✖


Jump to content

Бактериальный перевод

Бактериальная трансляция это процесс, посредством которого РНК транслируется информационная в белки бактерий . —

Инициация

[ редактировать ]

Инициация трансляции у бактерий включает сборку компонентов системы трансляции, а именно: двух рибосомальных субъединиц ( субъединиц 50S и 30S ); зрелая мРНК, подлежащая трансляции; тРНК, заряженная N -формилметионином (первая аминокислота в образующемся пептиде); гуанозинтрифосфат (GTP) в качестве источника энергии и три фактора инициации прокариот IF1 , IF2 и IF3 , которые помогают сборке комплекса инициации. Можно предвидеть изменения в механизме. [1]

Рибосома имеет три активных сайта: сайт А, сайт Р и сайт Е. Сайт A является точкой входа аминоацил-тРНК (за исключением первой аминоацил-тРНК, которая входит в сайт P). — P-сайт это место, где в рибосоме образуется пептидил-тРНК. И сайт E , который является местом выхода незаряженной тРНК после того, как она отдает свою аминокислоту растущей пептидной цепи. [1]

Каноническое посвящение: последовательность Шайна-Дальгарно

[ редактировать ]

Большинству мРНК в E. coli предшествует последовательность Шайна-Дальгарно (SD) . Последовательность SD распознается комплементарной областью «анти-SD» на компоненте 16S рРНК субъединицы 30S. В канонической модели рибосома 30S сначала соединяется с тремя факторами инициации, образуя нестабильный «прединициаторный комплекс». Затем мРНК соединяется с этой областью анти-SD, заставляя ее образовывать двухцепочечную структуру РНК, примерно располагая стартовый кодон в P-сайте. Инициирующая тРНК fMet прибывает и позиционируется с помощью IF2, начиная трансляцию. [1]

Даже в канонической модели есть много неопределенностей. Было показано, что место инициации не ограничивается строго АУГ. Хорошо известными кодирующими областями, не имеющими инициирующих кодонов AUG, являются области lacI (GUG). [2] и lacA (UUG) в E. coli lac-опероне . [3] Два исследования независимо друг от друга показали, что 17 или более стартовых кодонов, отличных от AUG, могут инициировать трансляцию в E. coli . [4] [5] Тем не менее, AUG, по-видимому, является, по крайней мере, самым сильным инициирующим кодоном среди всех возможных. [1]

Последовательность SD также не представляется строго необходимой, поскольку во многих мРНК они отсутствуют и все еще транслируются, при этом целый тип бактерий ( Bacteroidetes ) не использует такую ​​последовательность. Просто SD с последующим AUG также недостаточно для инициации трансляции. По крайней мере, он действует как очень важный инициирующий сигнал в E. coli . [1]

Модель сканирования 70S

[ редактировать ]

При трансляции полицистронной мРНК рибосома 70S завершает трансляцию на стоп-кодоне . Теперь показано, что вместо немедленного разделения на две половины рибосома может «сканировать» вперед, пока не встретит другую последовательность Шайна-Дальгарно и нижестоящий инициирующий кодон, инициируя новую трансляцию с помощью IF2 и IF3. [6] Считается, что этот режим важен для трансляции генов, которые сгруппированы в полицистронные опероны, где канонический режим связывания может быть разрушительным из-за небольших расстояний между соседними генами на одной и той же молекуле мРНК. [7]

Инициация без лидера

[ редактировать ]

Ряд бактериальных мРНК вообще не имеют 5'-UTR или очень коротки. Полная рибосома 70S с помощью IF2 (рекрутирующего fMet-тРНК) [8] можно просто начать трансляцию такой «безлидерной» мРНК. [1]

Ряд факторов изменяют эффективность инициации без лидера. 5'-фосфатная группа, присоединенная к стартовому кодону, кажется почти необходимой. [1] AUG сильно предпочтителен для E. coli , но не обязательно для других видов. IF3 подавляет беслидерную инициацию. [1] Более длинная 5'UTR или 5'UTR со значительной вторичной структурой также ингибируют беслидерную инициацию. [9]

Удлинение

[ редактировать ]

Удлинение полипептидной цепи включает добавление аминокислот к карбоксильному концу растущей цепи. Растущий белок выходит из рибосомы через выходной туннель полипептида в большой субъединице. [10]

Элонгация начинается, когда fMet-тРНК входит в сайт P, вызывая конформационные изменения , которые открывают сайт A для связывания новой аминоацил-тРНК. Этому связыванию способствует фактор элонгации-Tu (EF-Tu), небольшая ГТФаза . Для быстрого и точного распознавания соответствующей тРНК рибосома использует большие конформационные изменения ( конформационная корректура ). [11] Теперь сайт P содержит начало пептидной цепи белка, который нужно кодировать, а сайт A содержит следующую аминокислоту, которую нужно добавить к пептидной цепи. Растущий полипептид, соединенный с тРНК в Р-сайте, отрывается от тРНК в Р-сайте и пептидная связь образуется между последними аминокислотами полипептида и аминокислотой, все еще прикрепленной к тРНК в А-сайте. Этот процесс, известный как образование пептидной связи , катализируется рибозимом ( 23S рибосомальной РНК в 50S рибосомальной субъединице). [12] Теперь сайт A содержит новообразованный пептид, а сайт P содержит незаряженную тРНК (тРНК без аминокислот). Вновь образовавшийся пептид в тРНК А-сайта известен как дипептид , а вся совокупность называется дипептидил-тРНК . Известно, что тРНК в P-сайте без аминокислоты деацилирована . На заключительной стадии элонгации, называемой транслокацией , деацилированная тРНК (в сайте P) и дипептидил-тРНК (в сайте A) вместе с соответствующими кодонами перемещаются в сайты E и P соответственно, и новый кодон перемещается. на сайт А. Этот процесс катализируется фактором элонгации G (EF-G). Деацилированная тРНК в сайте E высвобождается из рибосомы во время следующего занятия A-сайта аминоацил-тРНК, снова при содействии EF-Tu. [13]

Рибосома продолжает транслировать оставшиеся кодоны на мРНК, поскольку все больше аминоацил-тРНК связывается с сайтом А, пока рибосома не достигнет стоп-кодона на мРНК (UAA, UGA или UAG).

Механизм трансляции работает относительно медленно по сравнению с ферментными системами, катализирующими репликацию ДНК. Белки у бактерий синтезируются со скоростью всего 18 аминокислотных остатков в секунду, тогда как бактериальные реплисомы синтезируют ДНК со скоростью 1000 нуклеотидов в секунду. Эта разница в скорости частично отражает разницу между полимеризацией четырех типов нуклеотидов с образованием нуклеиновых кислот и полимеризацией 20 типов аминокислот с образованием белков. Тестирование и отбраковка неправильных молекул аминоацил-тРНК требует времени и замедляет синтез белка. У бактерий инициация трансляции происходит, как только синтезируется 5'-конец мРНК, и трансляция и транскрипция соединяются. У эукариот это невозможно, поскольку транскрипция и трансляция осуществляются в отдельных отсеках клетки (ядре и цитоплазме).

Прекращение действия

[ редактировать ]

Терминация происходит, когда один из трех терминирующих кодонов переходит на сайт А. Эти кодоны не распознаются никакими тРНК. Вместо этого они распознаются белками, называемыми факторами высвобождения , а именно RF1 (распознающим стоп-кодоны UAA и UAG) или RF2 (распознающим стоп-кодоны UAA и UGA). Эти факторы запускают гидролиз сложноэфирной связи пептидил-тРНК и высвобождение вновь синтезированного белка из рибосомы. Третий фактор высвобождения RF-3 катализирует высвобождение RF-1 и RF-2 в конце процесса терминации.

Переработка

[ редактировать ]

Посттерминационный комплекс, образующийся в конце стадии терминации, состоит из мРНК с терминирующим кодоном в А-сайте, незаряженной тРНК в Р-сайте и интактной 70S рибосомы. Этап рециркуляции рибосом отвечает за разборку посттерминационного рибосомального комплекса. [14] Как только возникающий белок высвобождается при терминации, фактор рециклинга рибосом и фактор элонгации G (EF-G) действуют, высвобождая мРНК и тРНК из рибосом и диссоциируя рибосому 70S на субъединицы 30S и 50S. Затем IF3 заменяет деацилированную тРНК, высвобождая мРНК. Все компоненты перевода теперь бесплатны для дополнительных этапов перевода.

В зависимости от тРНК IF1 – IF3 также могут осуществлять рециклинг. [15]

Полисомы

[ редактировать ]

Трансляция осуществляется более чем одной рибосомой одновременно. Из-за относительно большого размера рибосом они могут прикрепляться только к участкам мРНК, находящимся на расстоянии 35 нуклеотидов друг от друга. Комплекс одной мРНК и ряда рибосом называется полисомой или полирибосомой. [16]

Регулирование перевода

[ редактировать ]
См. также: Фактор гибернации.

Когда у бактериальных клеток заканчиваются питательные вещества, они переходят в стационарную фазу и подавляют синтез белка. Несколько процессов опосредуют этот переход. [17] Например, в E. coli рибосомы 70S образуют димеры 90S при связывании с небольшим белком массой 6,5 кДа, фактором модуляции рибосомы RMF. [18] [19] Эти промежуточные димеры рибосомы могут впоследствии связывать молекулу фактора продвижения гибернации (белок 10,8 кДа, HPF) с образованием зрелой рибосомальной частицы 100S, в которой интерфейс димеризации создается двумя субъединицами 30S двух участвующих рибосом. [20] Димеры рибосом представляют собой состояние гибернации и трансляционно неактивны. [21] Третий белок, который может связываться с рибосомами, когда клетки E. coli вступают в стационарную фазу, — это YfiA (ранее известный как RaiA). [22] HPF и YfiA структурно схожи, и оба белка могут связываться с каталитическими А- и Р-сайтами рибосомы. [23] [24] RMF блокирует связывание рибосомы с мРНК, предотвращая взаимодействие мессенджера с 16S рРНК. [25] При связывании с рибосомами С-концевой хвост YfiA E. coli препятствует связыванию RMF, тем самым предотвращая димеризацию и приводя к образованию трансляционно неактивных мономерных 70S рибосом. [25] [26]

Механизм диссоциации субъединиц рибосом с помощью RsfS (= RsfA). RsfS инактивирует трансляцию, когда клетки голодают («S») и, следовательно, испытывают нехватку аминокислот. [27]

Помимо димеризации рибосом, соединение двух рибосомальных субъединиц может блокироваться RsfS (ранее называвшимся RsfA или YbeB). [27] RsfS связывается с L14, белком большой субъединицы рибосомы, и тем самым блокирует соединение малой субъединицы с образованием функциональной 70S рибосомы, замедляя или полностью блокируя трансляцию. Белки RsfS обнаружены почти у всех эубактерий (но не у архей ), а гомологи присутствуют в митохондриях и хлоропластах (где они называются C7orf30 и iojap соответственно). Однако пока неизвестно, как регулируется экспрессия или активность RsfS.

Другим фактором диссоциации рибосом в Escherichia coli является HflX , ранее представлявший собой ГТФазу с неизвестной функцией. Чжан и др. (2015) показали, что HflX представляет собой фактор расщепления рибосом, индуцированный тепловым шоком, способный диссоциировать как вакантные, так и мРНК-ассоциированные рибосомы. N-концевой эффекторный домен HflX связывается с пептидилтрансферазным центром поразительно сходным образом с факторами высвобождения класса I и вызывает резкие конформационные изменения в центральных межсубъединичных мостиках, тем самым способствуя диссоциации субъединиц. Соответственно, потеря HflX приводит к увеличению количества остановленных рибосом при тепловом шоке и, возможно, других стрессовых условиях. [28]

Эффект антибиотиков

[ редактировать ]
Основная статья: Ингибитор синтеза белка

Некоторые антибиотики оказывают свое действие, воздействуя на процесс трансляции в бактериях. Они используют различия между механизмами трансляции прокариот и эукариот для избирательного ингибирования синтеза белка в бактериях, не затрагивая хозяина.

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Jump up to: а б с д и ж г час Гуалерзи, Колорадо; Пон, CL (ноябрь 2015 г.). «Инициация трансляции мРНК у бактерий: структурные и динамические аспекты» . Клеточные и молекулярные науки о жизни . 72 (22): 4341–67. дои : 10.1007/s00018-015-2010-3 . ПМК   4611024 . ПМИД   26259514 .
  2. ^ Фарабо П.Дж. (август 1978 г.). «Последовательность гена lacI». Природа . 274 (5673): 765–9. Бибкод : 1978Natur.274..765F . дои : 10.1038/274765a0 . ПМИД   355891 . S2CID   4208767 .
  3. ^ «Лактозный оперон E.coli с генами lacI, lacZ, lacY и lacA» . База данных нуклеотидов . Национальная медицинская библиотека. 05.05.1993 . Проверено 01 марта 2017 г.
  4. ^ Хехт А., Глазго Дж., Яшке П.Р., Бавазер Л.А., Мансон М.С., Кокран Дж.Р., Энди Д., Салит М. (апрель 2017 г.). «Измерения инициации трансляции всех 64 кодонов E. coli» . Исследования нуклеиновых кислот . 45 (7): 3615–3626. дои : 10.1093/nar/gkx070 . ПМК   5397182 . ПМИД   28334756 .
  5. ^ Фирнберг Э., Лабонте Дж.В., Грей Дж.Дж., Остермайер М. (май 2016 г.). «Комплексная карта фитнес-ландшафта гена в высоком разрешении» . Молекулярная биология и эволюция . 33 (5): 1581–1592. дои : 10.1093/molbev/msu081 . ПМЦ   4839222 . ПМИД   26912810 .
  6. ^ Хироши Ямамото; Даниэла Виттек; Роми Гупта; Бо Цинь; Такуя Уэда; Роланд Краузе; Каори Ямамото; Рената Альбрехт; Маркус Печ; Кнуд Х. Нирхаус (февраль 2016 г.). «Инициация 70S-сканирования — это новый и часто встречающийся способ инициации рибосомальной трансляции у бактерий» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 113 (9): Е1180–Е1189. Бибкод : 2016PNAS..113E1180Y . дои : 10.1073/pnas.1524554113 . ПМЦ   4780633 . ПМИД   26888283 .
  7. ^ Йонатан Чемла; Майкл Пири; Матиас Луидор Хельтберг; Джерри Эйхлер; Могенс Хёг Йенсен; Тамир Туллер; Литал Альфонта (сентябрь 2020 г.). «Возможная универсальная роль вторичной структуры мРНК в бактериальной трансляции выявлена ​​с использованием синтетического оперона» . Природные коммуникации . 11 (1): 4827. Бибкод : 2020NatCo..11.4827C . дои : 10.1038/s41467-020-18577-4 . ПМЦ   7518266 .
  8. ^ Цуёси Удагава; Ёсихиро Симидзу; Такуя Уэда (март 2004 г.). «Доказательства инициации трансляции мРНК без лидера интактной 70S рибосомой без ее диссоциации на субъединицы у эубактерий» . Журнал биологической химии . 279 (10): 8539–8546. дои : 10.1074/jbc.M308784200 . ПМИД   14670970 .
  9. ^ Лейва, LE; Кац, А. (28 марта 2022 г.). «Регуляция беслидерной трансляции мРНК у бактерий» . Микроорганизмы . 10 (4): 723. doi : 10.3390/microorganisms10040723 . ПМК   9031893 . ПМИД   35456773 .
  10. ^ Структура канала, проводящего белок E. coli , связанного с транслирующей рибосомой, К. Митра и др. Природа (2005), том 438, стр. 318.
  11. ^ Савир Ю., Тлусти Т. (апрель 2013 г.). «Рибосома как оптимальный декодер: урок молекулярного распознавания» . Клетка . 153 (2): 471–9. Бибкод : 2013APS..MARY46006T . дои : 10.1016/j.cell.2013.03.032 . ПМИД   23582332 .
  12. ^ Тирумалай М.Р., Ривас М., Тран К., Фокс Дж.Э. (ноябрь 2021 г.). «Центр пептидилтрансферазы: окно в прошлое» . Микробиол Мол Биол Rev. 85 (4): e0010421. дои : 10.1128/MMBR.00104-21 . ПМЦ   8579967 . ПМИД   34756086 .
  13. ^ Динос Г., Калпаксис Д.Л., Уилсон Д.Н., Нирхаус К.Х. (2005). «Деацилированная тРНК высвобождается из сайта E после занятия сайта A, но до того, как GTP гидролизуется EF-Tu» . Исследования нуклеиновых кислот . 33 (16): 5291–6. дои : 10.1093/nar/gki833 . ПМЦ   1216338 . ПМИД   16166657 .
  14. ^ Хирокава Г., Демешкина Н., Ивакура Н., Кадзи Х., Кадзи А. (март 2006 г.). «Этап переработки рибосом: консенсус или противоречие?» . Тенденции биохимических наук . 31 (3): 143–9. дои : 10.1016/j.tibs.2006.01.007 . ПМИД   16487710 .
  15. ^ Павлов, М.Ю.; Антун, А; Ловмар, М; Эренберг, М. (18 июня 2008 г.). «Дополнительная роль фактора инициации 1 и фактора рециркуляции рибосомы в расщеплении рибосомы 70S» . Журнал ЭМБО . 27 (12): 1706–17. дои : 10.1038/emboj.2008.99 . ПМЦ   2435134 . ПМИД   18497739 .
  16. ^ Альбертс Б. и др. (2017). Молекулярная биология клетки (6-е изд.). Гирляндная наука. стр. 301–303.
  17. ^ Пури П., Экхардт Т.Х., Франкен Л.Е., Фузетти Ф., Стюарт М.К., Букема Э.Дж., Кейперс О.П., Кок Дж., Пулман Б. (январь 2014 г.). «Lactococcus Lactis YfiA необходим и достаточен для димеризации рибосом» . Молекулярная микробиология . 91 (2): 394–407. дои : 10.1111/mmi.12468 . ПМИД   24279750 .
  18. ^ Ямагиши М., Мацусима Х., Вада А., Сакагами М., Фудзита Н., Исихама А. (февраль 1993 г.). «Регуляция гена rmf Escherichia coli, кодирующего фактор модуляции рибосом: контроль, зависящий от фазы и скорости роста» . Журнал ЭМБО . 12 (2): 625–30. дои : 10.1002/j.1460-2075.1993.tb05695.x . ПМК   413246 . ПМИД   8440252 .
  19. ^ Изуцу К., Вада С., Комине Ю., Сако Т., Уэгучи С., Накура С., Вада А. (май 2001 г.). «Белок SRA, ассоциированный с рибосомами Escherichia coli, число копий которого увеличивается во время стационарной фазы» . Журнал бактериологии . 183 (9): 2765–73. дои : 10.1128/JB.183.9.2765-2773.2001 . ПМК   99491 . ПМИД   11292794 .
  20. ^ Като Т., Ёсида Х., Мията Т., Маки Ю., Вада А., Намба К. (июнь 2010 г.). «Структура рибосомы 100S в стадии гибернации, выявленная методом электронной криомикроскопии» . Структура . 18 (6): 719–24. дои : 10.1016/j.str.2010.02.017 . ПМИД   20541509 .
  21. ^ Вада А., Игараси К., Ёсимура С., Аймото С., Исихама А. (сентябрь 1995 г.). «Фактор модуляции рибосом: специфичный для стационарной фазы ингибитор функций рибосом из Escherichia coli». Связь с биохимическими и биофизическими исследованиями . 214 (2): 410–7. дои : 10.1006/bbrc.1995.2302 . ПМИД   7677746 .
  22. ^ Агафонов Д.Е., Колб В.А., Назимов И.В., Спирин А.С. (октябрь 1999 г.). «Белок, расположенный на границе раздела субъединиц бактериальной рибосомы» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 96 (22): 12345–9. Бибкод : 1999PNAS...9612345A . дои : 10.1073/pnas.96.22.12345 . ПМК   22919 . ПМИД   10535924 .
  23. ^ Вила-Санджурджо А., Шувирт Б.С., Хау К.В., Кейт Дж.Х. (ноябрь 2004 г.). «Структурные основы контроля инициации трансляции во время стресса». Структурная и молекулярная биология природы . 11 (11): 1054–9. дои : 10.1038/nsmb850 . ПМИД   15502846 . S2CID   35493538 .
  24. ^ Ортис Дж.О., Брандт Ф., Матиас В.Р., Сеннелс Л., Раппсилбер Дж. , Шерес Ш. , Эйбауэр М., Хартл Ф.У., Баумайстер В. (август 2010 г.). «Структура гибернирующих рибосом, изученная методом криоэлектронной томографии in vitro и in situ» . Журнал клеточной биологии . 190 (4): 613–21. дои : 10.1083/jcb.201005007 . ПМК   2928015 . ПМИД   20733057 .
  25. ^ Jump up to: а б Поликанов Ю.С., Блаха Г.М., Стейц Т.А. (май 2012 г.). «Как факторы гибернации RMF, HPF и YfiA отключают синтез белка» . Наука . 336 (6083): 915–8. Бибкод : 2012Sci...336..915P . дои : 10.1126/science.1218538 . ПМЦ   3377384 . ПМИД   22605777 .
  26. ^ Уэта М., Ёсида Х., Вада С., Баба Т., Мори Х., Вада А. (декабрь 2005 г.). «Рибосомосвязывающие белки YhbH и YfiA выполняют противоположные функции во время образования 100S в стационарной фазе Escherichia coli». Гены в клетки . 10 (12): 1103–12. дои : 10.1111/j.1365-2443.2005.00903.x . ПМИД   16324148 . S2CID   25255882 .
  27. ^ Jump up to: а б Хойзер Р., Пех М., Киек Дж., Ямамото Х., Титц Б., Наэве Ф., Товчигречко А., Ямамото К., Шафларски В., Такеучи Н., Стеллбергер Т., Дифенбахер М.Э., Нирхаус К.Х., Утц П. (2012). «Белки RsfA (YbeB) являются консервативными факторами молчания рибосом» . ПЛОС Генетика . 8 (7): e1002815. дои : 10.1371/journal.pgen.1002815 . ПМК   3400551 . ПМИД   22829778 .
  28. ^ Чжан Ю, Мандава К.С., Цао В, Ли Х, Чжан Д, Ли Н, Чжан Ю, Чжан Икс, Цинь Ю, Ми К, Лэй Дж, Саньял С, Гао Н (ноябрь 2015 г.). «HflX - это фактор расщепления рибосом, спасающий остановившиеся рибосомы в условиях стресса». Структурная и молекулярная биология природы . 22 (11): 906–13. дои : 10.1038/nsmb.3103 . ПМИД   26458047 . S2CID   9228012 .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Bacterial_translation&oldid=1236434339"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 7f92e9f97349f2de439fd43ef624af1e__1721832480
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/7f/1e/7f92e9f97349f2de439fd43ef624af1e.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Bacterial translation - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)