1.3 Translasjon

Når koden blir til protein

Du har en arbeidskopi av et gen – et mRNA-molekyl fullt av baser i en bestemt rekkefølge. Men en proteinmaskin forstår ikke nukleotidspråk; den snakker aminosyrespråk. Et eller annet sted må koden oversettes. Det er nettopp det translasjon betyr: oversettelse, fra nukleotidspråket i nukleinsyrer til aminosyrespråket i proteiner.

Translasjon er det andre store steget i genekspresjon. Her «leses» mRNA-et av cellens proteinfabrikker, ribosomene, og settes om til en kjede av aminosyrer – et protein. I dette kapittelet skal du lære den genetiske koden, møte tRNA-molekylet som fungerer som tolk, bli kjent med ribosomet, og følge translasjonen gjennom sine tre faser.

Den genetiske koden

Den genetiske koden er selve ordboken som oversetter mRNA til aminosyrer. Koden leses i grupper på tre nukleotider kalt kodoner. Med fire baser og tre plasser finnes det $4^3 = 64$ mulige kodoner. Av disse koder 61 for aminosyrer (selv om det bare finnes 20 ulike aminosyrer), tre er stoppkodoner (UAA, UAG, UGA), og ett er startkodonet AUG, som koder for aminosyren metionin.

Koden har fire viktige egenskaper. Den er degenerert (redundant): flere kodoner kan kode for samme aminosyre – leucin har for eksempel hele seks kodoner, og det er ofte den tredje posisjonen, «wobble-posisjonen», som varierer. Den er universell: nesten alle organismer bruker samme kode, noe som peker mot et felles opphav for alt liv. Den er ikke-overlappende: hvert nukleotid hører bare til ett kodon. Og den er kommaløs: det finnes ingen skilletegn mellom kodonene – det er startkodonet AUG som bestemmer leserammen, slik at sekvensen leses tre og tre fra riktig sted.

Tolken og fabrikken: tRNA og ribosomet

For å oversette koden trengs en tolk. Det er tRNA som har denne jobben. Hvert tRNA er omtrent 75–95 nukleotider langt og foldet til en L-form. På den ene enden sitter et antikodon, tre baser som parer seg komplementært med et kodon i mRNA. På den andre enden, ved 3'-akseptorsetet (CCA-enden), festes en aminosyre. Det er enzymet aminoacyl-tRNA-syntetase som sørger for at riktig aminosyre kobles til riktig tRNA – det finnes 20 slike syntetaser, én for hver aminosyre. Slik blir tRNA bindeleddet mellom kodon og aminosyre.

Selve oversettelsen skjer i ribosomet, cellens proteinfabrikk. Det er et stort kompleks av RNA og protein, og finnes i to størrelser: 70S hos prokaryoter (30S + 50S underenheter) og 80S hos eukaryoter (40S + 60S). Ribosomet har tre bindingsseter for tRNA: A-setet, der nytt aminoacyl-tRNA ankommer, P-setet, der tRNA-et med den voksende proteinkjeden sitter, og E-setet, der det tomme tRNA-et forlater ribosomet. En fascinerende detalj: det er ribosomets rRNA som katalyserer dannelsen av peptidbindinger. Ribosomet er altså et ribozym – et enzym laget av RNA, ikke protein.

Translasjonens tre faser

Translasjon foregår i tre faser, akkurat som transkripsjon. Under initieringen samles ribosomet på mRNA-et ved startkodonet AUG. Hos prokaryoter binder den lille underenheten seg til Shine-Dalgarno-sekvensen, mens hos eukaryoter binder den seg til 5'-cap og skanner mRNA-et til den finner AUG, hjulpet av Kozak-sekvensen. Initiator-tRNA-et med metionin plasseres i P-setet, og den store underenheten kobles på.

Under elongeringen legges aminosyrene til én etter én i en syklus med tre steg. Først kommer kodon-gjenkjenning: et aminoacyl-tRNA med riktig antikodon binder seg i A-setet (drevet av en elongeringsfaktor og GTP, med korrekturlesing). Så kommer peptidbinding: peptidyltransferasen i rRNA overfører den voksende kjeden fra tRNA-et i P-setet til aminosyren i A-setet. Til slutt skjer translokasjon: ribosomet flytter seg ett kodon videre, tRNA-et i A-setet rykker til P-setet, og det i P-setet går videre til E-setet og ut. Hos prokaryoter skjer dette med en fart på 15–20 aminosyrer i sekundet.

Under termineringen kommer et stoppkodon (UAA, UAG eller UGA) inn i A-setet. Ingen tRNA passer her; i stedet binder frigjøringsfaktorer seg og utløser at det ferdige polypeptidet løsner. Til slutt deler ribosomet seg i sine to underenheter, klar til en ny runde.

Oppsummering

Translasjon er oversettelsen av mRNA til en aminosyresekvens – et protein. Koden leses i kodoner på tre nukleotider; av 64 mulige koder 61 for aminosyrer, tre er stoppkodoner (UAA, UAG, UGA), og AUG er startkodonet (metionin). Koden er degenerert, universell, ikke-overlappende og kommaløs.

tRNA fungerer som tolk: antikodonet parer med kodonet, og aminoacyl-tRNA-syntetase fester riktig aminosyre. Ribosomet har tre seter – A (innkommende), P (voksende kjede) og E (utgang) – og rRNA katalyserer peptidbindingene, så ribosomet er et ribozym. Translasjonen går i tre faser: initiering (ribosomet samles ved AUG), elongering (aminosyrer legges til i syklusen kodon-gjenkjenning → peptidbinding → translokasjon) og terminering (stoppkodon → frigjøringsfaktor → ferdig protein).