Jeżeli jesteś za filtrem sieci web, prosimy, upewnij się, że domeny *.kastatic.org i *.kasandbox.org są odblokowane.

Główna zawartość

tRNA i rybosomy

Budowa i rola tRNA i rybosomów. Kodony, antykodony i parowanie wobble. Syntetazy aminoacylo-tRNA. Tłumaczenie na język polski zrealizowane przez Fundację Edukacja dla Przyszłości dzięki wsparciu Fundacji HASCO-LEK.

Wprowadzenie

Translacja wymaga specjalnej maszynerii. Tak jak nie pójdziesz grać w tenisa bez rakiety i piłki, tak komórka nie przeprowadzi translacji mRNA do białka bez dwóch części molekularnego sprzętu: rybosomów i tRNA.
  • Rybosomy zapewniają strukturę, w której może zajść translacja. Także katalizują reakcję, która łączy aminokwasy w nowe białko.
  • tRNA (transportujące RNA) niosą aminokwasy do rybosomu. Działają jak "mosty", parując kodon z mRNA z aminokwasem, dla którego jest kodowany.
Tutaj przyjrzymy się bliżej rybosomom i tRNA. Jeśli jeszcze nie jesteś obeznany z RNA (które jest skrótem od kwasu rybonukleinowego), bardzo polecam najpierw sprawdzić sekcję o kwasach nukleinowych, żebyś mógł jak najwięcej wynieść z tego artykułu!

Rybosomy: miejsce, gdzie zachodzi translacja

Translacja zachodzi wewnątrz struktury nazywanej rybosomem, która jest zbudowana z RNA i białka. Rybosomy organizują translację i katalizują reakcję, w której łączą aminokwasy, aby utworzyć łańcuch białkowy.
Obraz cząsteczki zaangażowanej w translację białek. Rybosom pokazany jest z mRNA i tRNA. Aminokwasy kształtują postać łańcucha białkowego.
Obraz za: "Translation: Figure 1," OpenStax College, Concepts of Biology, CC BY 4.0.

Budowa rybosomu

Rybosom jest zbudowany z dwóch podstawowych części: dużej i małej podjednostki. Podczas translacji, dwie podjednostki okalają cząsteczkę mRNA tworząc cały rybosom. Porusza się on wzdłuż mRNA, kodon za kodonem, jak odczytywany i przepisywany jest na polipeptyd (łańcuch białkowy). Potem, kiedy translacja jest ukończona, dwie części rozdzielają się i mogą zostać ponownie wykorzystane.
Ogólnie, rybosom jest w jednej trzeciej białkiem i w dwóch trzecich rybosomalnym RNA (rRNA). rRNA wydaje się być odpowiedzialne za strukturę i funkcję rybosomu, kiedy białka pomagają rRNA zmieniać kształt podczas katalizowania reakcji chemicznych1.
Poniżej, możesz zobaczyć model 3D rybosomu. Białka są zaznaczone na niebiesko, a nici rRNA są w kolorach jasnobrązowym i pomarańczowym. Zielone punkty oznaczają miejsce aktywne, które katalizuje reakcję łączącą aminokwasy, tworząc białko. Zaskoczył mnie widok pomarszczonego rybosomu podobnego pod tym względem do powierzchni mózgu!
Model małej i dużej podjednostki rybosomu. Obie podjednostki są zbudowane z rRNA i białek. Duża podjednostka zawiera miejsce aktywne, gdzie katalizowane jest powstanie wiązania peptydowego
Obraz zmieniony na podstawie "Ribosome," autorstwa Redondoself (CC BY 2.0).

Rybosom ma miejsca przeznaczone dla tRNA

Jak widzieliśmy pokrótce we wstępie, cząsteczki nazywane transportującymi RNA (tRNA) niosą aminokwasy w rybosomie. W następnej sekcji nauczymy się o wiele więcej o tRNA i o tym jak ono działa.
Teraz pamiętaj tylko, że rybosom ma trzy miejsca dla tRNA; miejsce A, P i E. tRNA porusza się przez te trzy miejsca (od A przez P do E) wraz z tym, jak dostarczane są aminokwasy podczas translacji.
Rybosom składa się z małej i dużej podjednostki. Mała podjednostka łączy się z transkryptem mRNA i obie podjednostki złączają się zapewniając trzy miejsca do przyłączenia się dla tRNA (miejsca A, P i E). Na tym schemacie, miejsca A, P i E pojawiają się w kolejności A-P-E od prawej do lewej.
Po wstępnym przyłączeniu pierwszego tRNA w miejscu P, zbliżający się załadowany tRNA później przyłączy się do miejsca A. Tworzenie łańcucha peptydowego przeniesie aminokwas pierwszego tRNA (Met) na aminokwas drugiego tRNA (w tym wypadku, Trp). Ten łańcuch dwóch aminokwasów będzie przyłączony do tRNA w miejscu A. Następnie rybosom przemieści się wzdłuż matrycy mRNA o jeden kodon. tRNA w miejscu A (z łańcuchem polipeptydowym) przesunie się do miejsca P i puste tRNA poprzednio będące w miejscu P przemieści się do miejsca E (gdzie opuści rybosom). Nowe tRNA (w tym przypadku, to niosące Phe) dołączy się do nowodostępnego miejsca A i proces powtórzy się.
Zmieniony obraz na podstawie "Translation: Figure 3," OpenStax College, Biology (CC BY 4.0).
Aby dowiedzieć się więcej na temat tej wyjątkowej "pracy", sprawdź artykuł o etapach translacji.

Czym właściwie jest tRNA?

Transportujące RNA (tRNA) jest specjalnym rodzajem cząsteczki RNA. Jego funkcją jest łączenie kodonu mRNA z aminokwasem, który jest kodowany. Możesz myśleć o tym, jak o rodzaju molekularnego "mostu" pomiędzy nimi dwoma.
Każde tRNA zawiera zestaw trzech nukleotydów nazywanych antykodonem. Antykodon danego tRNA łączy się z jednym lub kilkoma konkretnymi kodonami mRNA. Cząsteczka tRNA także niesie aminokwas: ten jeden kodowany przez kodony, do których tRNA łączy się.
Obraz pokazujący tRNA działające jako przejściówka łącząca kodon w mRNA z aminokwasem. Na jednym końcu, tRNA ma antykodon 3'-UAC-5' i łączy się z kodonem w mRNA, który ma sekwencję 5'-AUG-3' dzięki komplementarnemu parowaniu zasad. Na drugim końcu tRNA niesie aminokwas metioninę (Met), który jest aminokwasem odpowiadającym kodonowi AUG w mRNA.
Zmieniony obraz na podstawie "Translation: Figure 3," OpenStax College, Biology (CC BY 4.0).
W komórce pływa wiele różnych rodzajów tRNA, każdy z jego własnym antykodonem i pasującym aminokwasem. W rzeczywistości, jest zwykle 40 do 60 różnych ich rodzajów, w zależności od gatunku3. tRNA łączy się z kodonami wewnątrz rybosomu, gdzie dostarcza aminokwasy dodawane do łańcucha białkowego.

Niektóre tRNA łączą się z wieloma kodonami ("wobble")

Niektóre tRNA mogą tworzyć pary zasad z więcej niż jednym kodonem. Na początku wydaje się to dziwne: czy A nie parowało z U a G z C?
No więc... nie zawsze. (Biologia jest pełna niespodzianek, nieprawdaż?) Nietypowe parowanie zasad - pomiędzy nukleotydami innymi niż A-U i G-C może tworzyć się w trzeciej pozycji kodonu, to zjawisko znane jako wobble.
Parowanie wobble nie zachodzi zgodnie z normalnymi zasadami, ale ma swoje własne reguły. Na przykład, G w antykodonie może parować z C lub U (ale nie z A lub G) w trzeciej pozycji kodonu, jak pokazano poniżej4. Zasady takie jak te zapewniają to, że kodony są odczytywane prawidłowo pomimo wobble.
Parowanie wobble pozwala tym samym tRNA rozpoznawać wiele kodonów dla tego samego aminokwasu, który niesie. Na przykład, tRNA dla fenyloalaniny ma antykodon 3'-AAG-5'. Może parować z kodonem mRNA 5'-UUC-3' i 5'-UUU-3' (każdy z nich jest kodonem, który definiuje fenyloalaninę). tRNA może łączyć się z oboma kodonami, ponieważ w obu przypadkach tworzy normalne parowanie w trzeciej pozycji kodonu (kodon 5'-UUC-3' z antykodonem 3'-AAG-5') i nietypowe parowanie w trzeciej pozycji antykodonu (kodon 5'-UUU-3' z antykodonem 3'-AAG-5').
Zasady parowania wobble zapewniają, że tRNA nie dołączy nieprawidłowego kodonu. tRNA dla fenyloalaniny ma antykodon 3'-AAG-5', który może parować z dwoma kodonami dla fenyloalaniny (co opisano powyżej), ale nie z kodonami 5'-UUA-3' lub 5'-UUG-3'. Te kodony definiują leucynę, nie fenyloalaninę, zatem jest to przykład na to, jak zasady parowania wobble pozwalają pojedynczemu tRNA pokryć wiele kodonów dla tego samego aminokwasu, ale nie wprowadzając niejasności, co do tego, który aminokwas ma zostać dostarczony dla poszczególnego kodonu.
Zmieniony obraz na podstawie "Translation: Figure 3," OpenStax College, Biology (CC BY 4.0).
Być może zastanawiasz się: dlaczego na Ziemi komórka „chce” tak skomplikowanego czynnika, jak wobble? Odpowiedź może być taka, że parowanie wobble pozwala mniejszej liczbie tRNA na pokrycie wszystkich kodonów kodu genetycznego, jednocześnie zapewniając, że kod jest poprawnie odczytany.

Budowa 3D tRNA

Lubię rysować tRNA jako małe prostokąty, aby uprościć, o co chodzi (i mieć mnóstwo miejsca na umieszczenie tam liter antykodonu). Ale prawdziwe tRNA w rzeczywistości ma o wiele bardziej interesujący kształt, taki, który pomaga pełnić mu jego funkcję.
tRNA, jak to zaprezentowane poniżej, jest zbudowane z pojedynczego łańcucha RNA (tak jat mRNA). Jednakże nić przyjmuje złożoną strukturę 3D, ponieważ pojawiają się pary zasad pomiędzy nukleotydami w różnych miejscach cząsteczki. To tworzy dwuniciowe regiony i pętle, fałdujące tRNA na kształt L.
Cząsteczka tRNA ma strukturę "L" utrzymywaną przez wiązania wodorowe pomiędzy zasadami w różnych częściach sekwencji mRNA. Jeden koniec tRNA łączy się z konkretnym aminokwasem (miejscem przyłączenia dla aminokwasu) a drugi koniec posiadający antykodon łączy się z kodonem na mRNA.
_Zmieniony obraz na podstawie: "TRNA-Phe yeast," autorstwa Yikrazuul (CC BY-SA 3.0). Zmieniony obraz jest na licencji CC BY-SA 3.0._
Jeden koniec kształtu litery L ma antykodon, kiedy drugi posiada dołączone miejsce dla aminokwasu. Różne tRNA mają delikatnie różne struktury, jest to ważne dla zapewnienia załadowania prawidłowym aminokwasem.

Załadowanie tRNA aminokwasem

Jak właściwy aminokwas jest dołączany do odpowiedniego tRNA (zapewniając to, że kodony są odczytywane prawidłowo)? Enzymy nazywane syntetazami aminoacylo-tRNA pełnią przy tym bardzo ważną rolę.
Istnieje różna syntetaza dla każdego aminokwasu, jedna, która tylko rozpoznaje ten aminokwas i jego tRNA (i żaden inny). Kiedy i aminokwas i jego tRNA przyłączają się do enzymu, wtedy on łączy je razem w reakcji zasilanej "energetyczną walutą" - cząsteczką trifosforanu adenozyny (ATP).
Miejsce aktywne każdej syntetazy aminoacylo-tRNA pasuje do powiązanego tRNA i poszczególnego aminokwasu jak "klucz do zamka". ATP jest później wykorzystywane do dołączenia aminokwasu do tRNA.
_Zmieniony obraz za: "Charge tRNA," autorstwa Boumphreyfr (CC BY-SA 3.0). Zmieniony obraz jest na licencji CC BY-SA 3.0._
Od czasu do czasu, syntetaza aminoacylo-tRNA myli się: dołącza nieprawidłowy aminokwas (jeden, który "wygląda podobnie" do tego prawidłowego). Na przykład, syntetaza treoniny często łapie przez przypadek serynę i dołącza ją do treoninowego tRNA. Na szczęście, syntetaza treoniny ma miejsce korekcyjne, które wychwytuje z powrotem aminokwas z tRNA, jeśli nie jest prawidłowy5.

Zapiszmy to wszystko razem:

Gdy tRNA są załadowane przez prawidłowy aminokwas, jak wchodzą w interakcję z mRNA i rybosomem, aby utworzyć nowe białko? Dowiedz się więcej o tym, jak działa ten proces w kolejnym artykule o etapach translacji.

Chcesz dołączyć do dyskusji?

Rozumiesz angielski? Kliknij tutaj, aby zobaczyć więcej dyskusji na angielskiej wersji strony Khan Academy.