Прокариотическая большая субъединица рибосомы

50S является более крупной субъединицей 70S рибосомы прокариот и , бактерий т.е. архей . Это место ингибирования действия антибиотиков, таких как макролиды , хлорамфеникол , клиндамицин и плевромутилины . Он включает 5S рибосомальную РНК и 23S рибосомальную РНК .

Несмотря на одинаковую скорость седиментации, бактериальные и архейные рибосомы могут сильно различаться.

Структура

50S, примерно эквивалентная субъединице рибосомы 60S в эукариотических клетках, является более крупной субъединицей рибосомы 70S прокариот. Субъединица 50S в основном состоит из белков, но также содержит одноцепочечную РНК, известную как рибосомальная РНК (рРНК). рРНК образует вторичные и третичные структуры для поддержания структуры и выполнения каталитических функций рибосомы.

Рентгеновская кристаллография позволила получить карты электронной плотности, структуру 50S в Haloarcula marismortui позволяющие определить 2,4 Å . (археон) с разрешением ^[1]и 50S у Deinococcus radiodurans (бактерия) до 3,3 Å. ^[2] Большая рибосомальная субъединица (50S) примерно в два раза массивнее малой рибосомной субъединицы ( 30S ). Модель Hm 50S, определенная в 2000 году Ненадом Баном и его коллегами в лаборатории Томаса Стейца и лаборатории Питера Мура , включает 2711 из 2923 нуклеотидов 23S рРНК , все 122 нуклеотида ее 5S рРНК и структуру 27 это 31 белок . ^[1]

Рибосомальная РНК

Вторичная структура 23S разделена на шесть больших доменов, внутри которых домен V является наиболее важным в его пептидилтрансферазе. ^[3] активность. Каждый домен содержит нормальную вторичную структуру (например, тройное основание, тетрапетлю, стопку перекрестных пуринов), а также очень симметричен в третичной структуре; белки вмешиваются между своими спиралями. На уровне третичной структуры большая субъединица рРНК представляет собой один гигантский домен, тогда как малая субъединица содержит три структурных домена. Эта разница отражает меньшую гибкость большой субъединицы, необходимую для ее функции. Хотя его ядро сохраняется, оно вмещает сегменты расширения на своей периферии. ^[4]^[5]

Разница между бактериями и архейными версиями

криоЭМ - структура 50S-субъединицы археи Methanothermobacter thermautotropicus Определена . Он имеет одинаковый размер/скорость седиментации 50S и количество двух рРНК, но его сегменты расширения 23S имеют больше общего с эукариотами. ^[6]

криоЭМ-реконструкция нативной 50S-субъединицы чрезвычайно галофильных архей Halococcus morruae (отнесенных к Euryarchaeota ; группа Stenosarchaea Доступна ). Субъединица 50S содержит вставку из 108 нуклеотидов в 5S рРНК. ^[7] который при субнанометровом разрешении выходит из четырехстороннего соединения, не затрагивая родительскую каноническую структуру 5S рРНК. ^[4]

Из-за различий архейные 50S менее чувствительны к некоторым антибиотикам, нацеленным на бактериальные 50S. ^[8]^[9]

Функция

50S включает активность, которая катализирует образование пептидных связей (реакция переноса пептидила), предотвращает преждевременный гидролиз полипептидов, обеспечивает место связывания для факторов G-белка (способствует инициации , элонгации и терминации) и помогает сворачиванию белка после синтеза.

Стимулирует реакцию переноса пептидила и предотвращает гидролиз пептидила.

Был выявлен механизм индуцированного соответствия, объясняющий, как 50S катализирует реакцию переноса пептидила и предотвращает гидролиз пептидила. Аминогруппа тРНК аминоацил- ( связывается с участком А) атакует углерод карбонильной группы пептидил-тРНК (связывается с участком Р) и в конечном итоге дает пептид, удлиненный одной аминокислотой, эстерифицированной с участком А. тРНК, связанная с сайт рибосомы A и деацилированная тРНК в сайте P.

Когда сайт A свободен, нуклеотиды U2620 (E. coli U2585), A2486 (2451) и C2106 (2063) помещают карбонильную группу в центре, заставляя ее ориентироваться в сторону сайта A. Такая ориентация предотвращает любую нуклеофильную атаку со стороны А-сайта, поскольку оптимальный угол атаки составляет 105 градусов от плоскости сложноэфирной группы. Когда тРНК с полной [?] последовательностью CCA на акцепторном стебле связывается с участком A, укладка C74 тРНК с U2590 (2555) вызывает конформационные изменения в рибосоме, что приводит к перемещению U2541 (2506), U2620. (2585) по G2618 (2583). Смещение оснований позволяет сложноэфирной группе принять новую конформацию, доступную для нуклеофильной атаки из А-сайта.

N3 ( азот ) A2486 (2451) находится ближе всего к синтезируемой пептидной связи и может действовать как общее основание, облегчающее нуклеофильную атаку аминогруппы аминоацил-тРНК (в А-сайте). pKa A2486 (2451) примерно на 5 единиц выше для образования водородной связи с аминогруппой, что увеличивает его нуклеофильность. Повышение pKa достигается за счет механизма реле заряда. А2486 (2451) взаимодействует с G2482 (G2447), который образует водородные связи с захороненным фосфатом А2486 (2450). Этот скрытый фосфат может стабилизировать обычно редкие имино-таутомеры обоих оснований, что приводит к увеличению плотности отрицательного заряда N3.

Помогает образованию белка

После инициации, элонгации и терминации происходит четвертый этап разборки посттерминационного комплекса рибосомы, мРНК и тРНК, который является предпосылкой для следующего раунда синтеза белка. Большая субъединица рибосомы играет роль в сворачивании белка как in vitro , так и in vivo . Большая рибосомальная субъединица обеспечивает гидрофобную поверхность для стадии гидрофобного коллапса сворачивания белка. Вновь синтезированному белку для сворачивания необходим полный доступ к большой субъединице; этот процесс может занять некоторое время (5 минут для бета-галактозидазы). ^{[ нужна ссылка ]}).

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б ^с Ниссен, П.; Хансен, Дж.; Бан, Н.; Мур, П.; Стейтц, Т. (2000). «Полная атомная структура большой субъединицы рибосомы с разрешением 2,4 А». Наука . 289 (5481): 905–920. Бибкод : 2000Sci...289..905B . CiteSeerX 10.1.1.58.2271 . дои : 10.1126/science.289.5481.905 . ПМИД 10937989 .
^ Шлюенцен, Ф.; Тоцил, А.; Заривач Р.; Хармс, Дж.; Глюманн, М.; Джанелл, Д.; Башан, А.; Бартельс, Х.; Агмон, И.; Франчески, Ф.; Йонат, А. (2000). «Структура функционально активированной малой рибосомальной субъединицы с разрешением 3,3 Å» . Клетка . 102 (5): 615–623. дои : 10.1016/S0092-8674(00)00084-2 . ПМИД 11007480 .
^ Тирумалай М.Р., Ривас М., Тран К., Фокс Дж.Э. (10 ноября 2021 г.). «Центр пептидилтрансферазы: окно в прошлое» . Микробиол Мол Биол Rev. 85 (4): e0010421. дои : 10.1128/MMBR.00104-21 . ПМЦ 8579967 . ПМИД 34756086 .
^ Jump up to: ^а ^б Тирумалай, MR; Кельбер, Дж. Т.; Парк, ДР; Тран, Кью; Фокс, GE (31 августа 2020 г.). «Визуализация криоэлектронной микроскопией большой вставки в 5S рибосомальной РНК чрезвычайно галофильной археи Halococcus morrhuae » . Открытая биография FEBS . 10 (10): 1938–1946. дои : 10.1002/2211-5463.12962 . ПМЦ 7530397 . ПМИД 32865340 .
^ Пенев П.И., Фахретаха-Аваль С., Патель В.Дж., Кэнноне Дж.Дж., Гутелл Р.Р., Петров А.С., Уильямс Л.Д., Гласс Дж.Б. (август 2020 г.). «Увеличенные сегменты расширения рибосомальной РНК у архей Асгарда» . Геномная биология и эволюция . 12 (10): 1694–1710. дои : 10.1093/gbe/evaa170 . ПМЦ 7594248 . ПМИД 32785681 .
^ Гребер, Бэзил Дж.; Берингер, Дэниел; Годинич-Микульчич, Влатка; Црнкович, Ана; Ибба, Майкл; Вейганд-Дурасевич, Ивана; Бан, Ненад (май 2012 г.). «Крио-ЭМ-структура архейной 50S рибосомальной субъединицы в комплексе с фактором инициации 6 и значение для эволюции рибосом» . Журнал молекулярной биологии . 418 (3–4): 145–160. дои : 10.1016/j.jmb.2012.01.018 . ПМЦ 3879142 . ПМИД 22306461 .
^ Люерсен, КР.; Николсон, Делавэр; Юбэнкс, округ Колумбия; Фокс, GE (май 1981 г.). «Архебактериальная 5S рРНК содержит длинную вставочную последовательность». Природа . 293 (5835): 755–756. Бибкод : 1981Natur.293..755L . дои : 10.1038/293755a0 . ПМИД 6169998 . S2CID 4341755 .
^ Хелафия, С.; Дранкур, М. (сентябрь 2012 г.). «Чувствительность архей к противомикробным препаратам: приложения к клинической микробиологии» . Клиническая микробиология и инфекции . 18 (9): 841–848. дои : 10.1111/j.1469-0691.2012.03913.x . ПМИД 22748132 .
^ Томбре, Ребекка С.; Шинде, Винайя; Тайпарамбиль, Эльвина; Зенде, Самруддхи; Мехта, Сураб (13 сентября 2016 г.). «Антимикробная активность и механизм ингибирования наночастиц серебра против экстремальных галофильных архей» . Границы микробиологии . 7 : 1424. дои : 10.3389/fmicb.2016.01424 . ПМК 5020055 . ПМИД 27679615 . Галоархеи, использованные в настоящем исследовании, были устойчивы к налидиксовой кислоте, стрептомицину, гентамицину, тетрациклину, эритромицину, хлорамфениколу, цефалотину и клиндамицину.

Ниссен, П.; Хансен, Дж.; Бан, Н.; Мур, П.; Стейтц, Т. (2000). «Структурные основы активности рибосом при синтезе пептидных связей». Наука . 289 (5481): 920–929. Бибкод : 2000Sci...289..920N . дои : 10.1126/science.289.5481.920 . ПМИД 10937990 .
Шмейинг, Т.; Хуанг, К.; Стробель, С.; Стейтц, Т. (2005). «Механизм индуцированной подгонки, способствующий образованию пептидных связей и исключающий гидролиз пептидил-тРНК». Природа . 438 (7067): 520–524. Бибкод : 2005Natur.438..520M . дои : 10.1038/nature04152 . ПМИД 16306996 . S2CID 4333559 .
Басу, А.; Гош, Дж.; Бхаттачарья, А.; Пал, С.; Чоудхури, С.; ДасГупта, К. (2003). «Расщепление рибосомы на субъединицы развернутыми полипептидными цепями». Современная наука . 84 : 1123–1125.

Внешние ссылки

http://pathmicro.med.sc.edu/mayer/antibiot.htm
https://web.archive.org/web/20110227235620/http://www.molgen.mpg.de/~ag_ribo/ag_franceschi/franceschi-projects-50S-antibiotics.html
https://web.archive.org/web/20080206051722/http://www.riboworld.com/antib/50santib-eng.shtml
23S + рибосомальная + РНК в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
5S + рибосомальная + РНК в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)

[nissen-1] Jump up to: ^а ^б ^с Ниссен, П.; Хансен, Дж.; Бан, Н.; Мур, П.; Стейтц, Т. (2000). «Полная атомная структура большой субъединицы рибосомы с разрешением 2,4 А». Наука . 289 (5481): 905–920. Бибкод : 2000Sci...289..905B . CiteSeerX 10.1.1.58.2271 . дои : 10.1126/science.289.5481.905 . ПМИД 10937989 .

[schluenzen-2] Шлюенцен, Ф.; Тоцил, А.; Заривач Р.; Хармс, Дж.; Глюманн, М.; Джанелл, Д.; Башан, А.; Бартельс, Х.; Агмон, И.; Франчески, Ф.; Йонат, А. (2000). «Структура функционально активированной малой рибосомальной субъединицы с разрешением 3,3 Å» . Клетка . 102 (5): 615–623. дои : 10.1016/S0092-8674(00)00084-2 . ПМИД 11007480 .

[3] Тирумалай М.Р., Ривас М., Тран К., Фокс Дж.Э. (10 ноября 2021 г.). «Центр пептидилтрансферазы: окно в прошлое» . Микробиол Мол Биол Rev. 85 (4): e0010421. дои : 10.1128/MMBR.00104-21 . ПМЦ 8579967 . ПМИД 34756086 .

[Tirumalai_et_al-4] Jump up to: ^а ^б Тирумалай, MR; Кельбер, Дж. Т.; Парк, ДР; Тран, Кью; Фокс, GE (31 августа 2020 г.). «Визуализация криоэлектронной микроскопией большой вставки в 5S рибосомальной РНК чрезвычайно галофильной археи Halococcus morrhuae » . Открытая биография FEBS . 10 (10): 1938–1946. дои : 10.1002/2211-5463.12962 . ПМЦ 7530397 . ПМИД 32865340 .

[5] Пенев П.И., Фахретаха-Аваль С., Патель В.Дж., Кэнноне Дж.Дж., Гутелл Р.Р., Петров А.С., Уильямс Л.Д., Гласс Дж.Б. (август 2020 г.). «Увеличенные сегменты расширения рибосомальной РНК у архей Асгарда» . Геномная биология и эволюция . 12 (10): 1694–1710. дои : 10.1093/gbe/evaa170 . ПМЦ 7594248 . ПМИД 32785681 .

[6] Гребер, Бэзил Дж.; Берингер, Дэниел; Годинич-Микульчич, Влатка; Црнкович, Ана; Ибба, Майкл; Вейганд-Дурасевич, Ивана; Бан, Ненад (май 2012 г.). «Крио-ЭМ-структура архейной 50S рибосомальной субъединицы в комплексе с фактором инициации 6 и значение для эволюции рибосом» . Журнал молекулярной биологии . 418 (3–4): 145–160. дои : 10.1016/j.jmb.2012.01.018 . ПМЦ 3879142 . ПМИД 22306461 .

[7] Люерсен, КР.; Николсон, Делавэр; Юбэнкс, округ Колумбия; Фокс, GE (май 1981 г.). «Архебактериальная 5S рРНК содержит длинную вставочную последовательность». Природа . 293 (5835): 755–756. Бибкод : 1981Natur.293..755L . дои : 10.1038/293755a0 . ПМИД 6169998 . S2CID 4341755 .

[8] Хелафия, С.; Дранкур, М. (сентябрь 2012 г.). «Чувствительность архей к противомикробным препаратам: приложения к клинической микробиологии» . Клиническая микробиология и инфекции . 18 (9): 841–848. дои : 10.1111/j.1469-0691.2012.03913.x . ПМИД 22748132 .

[9] Томбре, Ребекка С.; Шинде, Винайя; Тайпарамбиль, Эльвина; Зенде, Самруддхи; Мехта, Сураб (13 сентября 2016 г.). «Антимикробная активность и механизм ингибирования наночастиц серебра против экстремальных галофильных архей» . Границы микробиологии . 7 : 1424. дои : 10.3389/fmicb.2016.01424 . ПМК 5020055 . ПМИД 27679615 . Галоархеи, использованные в настоящем исследовании, были устойчивы к налидиксовой кислоте, стрептомицину, гентамицину, тетрациклину, эритромицину, хлорамфениколу, цефалотину и клиндамицину.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]