Lecture 4 2006

А.С. Спирин 2006 г.

Лекция 4 Стадии трансляции и элонгационный рабочий цикл

ЭПИЦИКЛ ТРАНСЛЯЦИИ

СОПРЯЖЕННАЯ ТРАНСКРИПЦИЯ-ТРАНСЛЯЦИЯ (ПРОКАРИОТЫ)

Общая схема биосинтеза белков (эукариоты) Д Н К

ТРАНСКРИПЦИЯ Р Н К

ПРОЦЕССИНГ И ТРАНСПОРТ РНК 5'

3'

м Р Н К

РИБОСОМА

ТРАНСЛЯЦИЯ РИБОСОМА

3'

РИБОСОМА 5'

РАСТУЩИЙ ПЕПТИД

т РН К т РН К

т РН К

СВОРАЧИВАНИЕ ПРОЦЕССИНГ И ТРАНСПОРТ ПОЛИПЕПТИДА БЕЛОК

КОНТУРЫ ДВУХ РИБОСОМНЫХ СУБЧАСТИЦ 70S РИБОСОМЫ В ДВУХ ПРОЕКЦИЯХ

РАБОЧИЙ (ЭЛОНГАЦИОННЫЙ) ЦИКЛ РИБОСОМЫ

РАЗДЕЛЕНИЕ ФУНКЦИЙ МЕЖДУ РИБОСОМНЫМИ СУБЧАСТИЦАМИ

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС РИБОСОМЫ

КОДОН-ЗАВИСИМОЕ СВЯЗЫВАНИЕ АМИНОАЦИЛ-тРНК С РИБОСОМОЙ

РАБОЧИЙ (ЭЛОНГАЦИОННЫЙ) ЦИКЛ РИБОСОМЫ

Антипараллельное кодон-антикодоновое спаривание

Антипараллельное кодон-антикодоновое спаривание

Спаривание 1-го основания антикодона с 3-им основанием кодона anticodon, 1st

G

codon, 3rd

U G

I

I

I

C

C

U

A

A

U

U

C

G

G

Спаривание 1-го основания антикодона с 3-им основанием кодона anticodon, 1st

G

codon, 3rd

U G

A → I

I

I

I

C

C

U

A

A

U

U

C

G

G

Спаривание 1-го основания антикодона с 3-им основанием кодона anticodon, 1st

G

codon, 3rd

G

I

C

U

codon, 3rd

I

C

U

I

anticodon, 1st

A

A

U

U

C

G

G

WOBBLE HYPOTHESIS ( F. Crick, 1966 )

ANTICODON

CODON

1st POSITION

3rd POSITION

{ U

C1'

X

U C

C U

G I

U U G I A

U

STANDARD:

} U U

U

G

A A G

A U G C I

U A C G C

WOBBLE HYPOTHESIS ( F. Crick, 1966 )

ANTICODON

CODON

1st POSITION

3rd POSITION

{ U

C1'

X

U C

C U

G I

U U G I A

U

STANDARD:

} U U

U

G

A A G

A U G C I

U A C G C

WOBBLE RULES UNIVERSAL:

Anticodon, 5’

A

U

I

C U A

G

C U

C

G

U*

A G

MITOCHONDRIAL

U

A G C U

3’, Codon

МОДИФИКАЦИИ ПЕРВОГО ОСНОВАНИЯ КОДОНА

O

O O

H N O

CH

3

O CH

H N O

N

CO O H

2

N

R ib o s e

R ib o se

M e th o x y u rid in e ( m o 5 U )

5 -C a rb o x y m e th o x y u r id in e (c m o 5 U o r V ) O H

O O H

N

H N

N H N

CH

N

N

2

N H N

R ib o s e H 2N In o s in e (I)

O

R ib o s e Q u e u o s in e (Q u o o r Q )

WOBBLE HYPOTHESIS ( F. Crick, 1966 )

ANTICODON

CODON

1st POSITION

3rd POSITION

{ U

C1'

X

U C

C U

G I

U U G I A

U

STANDARD:

} U U

U

G

A A G

A U G C I

U A C G C

WOBBLE RULES UNIVERSAL:

Anticodon, 5’

A

U

I

C U A

G

C U

U*

A G

C

G

MITOCHONDRIAL

U

A G C U

3’, Codon

ФАКТОР-ЗАВИСИМОЕ СВЯЗЫВАНИЕ Аа-тРНК С РИБОСОМОЙ

РАБОЧИЙ (ЭЛОНГАЦИОННЫЙ) ЦИКЛ РИБОСОМЫ

РАБОЧИЙ ЦИКЛ ТРАНСЛИРУЮЩЕЙ РИБОСОМЫ (ЭЛОНГАЦИОННЫЙ ЦИКЛ)

Связывание

EF-Tu (EF1A) GDP Form

GTP Form

AMINOACYL -tRNA • EF-Tu (EF1A) • GTP COMPLEX

tRNA

3

2 EF1A 1

РАБОЧИЙ ЦИКЛ ТРАНСЛИРУЮЩЕЙ РИБОСОМЫ (ЭЛОНГАЦИОННЫЙ ЦИКЛ)

Последовательность событий с участием фактора элонгации EF1A (EF-Tu) (цикл EF1A)

(1) EF1A·GTP + Aa-tRNA → Aa-tRNA· EF1A·GTP (2) Aa-tRNA· EF1A·GTP + RS·mRNA → RS·mRNA·Aa-tRNA· EF1A·GTP (3) RS·mRNA·Aa-tRNA· EF1A·GTP + H2O → RS·mRNA·Aa-tRNA· EF1A·GDP + PI (4) RS·mRNA·Aa-tRNA· EF1A·GDP → RS·mRNA·Aa-tRNA + EF1A·GDP (5) EF1A·GDP + EF1B (EF-Ts) → EF1A· EF1B (EF-Tu·Ts) + GDP (6) EF1A· EF1B + GTP → EF1A·GTP + EF1B (EF-Ts)

ТРАНСПЕПТИДАЦИЯ

РАБОЧИЙ ЦИКЛ ТРАНСЛИРУЮЩЕЙ РИБОСОМЫ (ЭЛОНГАЦИОННЫЙ ЦИКЛ)

Транспептидация

Три последовательные химические реакции биосинтеза белка

(1) Aa + ATP → Aa~AMP + P~P (2) Aa~AMP + tRNA → Aa~tRNA + AMP (3) Aa~tRNA + Pept~tRNA → Pept-Aa~tRNA + tRNA

ТРАНСПЕПТИДАЦИЯ P site

A site

tRNA'cc

tRNA''cc

tRNA'cc

tRNA''cc

O

O

O

O

A

CH2 O

O

+

A

CH2 O

OH

O

O C R'

P site

OH

A site

A

transpeptidation CH2 O OH

+ OH

O

C O

CH

R''

NH

CH

R''

CH

NH2

NH C O

R CH

R'

CH NH

n

C O CH3 S (CH2)2

H

CH

OH

C O

C O NH

C O R

CH

NH

NH

C

C O O

A

CH2 O

CH3 S (CH2)2

CH NH C

H

O

n

ТРАНСПЕПТИДАЦИЯ

ТЕТРАЭДРИЧЕСКИЙ ИНТЕРМЕДИАТ

АТАКА A site tRNA C 'i+ 1 N C

α i

i

••

C N

РАСПАД ИНТЕРМЕДИАТА A site tRNA

α i+ 1

i+ 1

C 'i

A

P site tRNA

B

C

P site tRNA

Какой компонент рибосомы отвечает за катализ реакции транспептидации? (Что такое рибосомная пептидил-трансфераза?)

“The ribosome is a ribozyme: The catalytic business of the ribosome is conducted entirely by RNA.” P. B. Moore and T. A. Steitz, 2003.

Домены рибосомной 23S РНК

PTC

PTC – ПЕПТИДИЛ-ТРАНСФЕРАЗНЫЙ ЦЕНТР 50S РИБОСОМНОЙ СУБЪЕДИНИЦЫ

ТРАНСПЕПТИДАЦИЯ

ТРАНСПЕПТИДАЦИЯ

ТРАНСЛОКАЦИЯ

РАБОЧИЙ ЦИКЛ ТРАНСЛИРУЮЩЕЙ РИБОСОМЫ (ЭЛОНГАЦИОННЫЙ ЦИКЛ)

Транслокация

EF-G (EF1A)

МОЛЕКУЛЯРНАЯ МИМИКРИЯ: Aa-tRNA:EF1:GTP

versus

EF2 (EF-G)

БЕСФАКТОРНАЯ («НЕЭНЗИМАТИЧЕСКАЯ») ТРАНСЛОКАЦИЯ

РАБОЧИЙ ЦИКЛ ТРАНСЛИРУЮЩЕЙ РИБОСОМЫ: БЕСФАКТОРНОЕ ШУНТИРОВАНИЕ

БЕСФАКТОРНАЯ («НЕЭНЗИМАТИЧЕСКАЯ») ТРАНСЛОКАЦИЯ

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ РИБОСОМ (1) Рибосома трифункциональна: она представляет собой (а) декодирующее устройство (генетическая функция), (б) пептидил-трансферазу (каталитическая функция), и (в) транспортную молекулярную машину (функция транслокации). (2) Генетическая функция и каталитическая функция рибосомы четко разделены между двумя рибосомными субъединицами малой и большой, соответственно. (3) Двигательная функция (функция транслокации) требует двух ассоциированных субъединиц. (4) Как транслокация, так и связывание аминоацил-тРНК с рибосомой катализируются белковыми факторами элонгации – EF1 и EF2 – с потреблением ГТФ (нуклеозидтрифосфат-зависимый катализ конформационных переходов). (5) Функционирующая рибосома характеризуется внутри-субъединичной и меж-субъединичной крупноблочной подвижностью, которая вовлечена в транслокационный механизм.