Translația reprezintă una dintre etapele fundamentale ale expresiei genetice, proces prin care informația codificată în secvența de nucleotide a ARN-ului mesager (ARNm) este transformată într-o secvență specifică de aminoacizi, rezultând sinteza proteinelor. În celula procariotă, translația se distinge printr-o eficiență și o rapiditate remarcabile, fiind strâns corelată spațial și temporal cu transcripția.
Studierea mecanismelor de translație a informației genetice la procariote oferă nu doar o înțelegere aprofundată a biologiei celulare fundamentale, ci și o bază importantă pentru aplicații biomedicale, inclusiv dezvoltarea antibioticelor.
Caracteristicile generale ale translației la procariote
Celulele procariote, precum bacteriile și arheele, nu posedă un nucleu delimitat de o membrană. Ca urmare, procesele de transcripție și translație au loc în același compartiment celular, citoplasma, și pot fi cuplate. ARN-ul mesager este adesea tradus imediat după ce a fost sintetizat, chiar înainte ca transcripția să fie finalizată. Un alt aspect specific este faptul că majoritatea ARN-urilor mesager de la procariote sunt policistronice, conținând informația necesară pentru sinteza mai multor proteine distincte.
Procesul de translație necesită interacțiunea coordonată a mai multor tipuri de molecule:
- ARN-ul mesager (ARNm) – poartă informația genetică sub forma codonilor, triplete de nucleotide ce specifică un anumit aminoacid.
- ARN-ul de transfer (ARNt) – molecule adaptor care recunosc codonii de pe ARNm prin intermediul anticodonilor și transportă aminoacizii corespunzători.
- Ribozomii – complexe ribonucleoproteice responsabile de cataliza formării legăturilor peptidice. Ribozomul procariot are un coeficient de sedimentare de 70S și este alcătuit din două subunități: 30S (mică) și 50S (mare).
- Factorii proteici de translație – includ factori de inițiere (IF), elongare (EF) și terminare (RF), esențiali pentru desfășurarea corectă a procesului.
Aminoacizii activați – legați de ARNt prin intermediul aminoacil-ARNt-sintetazelor, enzime specifice fiecărui aminoacid.
Codul genetic și particularitățile sale la procariote
Codul genetic este universal, degenerat și aproape identic la toate organismele. În celulele procariote, codonul start este de obicei AUG, care codifică aminoacidul metionină. Totuși, în procariote, metionina inițială este modificată, fiind sub forma N-formil-metioninei (fMet). Codonii stop (UAA, UAG și UGA) semnalează terminarea translației și nu codifică niciun aminoacid.
Procesul de translație poate fi împărțit în trei etape principale: inițierea, elongarea și terminarea.
Inițierea translației
Inițierea translației la procariote este un proces complex, dar bine reglat. Subunitatea mică a ribozomului (30S) se leagă inițial de ARNm la nivelul unei secvențe specifice denumite secvența Shine-Dalgarno, situată în amonte de codonul start. Această secvență este complementară cu o regiune a ARN-ului ribozomal 16S din subunitatea 30S, asigurând alinierea corectă a codonului AUG în situsul P al ribozomului.
Factorii de inițiere IF-1, IF-2 și IF-3 participă activ la formarea complexului de inițiere. ARN-ul de transfer inițiator, încărcat cu fMet, se leagă de codonul start. Ulterior, subunitatea mare (50S) se asociază cu complexul, formând ribozomul funcțional 70S, iar factorii de inițiere sunt eliberați.
Elongarea lanțului polipeptidic
Elongarea constă în adăugarea secvențială a aminoacizilor la lanțul polipeptidic în creștere. Această etapă implică trei situsuri funcționale ale ribozomului: A (aminoacil), P (peptidil) și E (exit).
Un aminoacil-ARNt corespunzător codonului din situsul A este adus de factorul de elongare EF-Tu, în prezența GTP. După recunoașterea corectă codon-anticodon, GTP este hidrolizat, iar ARN-ul de transfer este fixat în situsul A. Urmează formarea legăturii peptidice între aminoacidul nou-venit și lanțul polipeptidic aflat în situsul P, reacție catalizată de activitatea peptidil-transferazică a ARN-ului ribozomal 23S din subunitatea mare.
Ulterior, ribozomul se deplasează de-a lungul ARNm cu un codon, proces denumit translocare, mediat de factorul EF-G și de hidroliza GTP. ARNt liber este eliberat prin situsul E, iar ciclul de elongare se repetă.
Terminarea translației
Terminarea are loc atunci când un codon stop ajunge în situsul A al ribozomului. Deoarece nu există ARN-uri de transfer corespunzătoare acestor codoni, recunoașterea este realizată de factorii de eliberare RF-1 sau RF-2, în funcție de codon. Acești factori determină hidroliza legăturii dintre lanțul polipeptidic și ARNt din situsul P, eliberând proteina nou sintetizată.
Ulterior, factorul RF-3 și alte proteine auxiliare contribuie la disocierea ribozomului în subunități și la reciclarea componentelor pentru un nou ciclu de translație.
Cuplarea transcripției cu translația
Un aspect distinctiv al celulei procariote este cuplarea transcripției cu translația. Ribozomii pot începe translația unui ARNm chiar înainte ca sinteza acestuia să fie completă. Această coordonare conferă un avantaj adaptativ major, permițând bacteriilor să răspundă rapid la schimbările de mediu prin ajustarea promptă a sintezei proteice.
Reglarea translației la procariote
Deși adesea considerată un proces automat, translația este fin reglată la procariote. Reglarea poate avea loc la nivelul inițierii, prin accesibilitatea secvenței Shine-Dalgarno, structura secundară a ARN-ului mesager sau prin proteine reglatoare și ARN-uri mici (sRNA). Astfel, celula procariotă poate controla eficient cantitatea și momentul sintezei proteinelor.
Importanța biologică și aplicații
Translația la procariote este esențială pentru creșterea, diviziunea și adaptarea bacteriilor. În plus, diferențele structurale și funcționale dintre ribozomii procarioți și cei eucarioți sunt exploatate în medicină. Numeroase antibiotice, precum tetraciclinele, macrolidele sau aminoglicozidele, inhibă selectiv translația la bacterii, fără a afecta semnificativ celulele gazdei.