Interested Article - Трансляция у прокариот

delana
  • 2021-11-07
  • 1

Трансля́ция у прокарио́т — процесс синтеза белка на матрице мРНК , происходящий в клетках прокариотических организмов. В отличие от аналогичного процесса у эукариот , в трансляции у прокариот принимает участие рибосома 70S, а первой (инициаторной) аминокислотой выступает формилметионин , а не метионин .

Строение прокариотической рибосомы

Схема РНК -связывающих участков рибосомы. Буквами обозначены участки связывания тРНК . А — аминоацил-тРНК-связывающий участок ( англ. aminoacyl-tRNA ), Р — пептидил-тРНК-связывающий участок ( англ. peptidyl-tRNA ), Е — участок отсоединения тРНК от рибосомы ( англ. exit )

Принципиально строение прокариотической рибосомы не отличается от эукариотической, однако прокариотическая рибосома имеет меньшую массу: 2500 кДа против 4200 кДа у эукариот. И у тех, и у других рибосома состоит из большой и малой субъединиц, которые подогнаны одна к другой. Малая субъединица служит каркасом, на котором молекулы тРНК могут быть сопоставлены с кодонами мРНК , а большая субъединица катализирует образование пептидных связей между аминокислотами. Полная (70S) прокариотическая рибосома состоит из субъединиц 50S и 30S, которые состоят из молекул рибосомных РНК ( рРНК ) и белков. В состав большой (50S) субъединицы массой 1600 кДа входят 5S рРНК длиной 120 нуклеотидов и длиной 2900 нуклеотидов , а также 34 белка. Малую субъединицу (30S) массой 900 кДа составляет 16S рРНК длиной 1540 нуклеотидов и 21 белок. Две субъединицы объединяются на стадии инициации около 5'-конца мРНК и находятся в объединённом состоянии, только когда рибосома занята синтезом белка, а в остальное время отделены друг от друга. Рибосома бактериальных клеток работает быстрее, чем рибосома эукариот, и может присоединять 20 аминокислот в секунду. Рибосома содержит 4 сайта связывания с РНК: сайт связывания с мРНК, а также А-, Р- и Е-сайты, которые предназначены для связывания с тРНК . Об их функциях и осуществляемых реакциях будет написано ниже.

Основные этапы

Трансляция (нажмите для просмотра)

Как и у эукариот, у прокариот выделяют три основных этапа трансляции: инициация, элонгация и терминация .

Инициация

Инициация трансляции у прокариот обслуживается белковыми факторами инициации IF (от англ. initiation factors ). У бактерий существуют три фактора: , , . IF-2 обладает ГТФазной активностью и играет важнейшую роль в связывании инициаторной аминоацил-тРНК (тРНК с присоединённой аминокислотой). Факторы IF-1 и IF-2 влияют на конформацию малой субъединицы, помогая ей связываться с тРНК fMet , переносящей формилметионин. Как правило, она связывается со старт-кодоном AUG, но иногда в роли старт-кодона выступает кодон CUG, кодирующий валин . Комплементарно спариваясь со старт-кодоном, тРНК fMet задаёт рамку считывания . Выбор старт-кодона осуществляется при связывании малой субъединицы с мРНК, причём инициаторная тРНК fMet связывается с малой субъединицей в комплексе с факторами инициации и ГТФ. Выбор стартового кодона у бактерий происходит с участием последовательности Шайна — Дальгарно — короткой последовательности длиной 5—8 нуклеотидов, обогащённой пуриновыми основаниями и комплементарно связывающейся с обогащённой пиримидинами областью 16S рРНК, входящей в состав малой субъединицы. Когда комплекс малой субъединицы с мРНК и тРНК fMet образовался, факторы IF-3 и IF-1 покидают его, уступая место большой субъединице, присоединение которой завершает сборку рибосомы прокариот. При присоединении большой субъединицы формируются Р- и А-сайты. Далее фактор IF-2 гидролизует ГТФ, и выделившаяся энергия расходуется на стабилизацию тРНК fMet в Р-сайте рибосомы .

Элонгация

Структура тройственного комплекса: EF-Tu (синий цвет), тРНК (красный) и ГТФ (жёлтый)

У бактерий в элонгации ключевую роль играют особые белковые факторы — и , называемые факторами элонгации . Сначала EF-Tu одновременно связывает ГТФ и молекулы аминоацил-тРНК, образуя тройственный комплекс. Фактор EF-Tu обеспечивает точность трансляции несколькими способами. Во-первых, когда EF-Tu препровождает до рибосомы аминоацил-тРНК, он проверяет соответствие тРНК и несомой аминокислоты. Во-вторых, он отслеживает первичное взаимодействие между антикодоном подходящей аминоацил-тРНК и кодоном мРНК в А-сайте. Когда аминоацил-тРНК находится в комплексе с EF-Tu, связанным с ГТФ, то она изогнута так, что её антикодон может связаться с кодоном мРНК, но аминокислота не может быть включена в белковую цепь. Однако в случае правильного соответствия кодона и антикодона рибосома запускает быстрый гидролиз ГТФ, после которого EF-Tu отсоединяется от тРНК и рибосомы, так что аминокислота может быть включена в цепь . Отделившийся EF-Tu, связанный с ГДФ , обменивает свой ГДФ на ГТФ при участии ещё одного фактора элонгации, , который катализирует отделение ГДФ от EF-Tu .

Вновь поступившая аминокислота, связанная с тРНК, оказывается в А-сайте рибосомы. В это время в Р-сайте рибосомы находится тРНК, к которой прикреплён синтезированный участок пептида (или инициаторная аминокислота). В Р-сайте рибосомы происходит пептидилтрансферазная реакция, при которой аминокислота из А-сайта присоединяется к пептиду. Таким образом, после этой реакции в Р-сайте оказывается пустая молекула тРНК, а в А-сайте находится тРНК, связанная с пептидом. После этого большая субъединица рибосомы смещается относительно малой на три нуклеотида, и пустая тРНК оказывается в Е-сайте, откуда она покидает рибосому и отправляется за следующей молекулой аминокислоты, а синтезированный пептид, связанный с тРНК, оказывается в Р-сайте; А-сайт же освобождается для новой аминоацил-тРНК. Смещение большой субъединицы (транслокация) требует гидролиза ГТФ, который осуществляет белок EF-G, связывающийся с опустевшим А-сайтом .

В элонгации участвует также фактор элонгации P (EF-P), который запускает движение рибосом, застрявших на участках, кодирующих последовательно несколько пролинов . Затруднения рибосом на таких участках связаны с тем, что при образовании пептидной связи пролин является плохим акцептором, когда он находится в А-сайте рибосомы, и плохим донором, когда он находится в P-сайте

У первого на N-конце белка аминокислотного остатка формилметионина сначала отщепляется формильная группа при помощи пептид-деформилазы, затем N-терминальный метиониновый остаток отщепляется при участии метионин-аминопептидазы .

Терминация

У бактерий в терминации трансляции принимают участие три белковых фактора : RF-1, RF-2 и RF-3 ( англ. , RF — release factor), которые распознают стоп-кодоны в мРНК: RF-1 узнаёт кодоны UAG и UAA, а RF-2 распознаёт UAA и UGA. Фактор RF-3 выполняет вспомогательную работу. Трёхмерная структура RF-1 и RF-2 напоминает формой и распределением заряда тРНК и, таким образом, представляют собой пример . Когда в А-сайт рибосомы попадает стоп-кодон, с ней связывается соответствующий RF-фактор и тем самым блокирует присоединение аминоацил-тРНК. Кроме того, в клетках обычно нет тРНК, комплементарных стоп-кодонам. RF стимулируют пептидилэстеразную активность рибосомы, что приводит к гидролизу связи между С-концом новосинтезированного пептида и тРНК. В результате белок удаляется из рибосомы, и она сама диссоциирует на большую и малую субъединицу. Терминация трансляции происходит с участием ГТФ, который выступает в роли аллостерического регулятора активности RF .

мРНК бактерий обычно полицистронны , то есть содержат несколько старт- и стоп-кодонов. Хотя рибосома бактерий и распознаёт терминирующие кодоны, она может продолжить движение по мРНК и начать трансляцию следующей кодирующей области .

Регуляция

Когда бактериальные клетки израсходуют все питательные вещества , имеющиеся в среде, они вступают в стационарную фазу и подавляют синтез белков. Этот переход регулируется несколькими процессами . Например, у Escherichia coli рибосомы 70S образуют димеры 90S под действием маленького белка массой 6,5 кДа, известного как RMF ( англ. ribosome modulation factor ) . Промежуточные рибосомные димеры могут далее связываться с белком HPF ( англ. hibernation promotion factor ) массой 10,8 кДа и далее образовать рибосомную частицу 100S, при которой поверхность димеризации представлена двумя 30S-субъединицами из двух димеризующихся рибосом . Рибосомные димеры трансляционно неактивны . Третий белок, который может связываться с рибосомами E. coli при вступлении в стационарную фазу, — YfiA (ранее известный как RaiA) . HPF и YfiA структурно схожи, и оба белка могут связываться с каталитическими сайтами А и Р рибосомы. RMF мешает связыванию рибосом с мРНК, так как он предотвращает взаимодействие мРНК и 16S рРНК. Когда С-концевой домен YfiA мешает связыванию RMF, то предотвращается димеризация рибосом и образуются трансляционно неактивные мономерные 70S-рибосомы .

Механизм диссоциации рибосомы под действием RsfS (= RsfA)

Белок RsfS (ранее известный как RsfA или YbeB) блокирует соединение двух рибосомных субъединиц. RsfS связывается с L14 — белком большой рибосомной субъединицы, блокируя связывание её с малой субъединицей и тем самым замедляя или сводя на нет трансляцию. Белки RsfS встречаются у бактерий (но не архей), а их гомологи имеются в митохондриях и хлоропластах (где они называются и iojap соответственно). Однако пути регуляции экспрессии и активности RsfS неизвестны .

Ещё один фактор диссоциации рибосомы у E. coli — HflX, который активируется тепловым шоком и способствует диссоциации собранных рибосом, а также препятствует сборке несобранных. N-концевой домен HflX связывается с пептидилтрансферазным центром и вызывает значительные изменения в центральном межсубъединичном мостике, способствуя диссоциации рибосомы .

Антибиотики, влияющие на трансляцию у бактерий

Некоторые антибиотики оказывают свое действие, воздействуя на процесс трансляции. Механизмы трансляции у эукариот и прокариот имеют различия, позволяющие избирательно подавлять синтез белка в бактериях. Например, тетрациклин блокирует связывание аминоацил-тРНК с А-сайтом бактериальной рибосомы, а хлорамфеникол блокирует пептидил-трансферазную реакцию .

Примечания

  1. , с. 574—575.
  2. , с. 313.
  3. , с. 315.
  4. ↑ , с. 577, 579.
  5. . Дата обращения: 3 октября 2017. 5 августа 2020 года.
  6. Doerfel L. K. et al. EF-P is essential for rapid synthesis of proteins containing consecutive proline residue (англ.) // Science. — 2013. — Vol. 339 , no. 6115 . — P. 85-88 . — doi : .
  7. Bingel-Erlenmeyer R. et al. (англ.) // Nature. — 2008. — Vol. 452 , no. 7183 . — P. 108-111 . — doi : . 27 ноября 2021 года.
  8. , с. 586.
  9. , с. 316—317.
  10. , с. 317.
  11. Puri P. , Eckhardt T. H. , Franken L. E. , Fusetti F. , Stuart M. C. , Boekema E. J. , Kuipers O. P. , Kok J. , Poolman B. (англ.) // Molecular microbiology. — 2014. — Vol. 91, no. 2 . — P. 394—407. — doi : . — . [ ]
  12. Yamagishi M. , Matsushima H. , Wada A. , Sakagami M. , Fujita N. , Ishihama A. (англ.) // The EMBO journal. — 1993. — Vol. 12, no. 2 . — P. 625—630. — . [ ]
  13. Izutsu K. , Wada C. , Komine Y. , Sako T. , Ueguchi C. , Nakura S. , Wada A. (англ.) // Journal of bacteriology. — 2001. — Vol. 183, no. 9 . — P. 2765—2773. — doi : . — . [ ]
  14. Kato T. , Yoshida H. , Miyata T. , Maki Y. , Wada A. , Namba K. (англ.) // Structure (London, England : 1993). — 2010. — Vol. 18, no. 6 . — P. 719—724. — doi : . — . [ ]
  15. Wada A. , Igarashi K. , Yoshimura S. , Aimoto S. , Ishihama A. (англ.) // Biochemical and biophysical research communications. — 1995. — Vol. 214, no. 2 . — P. 410—417. — doi : . — . [ ]
  16. Agafonov D. E. , Kolb V. A. , Nazimov I. V. , Spirin A. S. (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 1999. — Vol. 96, no. 22 . — P. 12345—12349. — . [ ]
  17. Polikanov Y. S. , Blaha G. M. , Steitz T. A. (англ.) // Science (New York, N.Y.). — 2012. — Vol. 336, no. 6083 . — P. 915—918. — doi : . — . [ ]
  18. Ueta M. , Yoshida H. , Wada C. , Baba T. , Mori H. , Wada A. (англ.) // Genes to cells : devoted to molecular & cellular mechanisms. — 2005. — Vol. 10, no. 12 . — P. 1103—1112. — doi : . — . [ ]
  19. Häuser R. , Pech M. , Kijek J. , Yamamoto H. , Titz B. , Naeve F. , Tovchigrechko A. , Yamamoto K. , Szaflarski W. , Takeuchi N. , Stellberger T. , Diefenbacher M. E. , Nierhaus K. H. , Uetz P. (англ.) // PLoS genetics. — 2012. — Vol. 8, no. 7 . — P. e1002815. — doi : . — . [ ]
  20. Zhang Yanqing , Mandava Chandra Sekhar , Cao Wei , Li Xiaojing , Zhang Dejiu , Li Ningning , Zhang Yixiao , Zhang Xiaoxiao , Qin Yan , Mi Kaixia , Lei Jianlin , Sanyal Suparna , Gao Ning. // Nature Structural & Molecular Biology. — 2015. — 12 октября ( т. 22 , № 11 ). — С. 906—913 . — ISSN . — doi : . [ ]
  21. , с. 592.

Литература

  • Альбертс Б. Молекулярная биология клетки : в 3 т. / Б. Альбертс , А. Джонсон , Д. Льюис [и др.]. — М. — Ижевск : НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований, 2013. — Т. 1. — 808 с. — ISBN 978-5-4344-0112-8 .
  • Коничев А. С. Молекулярная биология / А. С. Коничев , Г. А. Севастьянова . — М. : Издательский центр «Академия», 2012. — 400 с. — ISBN 978-5-7695-9147-1 .
Источник —

delana
  • 2021-11-07
  • 1
  • Tags:

Same as Трансляция у прокариот

The title for the last searches