Itzulpen genetiko

Itzulpen genetikoa mRNAtik abiatuta proteina osatuko duen aminoazido-katea sintetizatzeko prozesu anabolikoa da. Itzulpen genetikoa proteinen biosintesiaren prozesuetako bat da. Transkripzioan sortutako mRNA deskodetzeko eta proteinak sortzeko, gene-kodean oinarritzen da. Itzulpena zitoplasmako erribosometan gertatzen da^[1], bai eukariotoetan, bai prokariotoetan. Erribosomak mRNA inguratzen duten bi azpiunitatez osatuta daude, bata handia eta bestea txikia^[2].

Itzulpena oso prozesu konplexua eta garestia da, besteak beste, entzima eta koentzima ugariren parte-hartzea behar duelako. Fisiologikoki ere garestia da, zelula batek gastatzen duen energiaren % 90 proteinen sintesian erabiltzen baita. Energia-gastu handiko prozesua den arren, ezinbestekoa da zelularen biziraupenerako.

Itzulpenean, gene-kodearen arauei jarraituz, RNA mezularia (mRNA) polipeptido espezifiko bat sortzeko deskodetzen da. Zehazki, mRNA-sekuentzia batetik abiatuta, proteina osatuko duen aminoazido-kate bat sintetizatzen da.

Watson eta Crick-ek 1953an DNAren egitura aurkitu ostean, zientzialariak DNAren nukleotido-sekuentziaren eta aminoazido-sekuentziaren arteko harremana aztertzen hasi ziren. Horrela, transkripzio genetikoaren funtsa aurkitu zuten, alegia, DNA-sekuentzia RNA-sekuentzian kopiatzea.

DNA molekula nukleotidoz osatuta dago, eta nukleotidoak desoxirribosaz, azido fosforikoaz eta base nitrogenodunez (adenina, timina, zitosina eta guanina) osatuta daude. Desoxirribosa eta azido fosforikoa beti berdinak direnez, DNAri espezifikotasuna ematen diona base nitrogenodunen osaera da. Ondorioz, DNAren informazio genetikoa base nitrogenodunen sekuentzian datza. Aminoazido bat adierazteko, mRNAren hiru base nitrogenodunen konbinazioa behar da, eta hirukote horietako bakoitzari kodoi deritzo. mRNAn lau base nitrogenodun daudenez (adenina -A-, urazilo -U-, guanina -G- eta zitosina -C-), guztira 4³ = 64 konbinazio-aukera daude.

Nolanahi ere, 20 aminoazido baino kodetzen ez direnez, argi dago aminoazido bat hainbat kodoik kodetzen dutela. Kodoi bakar batek adierazitako aminoazidoak bi dira: metionina (AUG) eta triptofanoa (UGG). Gainontzekoak bi edo lau kodoik adieraz ditzakete. Hiru kodoi dituen bakarra isoleuzina da, eta arginina sei kodoik kodetzen dute. Bestalde, 64 kodoietatik 61ek adierazten dituzte aminoazidoak. Beste hirurak amaiera-kodoiak dira (UAA, UAG eta UGA), polipeptidoaren sintesia amaitu behar dela adierazten dutenak. Hasiera-kodoi bat ere badago, metionina (AUG). Metionina proteinaren hasieran ez ezik, tartean ere ager daiteke.

Gene-kodeak hiru ezaugarri ditu:

• Endekapena. Endekapena aminoazido jakin bat kodoi bat baino gehiagok kodetzen dutenean gertatzen da. Aminoazido bera kodetzen duten kodoiei sinonimo deritze, eta aminoazido batzuek 6 kodoi sinonimo izan ditzakete.
• Unibertsaltasuna. Gene-kodea ia unibertsala da. Izan ere, organismoa edozein izanda ere, ia gehienetan kodoi jakin batek aminoazido jakin bat kodetzen du.
• Kode ez-gainjarria. mRNA kodoika irakurtzen da itzulpenean, eta kodoiek ez dute elkarren artean base nitrogenodunik partekatzen. Horrek irakurketa-patroia definitzen du.

Aminoazidoen propietate biokimikoak

apolarra

polarra

basikoa

azidoa

Bukaerako kodoia: Stop

Gene-kodea

1. Nukleotidoa	2. Nukleotidoa								3. Nukleotidoa
	T		C		A		G
T	TTT	(Phe/F) Fenilalanina	TCT	(Ser/S) Serina	TAT	(Tyr/Y) Tirosina	TGT	(Cys/C) Zisteina	T
	TTC		TCC		TAC		TGC		C
	TTA	(Leu/L) Leuzina	TCA		TAA	Amaiera-kodoia (Ochre)[B]	TGA	Amaiera-kodoia (Opal)[B]	A
	TTG[A]		TCG		TAG	Amaiera-kodoia (Amber)[B]	TGG	(Trp/W) Triptofanoa	G
C	CTT		CCT	(Pro/P) Prolina	CAT	(His/H) Histidina	CGT	(Arg/R) Arginina	T
	CTC		CCC		CAC		CGC		C
	CTA		CCA		CAA	(Gln/Q) Glutamina	CGA		A
	CTG[A]		CCG		CAG		CGG		G
A	ATT	(Ile/I) Isoleuzina	ACT	(Thr/T) Treonina	AAT	(Asn/N) Asparagina	AGT	(Ser/S) Serina	T
	ATC		ACC		AAC		AGC		C
	ATA		ACA		AAA	(Lys/K) Lisina	AGA	(Arg/R) Arginina	A
	ATG[A]	(Met/M) Metionina	ACG		AAG		AGG		G
G	GTT	(Val/V) Balina	GCT	(Ala/A) Alanina	GAT	(Asp/D) Azido aspartiko	GGT	(Gly/G) Glizina	T
	GTC		GCC		GAC		GGC		C
	GTA		GCA		GAA	(Glu/E) Azido glutamiko	GGA		A
	GTG		GCG		GAG		GGG		G

Itzulpena gene-adierazpenaren azken etapa da, non RNA molekula baten informazioa erabiltzen den polipeptido bat eraikitzeko. Prozesu honi itzulpen deritzo bi hizkuntza ezberdin erabiltzen direlako: nukleotido-sekuentzia eta aminoazido-sekuentzia. Zehazki nukleotido-hirukoteak, kodoiak, beharrezkoak dira aminoazido bakar bat kodetzeko.

Itzulpena polimerizazio-prozesu bat da: monomeroak aminoazidoak dira, eta sortzen diren polimeroak polipeptidoak. Beraz, itzulpenari polipeptidoen sintesi ere esaten zaio. Itzulpena eta polipeptidoen sintesia sinonimo modura erabiltzen diren arren, hertsiki hitz eginez, itzulpena eta proteinen sintesia ez dira guztiz berdinak. Izan ere, itzulpena proteinen sintesiaren lehenengo etapa da, baina benetako proteina funtzionala sintetizatzeko, polipeptidoek itzulpen osteko eraldaketak jasan behar dituzte.

Itzulpenaren oinarrizko erreakzioa bi aminoazido lotzen dituen peptido-lotura eratzea da, eta erreakzio hori erribosomek zuzentzen dute. Lotura bakoitza aurreko aminoazidoaren karboxilo taldearen eta hurrengo aminoazidoaren amino taldearen artean ezartzen da eta, beraz, polipeptido berria amino muturretik karboxilo muturrera sintetizatzen da. Oro har, zelula batean segundoko milioi bat peptido-lotura sortzen dira. Izan ere, erribosoma asko daude eta, gainera, polipeptidoen sintesia oso prozesu azkarra da: tamaina ertaineko proteina baten sintesia (200-300aa), batez beste, minutu batean egiten da (2 aa/sg, eukariotoetan; 20 aa/sg prokariotoetan).

Itzulpena azkarra bada ere, zeluletako beste biosintesi-prozesu batzuekin alderatuz, oso prozesu konplexua da, monomeroen arteko loturarako bitartekari bat beharrezkoa baita: transferentziazko RNA edo RNA garraiatzailea (tRNA). Beraz, itzulpenean bi RNA motek hartzen dute parte:

• RNA mezularia (mRNA)

• RNA garraiatzailea (tRNA)

tRNAk nukleoan sintetizatzen diren molekula txikiak (80 base pare) dira, eta nukleo-poro bidez zitoplasmara esportatzen dira. Beste RNA mota guztiek bezala, 5' muturra eta 3' muturra dituzte, baina tarteko sekuentzia tolestuta dagoelarik, hiru dimentsioko egitura espezifikoa ematen dio molekulari. tRNA molekulan bi gune funtzional daude:

• Aminoazido bat lotuta eramateko 3' muturra.

• Kodoiak ezagutzeko sekuentzia.

Sekuentzia hori hiru nukleotidoz osatuta dago, eta antikodoi deritzo. Kodoia eta antikodoia elkartzeko, biak elkarrekiko osagarriak izan behar dira. tRNA molekula bakoitzak aminoazido jakin bat eramaten du lotuta, baina erlazioa ez da oso zehatza, 20 aminoazidoetarako 48 tRNA baitaude. Beraz, tRNA desberdinek aminoazido berdina eraman dezakete lotuta.

tRNA eta haren aminoazidoa lotzeko erreakzioa behar bezala geratzea ezinbestekoa da, hori gertatu ezean mutazioa sortzen delako. Erreakzio hori zuzentzen duen entzima aminoazil-tRNA sintetasa da, eta 20 aminoazil-tRNA sintetasa daude soilik. Horiek dira informazioaren egiazko deskodetzaileak, aminoazido bakoitzak zein antikodoi erabiliko duen erabakitzen baitute. Gainera, erreakzio hori gertatzen denean sortzen den aminoazidoaren eta tRNAren arteko lotura energia altukoa da. Energia hori polimerizazio-prozesuan peptido-lotura eraikitzeko erabiltzen da.

Itzulpena aurrera joateko, mRNA eta tRNA fisikoki elkartu behar dira, eta elkarketa hori erribosomei esker geratzen da. mRNA lotzeko gunea erribosomaren azpiunitate txikian dagoenez, erribosomaren azpiunitate txikia mRNA-sekuentzian zehar mugitzen da 5’-3’ noranzkoan. Momentu bakoitzean, mRNA-sekuentzia zati txiki bat soilik egongo da erribosomaren barruan. Sekuentzia zati horretan bi tRNA molekula kokatzen dira: batetik, azken aminoazidoa daraman tRNA berria (aminoazil-tRNA) eta, bestetik, peptido-lotura osatzen duen (peptidil-tRNA) aurreko tRNA.

Aminoazil-tRNA eta peptidil-tRNA gune funtzional ezberdinetan kokatzen dira erribosoman: A gunea eta P gunea. Gainera, hirugarren gune bat ere badago, E gunea (exit), eta bertan kokatzen da tRNA erribosomatik irten baino lehen. A, P, eta E guneak jarraian dauden mRNAren hiru kodoietan kokatzen dira. Erribosoma mRNAn zehar mugitzen ari den heinean, kodoiak dira aldatzen doazenak, ez erribosomaren gune funtzionalak. Hauek dira itzulpenaren faseak:

Zitoplasman gertatzen da, eta bertan, metioninari berarentzat espezifikoa den tRNA lotzen zaio. Urrats hau itzulpenaren pauso bat ez den arren, ezinbestekoa da itzulpena gertatzeko. Aminoazidoaren karboxilo taldea tRNAren 3' muturreko hidroxilo taldearekin elkartzen da ester-lotura bidez. tRNA aminoazido bati elkartuta dagoenean, "kargatuta" dagoela esaten da.

Hasiera fasea da faserik konplexuena, mRNAren irakurketa-patroi egokia lortzea baita helburua.

Eukariotoetan itzulpena hasteko, erribosomaren azpiunitate txikiak metionina daraman tRNArekin elkartu behar du, metionina baita beti polipeptidoaren lehenengo aminoazidoa. Metionina-tRNA konplexuak hasiera-kodoia den AUG kodoia ezagutuko du, baina AUG kodoiak ez du zertan mRNAren hasieran egon. Erribosomaren azpiunitate txikiak mRNAren 5' txanoa ezagutzen duenean, 5' muturrari lotzen zaio, eta mugituz joaten da mRNAn zehar lehenengo AUG kodoia aurkitu arte.

Atal honetan ere zitoplasmako zenbait proteinek hartzen dute parte, horien artean, hasiera-faktoreak (IF: initiating factors; eIF, eukariotikoak). Faktore horiek beharrezkoak dira azpiunitate txikiaren eta mRNAren arteko elkarrekintza gertatzeko. Faktore mota hauek bereizten dira:

• eIF-2 oso estuki lotzen zaio metionina-tRNAri.

• eIF-4E eta eIF-4G mRNAren 5’ txanoarekin elkartzen dira.

Azpiunitate txikiak hasiera-kodoia aurkitzen duenean, hasiera-faktoreak askatzen dira eta, horrela, azpiunitate handia sar daiteke. Une horretan, metionina-tRNA P gunean dago, eta A gunean beste aminoazil-tRNA sartzen da, hain zuzen ere, hurrengo kodoiarekiko osgarria den tRNA. Orduan, metioninaren eta bigarren aminoazidoaren arteko peptido-lotura eratzen da (lehen peptido-lotura). Ondoren, erribosoma mugitzen da, eta A gunea aske gelditzen da berriro beste aminoazil-tRNA sartzeko. Prokariotoetan, ordea, erribosomak zuzenean AUG kodoira lotzen dira, 5' muturrera lotu gabe. Hortik aurrerako urratsak eukariotoetan bezala gertatzen dira.

Peptido-lotura katalizatzen duena azpiunitate handiaren rRNA bat da, hau da, RNA katalitikoa, ez proteinak. Hori dela eta, esan daiteke erribosoma erribozima bat dela. Peptido-loturaren eraketa zelularen oinarrizko erreakzioa denez eta RNA batek katalizatzen duenez, zeluletako lehen katalizatzaile proteinak izan beharrean RNA molekulak izan zirela sustatzen da.

Proteina sintetizatu berri guztien lehen aminoazidoa metionina da, amino muturrean kokatzen dena. Dena den, sintesia gertatu ahala, askotan metionina hori kendu egiten da aminopeptidasa espezifiko baten bidez.

Polipeptido-katearen hazkundea gertatzen da ziklo bakoitzean aminoazido bat gehituz. Hiru fase ditu luzapen-prozesuak:

Lehenengo fasean, erribosomako P gunea tRNA-metionina konplexuak betetzen du, eta beste tRNA bat sartzen da A gunean. tRNA horrek mRNAren bigarren kodoiaren osagarria den antikodoia darama. Zikloan GTP moduko energia kontsumitzen da, eta EF-1 luzapen-faktore proteikoa behar da zikloa burutzeko. Bigarren fasean, karboxilo baten bidez tRNAri lotuta dagoen metionina banatzeko, bere lotura apurtu eta hurrengo aminoazidoko amino taldearekin lotzen da peptidil transferasaren bitartez. Ondorioz, A gunean dipeptido bat eratzen da, eta P gunea aminoazidorik gabeko tRNA batek betetzen du. Hirugarren fasean, erribosoma mRNAn zehar mugituz joaten da 5'-3' noranzkoan. Ondorioz, P guneko tRNA kanporatzen da, A gunean zegoen dipeptidil-tRNA P gunera pasatzen da, eta A gunea aske geratzen da. Zikloari berriro ekiteko bigarren luzapen-faktore proteikoa behar da, baita GTP ere.

Polipeptido-katearen sintesia gelditu egiten da A gunean amaiera-kodoia agertzen denean. Orduan, amaierako askapen-faktore proteiko bat azken kodoiarekin lotzen da eta, horrela, tRNA berri baten sarrera eragozten da. Ondorioz, luzapen-fasean polipeptido-kateari ez zaio beste aminoazidoa gehitzen, ur molekula bat baizik. Prozesuaren bukaeran, bi erribosoma azpiunitateak mRNAtik banatzen dira.

Eukariotoetan, itzulpen-prozesua amaitutakoan sortutako peptidoak normalean ez dira funtzionalak izaten. Tolesteaz gain, hainbat aldaketa pairatu behar dituzte eta, egun, itzulpen osteko 200 eraldaketa baino gehiago ezagutzen dira. Aldaketa horiek zelularen hainbat prozesu alda ditzakete, besteak beste, proteinaren aktibitatea, proteina-proteina elkarrekintza eta proteinaren zelula barruko kokapena. Horrela, genomak kodetzen dituen proteinen aniztasuna bitik hirura handitzen da. Itzulpen osteko 200 aldaketak lau multzotan sailkatzen dira:

1. Kateko aminoazido batzuen mozketa. Proteasak entzima oso espezifikoak dira, eta polipeptido-katearen aminoazidoen arteko peptido-lotura hidrolizatzen du. Horrela, proteina bat aktiba edo inaktiba daiteke.
2. Talde kimikoen gehikuntza. Horien artean metilazioa, azetilazioa eta fosforilazioa daude.
3. Konplexu molekularren gehikuntza. Horien artean glikosilazioa da nabarmenena.
4. Molekulen arteko loturen sorrera, adibidez, disulfuro-zubiak.

Gaixotasun asko mutazio genetikoen ondorioz sortzen dira. Mutazio genetiko horiek nukleotido-sekuentziaren eta kodetutako proteinaren aminoazido-sekuentziaren arteko lotura zuzenean oinarritzen dira. Hau da, nukleotido-mailan edota itzulpenean gertatzen diren akatsek eragina izaten dute ekoitzitako proteinetan eta, beraz, osasunean. Izan ere, proteinaren oinarrizko egituran gertatzen diren aldaketek proteinaren tolestura edo funtzionamendu okerra eragin dezakete. Gene bakar baten barruko mutazioak gaixotasun askoren eragile gisa identifikatu dira, anemia faltziformean eta minbizi kasu batzuetan, adibidez.

Bakterioetan proteinen biosintesiaren itzulpena inhibitzeko gaitasuna duten zenbait antibiotiko daude: anisomizina, zikloheximida, kloranfenikola eta tetraziklina. Horrela, antibiotiko hauek mikroorganismoen hazkunderako ezinbestekoak diren geneen itzulpena inhibitzen dute. Ondorioz, bakterio-infekzioak tratatzeko mekanismo eraginkorrak dira antibiotiko horiek.

1. ↑ (Ingelesez) Tirumalai, Madhan R.; Rivas, Mario; Tran, Quyen; Fox, George E.. (2021-12-15). «The Peptidyl Transferase Center: a Window to the Past» Microbiology and Molecular Biology Reviews 85 (4)  doi:10.1128/MMBR.00104-21. ISSN 1092-2172. PMID 34756086. PMC PMC8579967. (Noiz kontsultatua: 2023-11-03).
2. ↑ Brooker, Robert J., ed. (2014). Biology. (3. ed., international student ed. argitaraldia) McGraw-Hill ISBN 978-981-4581-85-1. (Noiz kontsultatua: 2023-11-03).

• Transkripzioa
• Kode genetikoa