Lecture 3 2006

А.С. Спирин 2006 г.

Лекция № 3 Рибосома: структура

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ РИБОСОМ

MOL. MASS, DALTONS

PROKARYOTIC TYPE RIBOSOMES:

EUKARYOTIC TYPE RIBOSOMES:

70S RIBOSOMES OF EUBACTERIA, BLUE-GREEN ALGAE AND CHLOROPLASTS

CYTOPLASMIC 80S RIBOSOMES OF ANIMALS, FUNGI AND PLANTS

2.5 × 10

6

4 × 10

SIZE

200 - 250 Å

250 - 300 Å

RNA : PROTEIN, W/W

2:1

1:1

MITOCHONDRIAL 75S RIBOSOMES OF FUNGI MITOCHONDRIAL 55S RIBOSOMES ("MINIRIBOSOMES") OF MAMMALS

70S RIBOSOMES OF ARCHAEA

6

ИЗОЛИРОВАННЫЕ РИБОСОМЫ Escherichia coli

СЕДИМЕНТАЦИОННЫЕ ДИАГРАММЫ РИБОСОМНЫХ ЧАСТИЦ E. coli ПРИ РАЗЛИЧНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЯХ Mg 2+ 70S при 10 mM Mg 2+ и 50S+30S при 1mM Mg 2+

70S

50S + 30S

ДИССОЦИАЦИЯ - РЕАССОЦИАЦИЯ РИБОСОМ 70S

+

+

2+

N a ,Li + + K , N H 4 U R EA

2+

M g , C a P O L Y A M IN E S ETH A N O L, M ETH A N O L

30S

+ 50S

30S РИБОСОМНАЯ СУБЧАСТИЦА

40S РИБОСОМНАЯ СУБЧАСТИЦА

50S РИБОСОМНАЯ СУБЧАСТИЦА

70S РИБОСОМА - АССОЦИАТ ДВУХ СУБЧАСТИЦ

КОНТУРЫ ДВУХ РИБОСОМНЫХ СУБЧАСТИЦ 70S РИБОСОМЫ В ДВУХ ПРОЕКЦИЯХ

Сравнение размеров и формы рибосомных субъединиц и их изолированных РНК в компактной конформации 50S

30S

23S РНК

16S РНК

ВТОРИЧНАЯ CТРУКТУРА 16S РНК

ВТОРИЧНАЯ СТРУКТУРА РНК: «ДЕФЕКТЫ» ДВОЙНЫХ СПИРАЛЕЙ И ОТКЛОНЕНИЯ ОТ ДВУСПИРАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ (1) Нестандартные спаривания и «противостояния» в двойной спирали. (2) Выпетливания 1 – 3 нуклеотидов одной из спаренных цепей в двойной спирали. (3) Большие боковые выпетливания и «разветвления» двойных спиралей. (4) «Прерывающиеся» («составные») двойные спирали. (5) Псевдоузлы (Preudoknots). (6) «Тетрапетли» (Tetraloops). (7) Однотяжевые спирали. (8) Тройные спиральные участки.

РЕЗКИЙ ПОВОРОТ ДВОЙНОЙ СПИРИЛИ В МЕСТЕ ТРЕХНУКЛЕОТИДНОГО ВЫПЕТЛИВАНИЯ GAA (KINK-TURN)

6.4. From Moore and Steitz (2003) Ann. Rev. Biochem. 72: 813-850; Fig. 2. Original from Klein et al. (2001) EMBO J. 20: 4214-4221.

UNCG TETRALOOP

Fig. 6.6. From Varani et al. (1991) Biochemistry 30: 3280-3289; (1995) J. Mol. Biol. 250: 333-353.

RICIN/SARCIN LOOP OF 23S/28S rRNA

RICIN/SARCIN LOOP OF 23S/28S rRNA tritin 2660 A G C A U G A U C C 2650 U

apurinic site specific lyase

G A G G A C C G G A 2670

Non-canonic pairs Y. Endo and K. Tsurugi (1987) J. Biol. Chem. 262, 8128-8130; (1988) J. Biol. Chem. 263, 8735-8739. T. Ogasawara et al. (1999) EMBO J. 18, 6522-6531.

Fig. 6.5.

A G C A

G A

GNRA tetraloop

G G Side G loop

ПСЕВДОУЗЛЫ

6.7. From Pleij (1993) In “The RNA World”, CSHL Press, 609-613; Fig. 1 A, B.

ТРЕТИЧНАЯ СТРУКТУРА РНК: дальние взаимодействия, обеспечивающие компактное сворачивание РНК (1) Уотсон-Криковское спаривание отдаленных участков цепи. Образование черешков и доменов. (2) «Дальние» псевдоузлы: спаривание торцевых петель с дальними однотяжевывми участками. (3) Коаксиальный стэкинг двойных спиралей. (4) «Рибозные застежки». (5) Взаимодействия тетрапетли с малым желобком двойной спирали. (6) «А-минорные» взаимодействия. (7) Mg-ионные мостики между фосфатами.

ДОМЕННАЯ CТРУКТУРА 16S РНК

ТРЕТИЧНАЯ СТРУКТУРА 16S РИБОСОМНОЙ РНК

Structure of the 30S ribosomal subunit B.T. Wimberly, D.E. Brodersen, W.M. Clemons Jr, R.J. Morgan-Warren, A.P. Carter, C. Vonrhen, T. Hartch, V. Ramakrishnan

Nature 407: 327-339 (2000)

Mg-ИОННЫЙ МОСТИК (Mg2+ CLUSTER) МЕЖДУ ДАЛЬНИМИ УЧАСТКАМИ ЦЕПИ РНК

6.13. From Hansen et al., (2001) CSHS 66, 33-42; Fig. 2.

«РИБОЗНАЯ ЗАСТЕЖКА» (RIBOSE ZIPPER) МЕЖДУ ОДНОТЯЖЕВЫМИ УЧАСТКАМИ ЦЕПИ

«А-минорное» взаимодействие: Аденозин укладывается в малый желобок двойной спирали с образованием четырех водородных связей

From Nissen et al. (2001) PNAS 98: 4899-4903; Fig. 1c.

«А-минорное» взаимодействие между спиралями 23S рибосомной РНК: Одноцепочечный участок взаимодействует своими аденозинами с малыми желобками спиралей Н89 и Н90 и скрепляет их вместе

6.15. From Nissen et al. (2001) PNAS 98: 4899-4903; Fig. 2c.

«А-минорное» взаимодействие между спиралями 23S рибосомной РНК: 4 стэкингованных аденозина противоположных цепей спирали Н68 домена IV укладывается в малый желобок спирали H75 домена V

6.16. From Nissen et al. (2001) PNAS 98: 4899-4903; Fig. 2a.

«А-минорное» взаимодействие между спиралями рибосомной РНК: Спираль 5S РНК и спираль Н38 23S РНК взаимодействуют своими тройками стэкингованных аденозинов

6.20. From Nissen et al. (2001) PNAS 98: 4899-4903; Fig. 3b.

Домены рибосомной 23S РНК

PTC

PTC – ПЕПТИДИЛ-ТРАНСФЕРАЗНЫЙ ЦЕНТР 50S РИБОСОМНОЙ СУБЪЕДИНИЦЫ

ТРЕТИЧНЫЕ СТРУКТУРЫ ДВУХ РИБОСОМНЫХ РНК

M.M. Yusupov, G.Zh. Yusupova, A. Baucom, K. Lieberman, T.N. Earnest, J.H.D. Cate, H.F. Noller (2001) Science 292: 883-896

БЕЛКИ 30S СУБЧАСТИЦЫ E.coli

БЕЛКИ 50S СУБЧАСТИЦЫ E.coli

ТОТАЛЬНЫЙ БЕЛОК 70S РИБОСОМЫ E.coli

ТРЕТИЧНАЯ СТРУКТУРА 16S РНК (вверху) И ТРЕТИЧНАЯ И ЧЕТВЕРТИЧНАЯ СТРУКТУРЫ 30S РИБОСОМНОЙ СУБЧАСТИЦЫ (внизу)

B.T. Wimberly, D.E. Brodersen, W.M. Clemons, R.J. Morgan-Warren, A.P. Carter, C. Vonrhein, T.Hartsch, V. Ramakrishnan (2000) Nature 407: 327-339

БОКОВАЯ И ВНЕШНЯЯ ПОВЕРХНОСТИ 50S РИБОСОМНОЙ СУБЧАСТИЦЫ

N. Ban, P. Nissen, J. Hansen, P. Moore, T. Steitz (2000) Science 289: 920-930

СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ РИБОСОМ: Диссоциация Разборка (раздевание) субъединиц Разворачивание субъединиц

СХЕМА РАЗБОРКИ 30S СУБЧАСТИЦЫ

СХЕМА САМОСБОРКИ 30S СУБЧАСТИЦЫ SEDIMENTATION COEFFICIENT IN RECONSTITUTION BUFFER:

16 S RNA DOMAIN I

S4

DOMAIN II

S17

S8

22S RNA

DOMAIN III

S15

S7

Step I (+6 proteins)

S16

23S RNP Step II (compactization)

S20

S6:S18

S12 S5

S9

S11

S19

25S RNP

Step III (+9 proteins)

S13 28S RNP

S21 S3

S10

S14

Step IV (+5 or 6 proteins)

S2 30S RNP

S1

СХЕМА РАЗВОРАЧИВАНИЯ РИБОСОМНОЙ 50S СУБЧАСТИЦЫ В РИБОНУКЛЕОПРОТЕИДНЫЙ ТЯЖ ПРИ УДАЛЕНИИ Mg 2+ И СОЛЕЙ

Fig. 6.10.

50S РИБОСОМНАЯ СУБЧАСТИЦА

70S РИБОСОМА - АССОЦИАТ ДВУХ СУБЧАСТИЦ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕТРАПЕТЛИ С МАЛЫМ ЖЕЛОБКОМ ДВОЙНОЙ СПИРАЛИ РНК

GAAA tetraloop

Tetraloop receptor of small groove of double helix

Double helix

ТРЕТИЧНАЯ СТРУКТУРА 16S РИБОСОМНОЙ РНК

Компактные домены:

III

I

II

M.M. Yusupov, G.Zh. Yusupova, A. Baucom, K. Lieberman, T.N. Earnest, J.H.D. Cate, H.F. Noller (2001) Science 292: 883-896

КОНТАКТИРУЮЩАЯ ПОВЕРХНОСТЬ 50S РИБОСОМНОЙ СУБЧАСТИЦЫ

N. Ban, P. Nissen, J. Hansen, P. Moore, T. Steitz (2000) Science 289: 905-920

ТРЕТИЧНАЯ И ЧЕТВЕРТИЧНАЯ СТРУКТУРЫ 70S РИБОСОМЫ В ДВУХ ПРОЕКЦИЯХ

M.M. Yusupov, G.Zh. Yusupova, A. Baucom, K. Lieberman, T.N. Earnest, J.H.D. Cate, H.F. Noller (2001) Science 292: 883-896

ТРЕТИЧНАЯ СТРУКТУРА 23S РНК 50S РИБОСОМНОЙ СУБЧАСТИЦЫ

N. Ban, P. Nissen, J. Hansen, P. Moore, T. Steitz (2000) Science 289: 905-920