Tuomas Haltia: Proteiinisynteesi, muokkaus ja kohdentuminen

Dosentti Tuomas Haltian viimeisen proteiini-aiheisen luennon teemana oli proteiinisynteesi. Koska tämä aihe tuntui jo lukiobiologiassa olevan hyvin keskeinen, oli mielenkiintoista kuulla, mitä uutta asiantuntija voi aiheeseen tuoda.

Proteiinisynteesin läpikäyminen aloitettiin luonnollisesti transkriptiosta eli siitä, miten m-RNA muodostuu tumassa DNA:n mallijuosteen vastinkappaleena. Perusasioiden, kuten proteiinisynteesin kulun päävaiheiden(DNA:n koodaus lähetti-RNA:ksi eli transkriptio sekä lähetti-RNA:n kääntäminen ribosomeilla siirtäjä-RNA:n avulla polypeptidiksi) oletettiin olevan melko tuttuja kaikille, ja sen vuoksi pystyttii syventymään yksityiskohtiin ja syy-seuraussuhteisiin. Esimerkiksi opin, että DNA:n mallijuosteesta koodautuvaa RNA:ta kutsutaan aluksi esi-RNA:ksi, sillä se sisältää muodostuvan proteiinin kannalta “ylimääräisiä” jaksoja kuten introneita. Vasta kun nämä on poistettu, puhutaan varsinaisesta lähetti-RNA:sta, joka sitten viedään sytoplasmaan eli solulimaan translaatiota varten. Valitettavasti luennolla ei ehditty perehtyä esi-RNA:n prosessoinnin mekanismeihin tarkemmin,  sillä olisi ollut mielenkiintoista kuulla kemiallinen perustelu.

Itse transkriptio alkaa siitä, kun RNA-polymeraasi II-entsyymi kiinnittyy DNA:n promoottorialueelle. DNA:n kaksoiskierre avautuu 10-20 emäksen alueelta, ja entsyymi alkaa liukua DNA:n mallijuosteen pinnalla liittäen siihen vapaita RNA-paloja. Video http://www.youtube.com/watch?v=ghotaFIkW0o havainnollistaa tapahtumaa. Esi-RNA:n muodostuminen loppuu, kun DNA:ssa tulee vastaan tietty emäskolmikko, stop-kodoni. Tapahtuman kulku on selkeä, mutta mistä mikäkin johtuu? Mistä esimerkiksi johtuu, että transkriptio loppuu tietyn kodonin kohdalla? Kenties näihin kysymyksiin saadaan vastaus myöhemmin kurssilla.

Translaatio tapahtuu m-RNA:n siirryttyä solulimaan, ribosomien pinnalle. Mielestäni juuri translaatio-osuus oli perusteellisuutensa ansiosta luennon parasta antia. Ribosomit koostuvat itse asiassa kahdesta alayksiköstä, joista toisen pinnalle lähetti-RNA tarttuu, ja toisessa on kolme paikkaa siirtäjä-RNA:ta varten. Siirtäjä-RNA-molekyyleihin liittyy kuhunkin sopiva, sen toisessa päässä olevaa antikodonia vastaava aminohappo. Tämä tapahtuu aminoasyyli-tRNA-syntetaasientsyymin avulla, joka myös aktivoi aminohapon peptidisidoksen muodostamista varten. Siirtäjä- eli tRNA:n antikodoni liittyy yhteensopivaan mRNA:n kodoniin, ja näin alkaa syntyä polypeptidiketjua ribosomi-RNA:n katalysoimana.

Näin tarkkaan en ole koskaan kuullut translaatiota selitettävän. Eri RNA-tyypit on nyt paljon helpompi muistaa, kun tuntee tarkempaan niiden rakenteen ja tehtävät, ja ylipäätään koko proteiinisynteesi on nyt tapahtumana paljon selkeämpänä mielessä, vaikka toki avoimia kysymyksiäkin vielä jäi. Perustelujen myötä asiat muuttuvat ymmärrettävimmiksi ja helpommiksi sisäistää – aivan kuten monesti matematiikassa  lause on helpompi ymmärtää ja sisäistää kun on nähnyt todistuksen.

Translaatio loppuu lopetuskodonin kohdalla, ja valmis polypeptidi irtoaa – on aika pakata ja muokata se valmiiksi proteiiniksi. Tässä vaiheessa olen aina ihmetellyt mistä polypeptidi voi “tietää” minne se on menossa ja minkälaiseen kolmiulotteiseen rakenteeseen sen tulee asettua. Heikoilla sidoksilla voi perustella esimerkiksi sekundäärirakennetta, muttei kuitenkaan kaikkea. Luennolla selvisi, että soluliman proteiinit tuotetaan solulimassa uiskentelevissa ribosomeissa, ja kalvorakenteisiin tarvittavat tai ulos eritettävät proteiinit kalvoribosomien avulla, ja polypeptidi osaa mennä oikeaan paikkaan erityisen signaalipeptidin avulla. Esimerkiksi endoplasmakalvosto tunnistaa signaalipeptidin ja kuljettaa sen takia polypeptidin kalvoston sisään – tässä siis sitä kaivattua perustelua! Valmistuviin proteiineihin voidaan liittää signaalipeptidin tavoin “osoitelappuina” toimivia osia, kuten lipdejä tai sokereita. Näin proteiini päätyy sinne, minne se oli tarkoitettukin.

Proteiinisynteesi on kaikessa monimutkaisuudessaan todellinen luonnon ihme, mutta ei sekään aina toimi virheettömästi. Esimerkiksi tRNA:han on voinut liittyä väärä aminohappo, vaikka aminoasyyli-tRNA-syntetaasin pitäisikin pystyä huomaamaan se. Jos väärä aminohappo kuitenkin pääsee mukaan translaatioon, seurauksena on virhe polypeptidiketjussa, mikä voi johtaa vääränlaiseen laskostumiseen ja siten täysin toimimattomaan proteiiniin.

Haltian aito kiinnostus ja innostus alaansa kohtaan on näkynyt hänen luennoissaan ja tarttunut yleisöönkin. Hän valaisee asioita usein monelta kannalta, monesti esimerkiksi evoluution näkökulmasta. Esimerkiksi DNA:n kaksoiskierre on luultavasti ollut tärkeä eukaryoottisolujen evoluution kannalta, koska siinä perinnöllinen informaatio on tavallaan kaksinkertaisena, ja jos vaikka toisesta juosteesta sattuu häviämään yksi emäs, se voidaan vielä palauttaa ennalleen, sillä toinen juoste sisältää sen emäsparin eli tiedon siitä, mikä emäs puuttuu.

Kaikenkaikkiaan luento oli hyvin opiskelijaystävällinen, kun päästiin paneutumaan tuttuun asiaan aiempaa syvällisemmin ja perustelemaan tunnettuja mekanismeja. Vaikka solun makromolekyylien kemia voi olla useinkin atomitasolla vaikeaa hahmottaa, perusperiaatteet on tärkeää tuntea, jotta niitä voisi kenties tulevaisuudessa hyödyntää uudella luovalla tavalla.