Translatie (biologie): definitie, mRNA, tRNA en eiwitbiosynthese
Alles over translatie: definitie, mRNA, tRNA, ribosomen en eiwitbiosynthese — hoe aminozuren worden vertaald tot proteïnen in eukaryoten en bacteriën.
Translatie (vertaling) is het tweede deel van de eiwitbiosynthese: het proces waarbij de informatie in boodschapper-RNA wordt gebruikt om een polypeptideketen (een eiwit of een onderdeel van een eiwit) te bouwen. Translatie is een essentieel onderdeel van genexpressie en koppelt de nucleïnezuursequentie (DNA → mRNA) aan de aminozuursequentie van een eiwit.
Voordat de translatie begint, vinden in de cel meerdere voorbereidende stappen plaats:
- transcriptie, die een keten van intriges en exons oplevert.
- RNA splicing door spliceosomen die introns verwijderen, en
- formulering van de boodschapper RNA van exons.
Opmerking: in de hierboven gebruikte termen verwijst "intriges" in feite naar introns (niet-coderende stukken die uit het pre-mRNA worden weggeknipt) en "exons" naar de coderende stukken die in het mRNA blijven en de aminozuurvolgorde bepalen.
Waar in de cel gebeurt translatie?
In eukaryoten gebeurt de translatie op ribosomen in het cytoplasma en op ribosomen die gebonden zijn aan het ruwe endoplasmatisch reticulum (rER). Bij bacteriën (prokaryoten) vindt translatie plaats in het celcytoplasma, omdat zij geen kern hebben waarin transcriptie apart plaatsvindt. In eukaryote cellen kunnen sommige eiwitten co‑translational in het lumen van het rER worden ingebracht en vervolgens via blaasjes naar andere organellen of de celmembraan/buitenkant van de cel worden vervoerd.
Basisprincipe: mRNA, tRNA en ribosomen
Ribosomen bestaan uit een klein en een groot subeenheid die samen het mRNA omsluiten. Het polypeptide dat tijdens translatie ontstaat, volgt de codonvolgorde op het mRNA; deze sequentie is oorspronkelijk vastgelegd in het DNA en overgeschreven naar mRNA. De resulterende polypeptideketen moet vaak gevouwen worden en ondergaat soms post‑translationele modificaties voordat het als functioneel eiwit werkt.
Aminozuren worden aangeleverd door specifieke tRNA-moleculen die elk een anticodon hebben dat complementair bindt aan een mRNA-codon. Elk tRNA wordt door een eigen aminoacyl‑tRNA‑synthetase gekoppeld aan zijn specifieke aminozuur (dit proces heet 'laden' van tRNA). Een gegeven anticodon op een tRNA hoort altijd bij hetzelfde aminozuur.
Stappen van translatie
Translatie verloopt in drie hoofdfasen:
- Initiatie: de kleine ribosoomsubeenheid bindt aan het mRNA en zoekt naar het startcodon (bij eukaryoten meestal AUG, dat codeert voor methionine). Daarna gaat de grote subeenheid erbij liggen en ontstaat een functioneel ribosoom met drie bindplaatsen (A‑, P‑ en E‑plaats).
- Elongatie: een geladen tRNA met het overeenkomstige anticodon bindt in de A‑plaats. Het aminozuur in de P‑plaats wordt via een peptidebinding door het aminozuur in de A‑plaats verlengd; het ribosoom verplaatst zich (translocatie), waardoor tRNA's opschuiven van A → P → E en het onbeladen tRNA de E‑plaats verlaat.
- Terminatie: wanneer het ribosoom een stopcodon (UAA, UAG of UGA) bereikt, binden release‑factoren en wordt de polypeptide vrijgegeven van het tRNA en het ribosoom valt uiteen.
Ribosomale functies en details
Een ribosoom werkt als een machinerie die codons leest en aminozuren aan elkaar koppelt volgens het genetische plan. Belangrijke aspecten zijn:
- A‑, P‑ en E‑plaatsen: coördineren binnenkomst van nieuw geladen tRNA, de groeiende keten en het vertrek van onbeladen tRNA.
- Aminoacyl‑tRNA‑synthetasen: enzymen die specifieke aminozuren aan de correcte tRNA koppelen; deze specificiteit garandeert dat het genetische code correct wordt omgezet in aminozuursequenties.
- Polysomen (of polyribosomen): meerdere ribosomen kunnen tegelijkertijd een enkel mRNA vertalen, waardoor veel kopieën van een eiwit snel worden gemaakt.
Co‑translationele import en secretie
Veel signaalsequenties in de N-terminus van nieuwgesynthetiseerde polypeptiden zorgen dat ribosomen binden aan het rER. Dergelijke eiwitten worden tijdens de synthese in het rER-lumen of in het membraan ingebracht en later via blaasjes naar andere organellen of de celmembraan getransporteerd. Dit verklaart waarom veel ribosomen aan het buitenste membraan van het endoplasmatisch reticulum zitten en waarom eiwitten die daar gemaakt worden vaak in blaasjes (blaasjes) terechtkomen.
Vouwen, modificatie en kwaliteitsscontrole
Na vrijlating wordt de polypeptide vaak door chaperonne-eiwitten geholpen vouwen tot de juiste drie-dimensionale structuur. Daarnaast kunnen post‑translationele modificaties optreden, zoals fosforylering, glycosylering, zwavelbrugvorming of proteolytische verwerking. Fouten in vouwing of afbraak van onjuiste eiwitten worden door kwaliteitscontrolesystemen (bijv. het ubiquitine-proteasoom‑systeem) herkend en gecorrigeerd of verwijderd.
Verschillen tussen prokaryoten en eukaryoten
Belangrijke verschillen zijn:
- In prokaryoten zijn transcriptie en translatie gekoppeld: ribosomen kunnen beginnen met vertalen terwijl het mRNA nog gesynthetiseerd wordt. In eukaryoten gebeurt transcriptie in de kern en translatie in het cytoplasma of op het rER.
- Eukaryotische ribosomen zijn groter en complexer; startcodonherkenning en initiatiecomplexen verschillen qua mechanisme en benodigde factoren.
- Sommige organellen (mitochondriën en chloroplasten) hebben hun eigen ribosomen en vertaalmechanismen die meer op prokaryotische systemen lijken.
Biologische en medische relevantie
Fouten in translatie of in de eraan voorafgaande processen (mutaties in codons, defecte tRNA‑synthetasen, ribosomale defecten) kunnen leiden tot niet‑functionele eiwitten en ziekte. Veel antibiotica werken door specifiek bacteriële ribosomen of vertaalstappen te remmen, zonder eukaryote ribosomen sterk te beïnvloeden.
Samenvattend: translatie is het nauwkeurige en gereguleerde proces dat de nucleïnezuurinformatie omzet in functionele eiwitten. Het vereist samenwerking van mRNA, tRNA, ribosomen, enzymen en meerdere hulpstoffen en speelt een centrale rol in het functioneren en de regulatie van alle cellen.
Diagram dat de vertaling van mRNA en de synthese van eiwitten door een ribosoom laat zien
Vier etappes
De vertaling gebeurt in vier stappen: activering (maak gereed), initiatie (start), verlenging (maak langer) en beëindiging (stop). Deze termen beschrijven de groei van de aminozuurketen (polypeptide).
- Aminozuren worden tot ribosomen gebracht en tot eiwitten geassembleerd. In de activeringsfase wordt het juiste aminozuur covalent gebonden aan het juiste transfer-RNA (tRNA). Wanneer het tRNA is verbonden met een aminozuur, wordt het "geladen".
- De initiatie is wanneer het kleine deel van het ribosoom zich met behulp van initiatiefactoren (IF) verbindt met het 5' einde van het mRNA.
- Elongatie is wanneer de aminozuren die door de "geladen" tRNA's met elkaar verbonden zijn om een polypeptide te vormen.
Sommige antibiotica werken door de vertaling tegen te houden. Prokaryote ribosomen zijn anders dan eukaryote ribosomen. Dus antibiotica kunnen bacteriën doden zonder de eukaryote gastheer te kwetsen. Bijvoorbeeld, zouden de antibiotica die door een mens worden genomen de bacterie kunnen doden die de mens ziek maakt maar de mens niet zou kwetsen.
Overzicht van de vertaling van eukaryote boodschapper RNA
Vragen en antwoorden
V: Wat is vertaling?
A: Vertaling is het tweede deel van de eiwitbiosynthese, het proces waarbij eiwitten worden gemaakt. Het maakt deel uit van genexpressie en omvat de vorming van boodschapper-RNA uit exonen en intronen.
V: Waar vindt vertaling plaats in eukaryoten?
A: In eukaryoten gebeurt de vertaling op ribosomen in het cytoplasma en het endoplasmatisch reticulum.
V: Hoe werken tRNA's tijdens de vertaling?
A: Tijdens de vertaling verbinden tRNA's met anticodons zich met de overeenkomstige codons van het mRNA en vervoeren aminozuren. Wanneer een tRNA overeenkomt met een mRNA, wordt het aminozuur dat ermee verbonden was, losgekoppeld van het tRNA en verbonden met het aminozuur dat door het vorige tRNA werd gebracht.
V: Hoe werkt een ribosoom tijdens de vertaling?
A: Een ribosoom werkt tijdens de vertaling als een ticker en een tickertape. Veel ribosomen hechten zich samen met mRNA aan een buitenmembraan van het ruwe endoplasmatisch reticulum, waar zij eiwitten maken die in blaasjes gaan die ze vervolgens naar andere organellen of buiten de cel brengen.
V: Wat komt er voor de transcriptie?
A: Voor de transcriptie komt genexpressie, die een keten van introns en exons produceert door middel van RNA-splicing door spliceosomen die introns verwijderen.
V: Wat gebeurt er nadat polypeptiden zijn gemaakt tijdens de translatie?
A: Nadat polypeptiden tijdens de translatie zijn gemaakt, moeten zij mogelijk worden gecombineerd met andere polypeptiden zodat zij hele eiwitten kunnen vormen, of worden opgevouwen voordat zij als eiwitten kunnen functioneren.
V: Waar vindt de translatie plaats in bacteriën?
A: In bacteriën vindt de translatie plaats in het cytoplasma van de cel, omdat ze geen kern hebben.
Zoek in de encyclopedie