תיאור סכמתי של שלב בתהליך התרגום הריבוזום ותהליך התרגום. הסרט המשתרך מעלה מתוך הריבוזום הוא המבנה הראשוני של החלבון המתורגם, והסרט הנמשך שמאלה הוא ה-mRNA. בכחול כהה, tRNA, ובכחול בהיר חלבונים: החלבון הנושא את ה-tRNA הוא EF-Tu (אנ'). החלבון ש"דוחף" את ה־tRNA לאחר מיקומו בריבוזום הוא EF-G (אנ').
בביולוגיה, תרגום (באנגלית: Translation) הוא השלב בסינתזת חלבון שעוקב לתהליך השעתוק, ומתרחש בריבוזום.
בתהליך התרגום מולקולת חלבון מסונתזת לפי מידע המצוי במולקולת RNA שליח (mRNA) על-פי חוקי הקוד הגנטי. בשונה מתהליך השעתוק שבו קוד ה-DNA עובר לקוד ה-RNA עם שינוי קל בלבד (U במקום T), בתהליך התרגום המידע המצוי במולקולת ה-RNA, המקודד באמצעות ארבעת סוגי הנוקלאוטידים, מתורגם לתוכן שרשרת חומצות האמינו המרכיבה את החלבון. הקוד הגנטי מקודד ל-20 סוגים של חומצות אמינו בתוספת סימוני תחילת תרגום ועצירת תרגום, ולכן זהו מעבר מורכב. בתהליך התרגום, סוג כל חומצת אמינו בחלבון המסונתז נקבע על פי רצף של שלושה נוקלאוטידים סמוכים הנמצאים על-גבי מולקולת RNA שליח. שלשה כזו קרויה קודון.[1]
תוך כדי שהחלבון מתורגם, מיד מתחיל קיפול החלבון למבנה המרחבי המאפשר את תפקודו המיטבי. לעיתים השרשרת של חומצות האמינו אינה מצליחה להתקפל למבנה מרחבי זה לבדה. כאשר מצב זה קורה בחלבונים סוככים (שפרונים) שנמצאים בתא נמשכים ביוכימית אל החלבון הלא מקופל ועוזרים לסיים את ההליך.
תיאור התהליך
מולקולת ה-RNA שליח יוצאת מגרעין התא אל הציטופלזמה, שם מתבצע תהליך התרגום. התהליך כולו מבוצע באמצעות קומפלקס חלבוני גדול הקרוי ריבוזום. קומפלקס זה בנוי משילוב של אנזימים חלבוניים ומולקולת RNA ריבוזומלי. תוך כדי תהליך התרגום, הריבוזום עובר על מולקולת ה-RNA שליח, מאתר את הקוד לאתחול התרגום ועובר על הרצף עד לאתר סיום התרגום מקצה 5' אל קצה 3' שלה. לכל קודון מותאמת חומצת אמינו באמצעות סוג RNA נוסף הקרוי tRNA (RNA מוביל). תפקיד ה-RNA מוביל הוא לספק את הספציפיות בהשמת חומצת אמינו על-פי תוכן הקודון. הספציפיות מושגת כיוון שה-RNA מוביל מכיל מצד אחד אנטיקודון שנקשר לקודון ספציפי על-גבי ה-RNA שליח באמצעות זיווג בסיסים. מצד שני כל מולקולת RNA מוביל, קושרת את חומצת האמינו הספציפית על פי האנטיקודון שלה.
כמו תהליכים אחרים המערבים חומצות גרעין, גם התרגום מחולק לשלושה שלבים – אתחול (initiation), התארכות (elongation) וסיום (termination).
כאשר יש צורך רב בתרגום, ניתן למצוא על גדיל mRNA כמה ריבוזומים המתרגמים בו זמנית, וכך נוצרים חלבונים רבים, יחדיו הם נקראים פוליריבוזום (אנ') או פוליזום.
אתחול
התהליך מתחיל כאשר תת-היחידה הקטנה של הריבוזום נקשרת למולקולת RNA שליח. קישור זה מתבצע לרוב בקודון AUG, המקודד לחומצת האמינו מתיונין. לכן, מתיונין היא לרוב חומצת האמינו הראשונה בחלבון שנוצר ולרוב היא מוסרת אחרי התרגום. בפרוקריוטיים תרגום יכול להתחיל גם מקודונים אחרים. בבקטריות, חומצת האמינו הראשונה היא (N-formyl methionine) ובקיצור f-Met. זוהי מתיונין שעברה מודיפיקציה, כך שנוספה לה קבוצה פורמילית שחוסמת את קבוצת האמין שלה. קבוצה זו אינה מפריעה לתהליך התרגום, שכן ה-f-Met נמצאת בקצה ה-N-טרמינלי של החלבון, והאמין החסום לא משמש לקישור. רצפים נוספים ב-RNA שליח בנוסף לקודון ה-AUG מסייעים לקישור הריבוזום.
בפרוקריוטיים רצף כזה הוא AGGAGG, הנקרא רצף שיין דלגרנו (Shine-Dalgarno; SD). רצף זה מצוי 8–13 נוקלאוטידים לפני קודון ה-AUG לכיוון קצה ה-5'.
התארכות
לאחר קישור תת-היחידה הקטנה של הריבוזום לרצף, תת-היחידה הגדולה מצטרפת לקומפלקס. בתוך הקומפלקס הריבוזומלי הנוצר קיימים שלושה אתרים סמוכים זה לזה, המותאמים למולקולת ה-RNA מוביל: אתרי ה-P, A ו-E.
הוספת חומצת אמינו חדשה בכל פעם מתבצעת בצורה הבאה:
באתר ה-A (Amino acid site) מתבצע זיווג הבסיסים בין הקודון הנוכחי ב-RNA שליח לאנטיקודון של RNA מוביל המתאים לו.
באתר ה-P (Peptide site) מצוי RNA מוביל נוסף ש"מחזיק" את השרשרת הפוליפפטידית שסונתזה עד לאותו רגע (ראו ציור). כאשר שני האתרים (P ו-A) מאוכלסים, נוצרת קרבה בין חומצת האמינו שהובאה לאתר A לבין הקצה ה-C-טרמינלי של השרשרת הקיימת. קשר זה מחליף את הקשר בין חומצת האמינו החדשה ל-RNA מוביל. בשלב זה האנזים פפטידיל טרנספראז יוצר קשר פפטידי בין חומצת האמינו החדשה לחלבון הקיים.
באותו הרגע מתבצעת תזוזה של הריבוזום. ה-RNA מוביל באתר P עובר לאתר ה-E (Exit site) ועוזב את הריבוזום. ה-RNA מוביל שהיה באתר A ואשר "מחזיק" כעת את השרשרת המוארכת עובר לאתר P. לאחר צעד זה, תמונת המצב בריבוזום זהה לזו שלפני ההוספה ואתר ה-A יכול לקלוט RNA מוביל נוסף.
סיום
תהליך ההתארכות נמשך כל עוד לא מגיע הריבוזום לאחד הקודונים המכונים קודוני סיום (stop codons). כאשר הריבוזום נתקל באחד הקודונים הללו, תהליך התרגום מופסק כיוון שלאתר ה-A נקשרים "פקטורי סיום" הדומים ל-RNA מוביל, אך חסרי חומצת אמינו, כך שאינם יכולים להקשר לשרשרת החלבונית. לפיכך, החלבון החדש עוזב את הריבוזום ללא תוספות.
תקלות בשלב התרגום
כבכל תהליך ביולוגי ישנן נקודות תורפה שבהן עשויה להתרחש תקלה הגורמת להפסקת התהליך או לסינתזה של פוליפפטיד שאינו תואם לסדר החומצות האמיניות המוטבע ב־mRNA.[2]
סוגי התקלות
קיטוע של ה־mRNA במהלך תהליך השיעתוק על ידי אנזים חיתוך (RNase), ונפילת הריבוזום משרשרת ה־RNA.
קריאה שגויה (misreading) של הריבוזום ויצירת פוליפפטיד שגוי. בדרך כלל התוצאה זהה למוטציה מסוג Frame-shift הגורמת ליצירת חלבון שגוי.
קשירה שגויה של חומצת אמינו הנגרמת בגלל קליטת נשא tRNA שגוי או בגלל קשירת חומצה אמינית שגויה ל-tRNA המקורי. התוצאה דומה לתוצאה של מוטציה נקודתית.
עצירה של הריבוזום בשלב התרגום על-ידי פגיעה באתר הקישור שלו ל־RNA. נגרמת למשל על ידי תרופות מעקבות סינתזת חלבון בתאים פרוקריוטים.
בקרת תרגום
בקרה על תהליך התרגום יכולה להתרחש במספר דרכים.
בקצה ה-5' של האזור הלא מתורגם (5'UTR) של ה-mRNA יכולים להימצא מספר אלמנטי בקרה:
uORF – מסגרת קריאה קצרה, המזוהה על ידי הריבוזום. לרוב בקרה שלילית, כלומר מונעת תרגום מסגרת קריאה ראשית, במספר דרכים אפשריות:
גורמת לריבוזום ליפול לאחר תרגומה ולפני תרגום מסגרת הקריאה הראשית
מעגנת את הריבוזום ומונעת ממנו להמשיך ולסרוק את ה-mRNA
(IRES (Internal Ribosome Entry Site – אזור אליו הריבוזום יכול להיקשר באופן ישיר, ללא תלות בסריקה מכיוון ה-5'. לרוב בקרה חיובית על תרגום מסגרת הקריאה הראשית, כלומר מגבירה את תרגומה.
uAUG – קודון התחלה. לרוב בקרה שלילית.
מבנים שניוניים (כגון stem and loop) – מפריעים לסריקת ה-mRNA על ידי הריבוזום ובכך פוגעים בתרגום מסגרת הקריאה הראשית. על כן מהווים לרוב בקרה שלילית.
חלבונים רגולטורים – נקשרים לרצפים מסוימים באזור הלא מקודד ומשפיעים על סריקת ה-mRNA על ידי הריבוזום.
