10.6: Прокаріотичний переклад

Last updated
Save as PDF

Page ID: 3734

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Як тільки РНК вийшла з РНАП і з'явиться достатньо місця для розміщення рибосоми, трансляція може початися у прокаріотів. Насправді, для високоекспресованих генів було б незвично бачити кілька РНК-полімераз, що транскрибують ДНК, і кілька рибосом на кожній з стенограм, що переводять мРНК в білок! Процес починається з малої рибосомальної субодиниці (і тільки малої субодиниці - якщо вона прикріплена до великої субодиниці, вона не в змозі зв'язати мРНК), яка вільно зв'язується з мРНК і починає сканувати її на предмет послідовності розпізнавання, яка називається послідовністю Шайна-Далгарно, після її першовідкривачів. Після того, як це визнається малою рибосомальною субодиницею рРНК, мала субодиниця розташована навколо початкового кодону (AUG). Цьому процесу сприяють фактори ініціації наступним чином.

Знімок екрана 2018-12-30 у 4.21.22 PM.png — Малюнок\(\PageIndex{3}\). Ініціація перекладу у прокаріотів. (A) 30S субодиниця зв'язується з Shine-Dalgarno послідовності. (B) FMET-тРНК _i завантажується в середню щілину малої рибосомальної субодиниці. Фактори ініціації займають два інших слота. (C) Велика рибосомальна субодиниця стикується з малою субодиницею. (D) Фактори ініціації звільняються, і рибосома готова розпочати переклад.

Трибосомальна субодиниця 30S дисоціює від 50S рибосомальної субодиниці, якщо вона була пов'язана з однією, і зв'язується з факторами інтіації IF-1 і IF-3. IF-1 зв'язується з ділянкою А, де запобігає потраплянню нових молекул аміноацил-тРНК до того, як буде зібрана повна рибосома. Це також полегшує збірку і стабілізацію комплексу ініціації. IF-3 необхідний для того, щоб субодиниця 30S зв'язувалася з мРНК. Як тільки це сталося, IF-2-GTP прибуває на місце події, несучи з собою ініціатор аміноацил-тРНК. Це осідає в ділянку Р, який розташований так, що антикодон тРНК осідає над стартовим кодоном AUG мРНК. Гідроліз ГТП, приєднаного до IF-2 і вивільнення всіх факторів ініціації, необхідний, щоб дозволити 50S субодиниці зв'язуватися з субодиницею 30S для формування повної і повністю функціональної рибосоми. Оскільки був необхідний гідроліз ГТП, приєднання субодиниць є незворотним спонтанно і вимагає витрат енергії після припинення трансляції. Після того, як субодиниця 50S приєднується до субодиниці 30S, сайт A готовий прийняти наступну аміноацил-тРНК.

Знімок екрана 2018-12-30 у 4.21.33 PM.png — Малюнок\(\PageIndex{4}\). Утворення пептидних зв'язків при додаванні третьої амінокислоти. Попередні дві амінокислоти - це пептиди, пов'язані між собою, а також прикріплені до тРНК з другої амінокислоти. Аміноацил-тРНК зв'язок порушується і переносить/трансформується в пептидний зв'язок, що з'єднує початковий дипептид з третьою амінокислотою.

Поширеною і зрозумілою помилкою є те, що нова амінокислота, принесена до рибосоми, додається на зростаючу поліпептидний ланцюг. Насправді механізм прямо протилежний: поліпептид додається на нову амінокислоту (рис.\(\PageIndex{4}\)). Починається це з другої амінокислоти, яку потрібно додати в новий білок (рис.\(\PageIndex{5}\)). Перша амінокислота, метіонін, слід нагадати, увійшла разом з IF-2 і ініціатором тРНК. Новий аміноацил-тРНК супроводжується EF-Tu, коефіцієнтом подовження, який несе GTP. Після того, як Aa-тРНК знаходиться на місці, EF-Tu гідролізує ГТП і дисоціює від аміноацил-тРНК і рибосоми.

Тривалий час існувала трохи таємниці навколо одночасного стикування двох молекул тРНК на безпосередньо сусідніх кодонів мРНК. У нормальних умовах не повинно бути достатньо місця, оскільки ТРНК досить громіздкі і один повинен перешкоджати іншому досягненню мРНК, щоб зробити кодон-антикодоновий матч. Справа була остаточно з'ясована в 2001 році рентгенівськими кристалографічними дослідженнями, що показують вигин мРНК між кодоном в слоті P і кодоном в слоті А. Вигин ставить дві асоційовані ТРНК під дещо різними кутами і, таким чином, створює достатньо місця для обох для підтримки базових парних водневих зв'язків з мРНК. Див. Юсупов та ін., Наука 292 (5518): 883-896, 2001.

Знімок екрана 2018-12-30 у 4.21.45 PM.png — Малюнок\(\PageIndex{5}\). Подовження поліпептидного ланцюга. (A) нова аміноацил-тРНК падає в щілину А рибосоми. (B) FMet переміщується зі своєї тРНК _i і пептидами зв'язується з новою амінокислотою, яка все ще прикріплена до її тРНК. (C) Рибосома зміщується вправо. (D) порожній _тРНК він викидається.

Коли нова аміноацил-тРНК падає в щілину А рибосоми, антикодон вишикується з кодоном мРНК. Якщо комплементарності немає, аміноацил-тРНК незабаром випливає назад з слота, щоб замінити іншим кандидатом. Однак, якщо є комплементарність (або щось досить близьке, нагадуючи ідею коливання), то H-зв'язки утворюються між кодоном і антикодоном, тРНК змінює конформацію, що зміщує конформацію EF-Tu, викликаючи гідроліз GTP до ВВП + P _i, і вивільнення з Aa-тРНК. Взаємодія кодон-антикодон стабільна досить довго, щоб каталітична активність рибосоми гідролізувала зв'язок між FMet і TrNaF в слоті P, і прикріпити FMet до нової амінокислоти з пептидним зв'язком в слоті А. Нова амінокислота все ще прикріплюється до її тРНК, і в міру того, як відбувається цей процес, рибосома зміщує положення щодо мРНК і тРНК. Це ставить now- порожній (без амінокислоти додається) TrNaF в слот E, TrNaAA в слоті P, прикріплений до того aa, який пов'язаний з Met, і слот A знову відкритий для нової тРНК, щоб увійти. Коефіцієнт подовження EF-G зв'язується біля прорізу А, як тільки виходить EF-Tu, і необхідний для рибосомної транслокації, забезпечуючи енергію для процесу шляхом гідролізу GTP, який він несе з собою в рибосому. З досвіду моїх учнів, найкращим способом навчитися цьому, здається, є вивчення діаграм і побачити рухи молекул, заповнюючи механістичні деталі у вашій свідомості. Цей процес триває до тих пір, поки рибосома не приведе слот A у відповідність зі стоп-кодоном.

Знімок екрана 2018-12-30 у 4.32.27 PM.png — Малюнок\(\PageIndex{6}\). Припинення перекладу.

Немає тРНК з антикодоном для стоп-кодону. Замість цього існує набір факторів вивільнення, які t в ділянку А рибосоми, зв'язуються з стоп-кодоном і активують рибосому, щоб розрізати зв'язок між поліпептидним ланцюгом і останньою тРНК (рис.\(\PageIndex{6}\)). Залежно від того, який стоп-кодон присутній або RF1 (розпізнає UAA або UAG), або RF2 (для UAA або UGA) спочатку входить в слот A. RF1 або RF2 комплексується з RF3, який бере участь в подальшому звільненні РЧ-комплексу з слота А. Це необхідно, оскільки після того, як поліпептид вивільняється з рибосоми, мРНК повинна бути вивільнена. Фактор вивільнення рибосоми (RRF) також зв'язується в слоті A, що викликає конформаційну зміну рибосоми, що вивільняє попередню, а тепер порожню тРНК. Нарешті, EF-G зв'язується з RRF, і з супутнім гідролізом ГТП викликає дисоціалізацію рибосоми на окремі великі і малі субодиниці. Зверніть увагу, що саме комбінація EF-G/RRF викликає дисоціацію; EF-G поодинці відіграє іншу роль у русі рибосом, коли він не знаходиться на зупинці кодону.