Рибосома представляет собой ø 20 нм большой рибонуклеопротеиновый комплекс большой (50S) и малой (30S) субъединица. Он собирает длинные пептиды вдоль шаблона мРНК процессивно и совместно. Рибосома 30S связывается с fMet-tRNAfMet и мРНК, чтобы начать синтез белка, а затем 50S присоединяется, образуя комплекс инициации 70S. ТРНК приносят аминокислоты в рибосому на А-сайте (сайт связывания аминоацил-тРНК), в то время как удлиненная пептидильная цепь удерживается на Р-сайте (пептидил-тРНК-сайт связывания). В пре-транслокационном комплексе пептидильная цепь переносится в тРНК на А-участке с добавлением одной аминокислоты. Между тем, Р-сайт тРНК деацилируется. Затем A-, P-тРНК перемещаются к P-, E-сайтам с образованием пост-транслокационного комплекса, в котором E-сайт представляет собой сайт выхода тРНК. В этом состоянии пептидил-тРНК перемещается обратно в Р-сайт. Цикл удлинения продолжается между пре- и постконформациями, в то время как рибосома транслоцируется на мРНК, по одному кодону за раз1. Рибосома высоко координирует различные функциональные участки, чтобы сделать этот процесс эффективным и точным, такие как храповая храповаяхраповая храповая 2между субъединицами, флуктуации гибридизации тРНК3,активации GTPase4,открытие-закрытие стебля L15и т. Д. Следовательно, рибосомы быстро раздваиваются, потому что каждая молекула движется в своем собственном темпе. Обычные методы могут выводить только кажущиеся средние параметры, но малонаселенные или короткоживущие виды будут маскироваться в среднемэффекте 6. Метод одной молекулы может нарушить это ограничение, обнаружив каждую рибосому по отдельности, а затем идентифицировать различные виды с помощью статистической реконструкции7. Различные сайты маркировки были реализованы для исследования динамики рибосом, таких как взаимодействия между тРНК-тРНК8,EF-G-L119,L1-тРНК10и т. Д. Кроме того, при маркировке больших и малых субъединиц, соответственно, наблюдается межсуставная храповая кинетика и координация с факторами11,12. Между тем, метод smFRET имеет широкое применение в других центральных биологических процессах, а многоцветные методы FRET появляются13.
Ранее была разработана новая рибосома FRET пары14,15. Рекомбинантный рибосомный белок L27 был экспрессирован, очищен и помечен и включен обратно в рибосому. Этот белок взаимодействовал с тРНК на близком расстоянии и помог стабилизировать рРНК P-сайта в пост-транслокационном комплексе. Когда тРНК перемещается из А- в Р-сайт, расстояние между этим белком и тРНК укорачивается, что можно различить по сигналу smFRET. Множественные рибосомные субпопуляции были идентифицированы с использованием статистических методов и мутагенеза, и спонтанный обмен этими популяциями в до-, но не пост-транслокационном комплексе предполагает, что рибосома более гибкая перед перемещением по мРНК и более жесткая при декодировании16,17,18. Эти вариации необходимы для функции рибосом. Здесь протокол описывает детали маркировки рибосом/тРНК, их включение в рибосому, подготовку образцов smFRET и сбор/анализ данных19.