Back to chapter

9.4:

Улучшение точности трансляции

JoVE Core
Molecular Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Molecular Biology
Improving Translational Accuracy

Languages

Share

Одна эукариотическая мРНК транслируется для получения белка типичного размера примерно за 30–60 секунд. В ходе этого процесса точность трансляции поддерживается факторами удлинения, EF-Tu и EF-G в бактериях и факторами EF-1 и EF-2 в эукариотах. Во время трансляции EF-Tu ассоциируется с ГТФ и аминоацильной тРНК.Вместе, они связывают сайт рибосомы для формирования кодон-антикодонного дюплекса. Каждое кодон-антикодон взаимодействие проверяется дважды. Первая контрольная точка комплементарное сопряжение оснований между кодоном мРНК и антикодоном тРНК.Корректная кодон-антикодон пара связывается более плотно, чем некорректная тРНК, которая будет диссоциировать. На втором контрольно-пропускном пункте часть гена 16S рибосомальной РНК в небольшой рибосомальной подединице складывается вокруг сопряженных оснований, формируя сеть рибосомальных контактов, которые специичны для каждого положения кодона-антикодона. Несовпадающие тРНК не может сделать рибосомальные контакты и диссоциирует, пока корректная тРНК не изменит подтверждение каталитического центра внутри рибосомы.Это называется индуцированной подгонкой. Это приводит к тому, что EF-Tu будет гидролизировать ГТФ и диссоциировать от рибосомы. Выпущенная аминоацильная тРНК может теперь участвовать в трансляции.Если аминоацильной тРНК удастся избежать коррекции и она будет добавлена к растущей цепочке полипептидов, несоответствие между кодоном и антикодоном в P-сайте рибосомы приводит к увеличению процента ошибок на A-сайте. С последовательными раундами неправильного включения аминокислот, неисправная полипептидная цепочка будет преждевременно прекращена факторами релиза, и дефектный белок будет разрушен.

9.4:

Улучшение точности трансляции

Комплементарность оснований между тремя парами оснований кодона мРНК и антикодоном тРНК не является безотказным механизмом. Неточности могут варьироваться от одного несоответствия до полного отсутствия правильного спаривания оснований. Разница в свободной энергии между правильным и почти правильным спариванием оснований может быть всего 3 ккал/моль. Поскольку комплементарность является единственным этапом проверки, расчетная частота ошибок будет составлять одну неправильную аминокислоту на каждые 100 включенных аминокислот. Однако частота ошибок, наблюдаемая у организмов, значительно ниже.

Высокий уровень точности гарантируется двумя дополнительными этапами проверки, основанными на двух принципах фермент-субстратного взаимодействия.

Внутри рибосомы пептидилтрансферазный центр (ПТЦ) катализирует образование ковалентной связи между аминокислотами с образованием полипептидной цепи. Как и любой другой фермент, ПТЦ также имеет активный сайт, который различает субстраты на основе их молекулярной структуры. Остатки в 16S рРНК малой рибосомной субъединицы образуют водородные связи с атомами оснований и остова цепи дуплекса кодон-антикодон. Только правильная тРНК может вызвать конформационные изменения в ПТЦ, который осуществляет катализ.

Второй этап, называемый кинетическим редактированием, происходит после необратимой диссоциации EF-Tu·GDP от рибосомы. Гидролиз GTP отмечает начало короткой задержки, в течение которой аминоацил-тРНК перемещается в активный центр ПТЦ для катализа. Во время этой задержки любые неправильные пары кодон-антикодон, которые проскочили через этап индуцированной подгонки, с большей вероятностью диссоциируют, чем правильные пары. Причина этого в том, что неправильная тРНК создает более слабые пары оснований с кодоном, и время задержки больше для неправильных, чем правильных совпадений.

Suggested Reading

  1. Alberts, Bruce. "Molecular Biology of the Cell." (2016), Pgs 343-346.
  2. Rodnina, Marina V., and Wolfgang Wintermeyer. "Ribosome fidelity: tRNA discrimination, proofreading and induced fit." Trends in biochemical sciences 26, no. 2 (2001): 124-130.
  3. Ieong, Ka-Weng, Ülkü Uzun, Maria Selmer, and Måns Ehrenberg. "Two proofreading steps amplify the accuracy of genetic code translation." Proceedings of the National Academy of Sciences 113, no. 48 (2016): 13744-13749.