Back to chapter

9.4:

Π£Π»ΡƒΡ‡ΡˆΠ΅Π½ΠΈΠ΅ 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 эукариотичСская мРНК транслируСтся для получСния Π±Π΅Π»ΠΊΠ° Ρ‚ΠΈΠΏΠΈΡ‡Π½ΠΎΠ³ΠΎ Ρ€Π°Π·ΠΌΠ΅Ρ€Π° ΠΏΡ€ΠΈΠΌΠ΅Ρ€Π½ΠΎ Π·Π° 30–60 сСкунд. Π’ Ρ…ΠΎΠ΄Π΅ этого процСсса Ρ‚ΠΎΡ‡Π½ΠΎΡΡ‚ΡŒ трансляции поддСрТиваСтся Ρ„Π°ΠΊΡ‚ΠΎΡ€Π°ΠΌΠΈ удлинСния, EF-Tu ΠΈ EF-G Π² бактСриях ΠΈ Ρ„Π°ΠΊΡ‚ΠΎΡ€Π°ΠΌΠΈ EF-1 ΠΈ EF-2 Π² эукариотах. Π’ΠΎ врСмя трансляции EF-Tu ассоциируСтся с Π“Π’Π€ ΠΈ Π°ΠΌΠΈΠ½ΠΎΠ°Ρ†ΠΈΠ»ΡŒΠ½ΠΎΠΉ Ρ‚Π ΠΠš.ВмСстС, ΠΎΠ½ΠΈ ΡΠ²ΡΠ·Ρ‹Π²Π°ΡŽΡ‚ сайт рибосомы для формирования ΠΊΠΎΠ΄ΠΎΠ½-Π°Π½Ρ‚ΠΈΠΊΠΎΠ΄ΠΎΠ½Π½ΠΎΠ³ΠΎ дюплСкса. КаТдоС ΠΊΠΎΠ΄ΠΎΠ½-Π°Π½Ρ‚ΠΈΠΊΠΎΠ΄ΠΎΠ½ взаимодСйствиС провСряСтся Π΄Π²Π°ΠΆΠ΄Ρ‹. ΠŸΠ΅Ρ€Π²Π°Ρ ΠΊΠΎΠ½Ρ‚Ρ€ΠΎΠ»ΡŒΠ½Π°Ρ Ρ‚ΠΎΡ‡ΠΊΠ° ΠΊΠΎΠΌΠΏΠ»Π΅ΠΌΠ΅Π½Ρ‚Π°Ρ€Π½ΠΎΠ΅ сопряТСниС оснований ΠΌΠ΅ΠΆΠ΄Ρƒ ΠΊΠΎΠ΄ΠΎΠ½ΠΎΠΌ мРНК ΠΈ Π°Π½Ρ‚ΠΈΠΊΠΎΠ΄ΠΎΠ½ΠΎΠΌ Ρ‚Π ΠΠš.ΠšΠΎΡ€Ρ€Π΅ΠΊΡ‚Π½Π°Ρ ΠΊΠΎΠ΄ΠΎΠ½-Π°Π½Ρ‚ΠΈΠΊΠΎΠ΄ΠΎΠ½ ΠΏΠ°Ρ€Π° связываСтся Π±ΠΎΠ»Π΅Π΅ ΠΏΠ»ΠΎΡ‚Π½ΠΎ, Ρ‡Π΅ΠΌ нСкоррСктная Ρ‚Π ΠΠš, которая Π±ΡƒΠ΄Π΅Ρ‚ Π΄ΠΈΡΡΠΎΡ†ΠΈΠΈΡ€ΠΎΠ²Π°Ρ‚ΡŒ. На Π²Ρ‚ΠΎΡ€ΠΎΠΌ ΠΊΠΎΠ½Ρ‚Ρ€ΠΎΠ»ΡŒΠ½ΠΎ-пропускном ΠΏΡƒΠ½ΠΊΡ‚Π΅ Ρ‡Π°ΡΡ‚ΡŒ Π³Π΅Π½Π° 16S Ρ€ΠΈΠ±ΠΎΡΠΎΠΌΠ°Π»ΡŒΠ½ΠΎΠΉ РНК Π² нСбольшой Ρ€ΠΈΠ±ΠΎΡΠΎΠΌΠ°Π»ΡŒΠ½ΠΎΠΉ ΠΏΠΎΠ΄Π΅Π΄ΠΈΠ½ΠΈΡ†Π΅ складываСтся Π²ΠΎΠΊΡ€ΡƒΠ³ сопряТСнных оснований, формируя ΡΠ΅Ρ‚ΡŒ Ρ€ΠΈΠ±ΠΎΡΠΎΠΌΠ°Π»ΡŒΠ½Ρ‹Ρ… ΠΊΠΎΠ½Ρ‚Π°ΠΊΡ‚ΠΎΠ², ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€Ρ‹Π΅ спСциичны для ΠΊΠ°ΠΆΠ΄ΠΎΠ³ΠΎ полоТСния ΠΊΠΎΠ΄ΠΎΠ½Π°-Π°Π½Ρ‚ΠΈΠΊΠΎΠ΄ΠΎΠ½Π°. ΠΠ΅ΡΠΎΠ²ΠΏΠ°Π΄Π°ΡŽΡ‰ΠΈΠ΅ Ρ‚Π ΠΠš Π½Π΅ ΠΌΠΎΠΆΠ΅Ρ‚ ΡΠ΄Π΅Π»Π°Ρ‚ΡŒ Ρ€ΠΈΠ±ΠΎΡΠΎΠΌΠ°Π»ΡŒΠ½Ρ‹Π΅ ΠΊΠΎΠ½Ρ‚Π°ΠΊΡ‚Ρ‹ ΠΈ диссоциируСт, ΠΏΠΎΠΊΠ° коррСктная Ρ‚Π ΠΠš Π½Π΅ ΠΈΠ·ΠΌΠ΅Π½ΠΈΡ‚ ΠΏΠΎΠ΄Ρ‚Π²Π΅Ρ€ΠΆΠ΄Π΅Π½ΠΈΠ΅ каталитичСского Ρ†Π΅Π½Ρ‚Ρ€Π° Π²Π½ΡƒΡ‚Ρ€ΠΈ рибосомы.Π­Ρ‚ΠΎ называСтся ΠΈΠ½Π΄ΡƒΡ†ΠΈΡ€ΠΎΠ²Π°Π½Π½ΠΎΠΉ ΠΏΠΎΠ΄Π³ΠΎΠ½ΠΊΠΎΠΉ. Π­Ρ‚ΠΎ ΠΏΡ€ΠΈΠ²ΠΎΠ΄ΠΈΡ‚ ΠΊ Ρ‚ΠΎΠΌΡƒ, Ρ‡Ρ‚ΠΎ EF-Tu Π±ΡƒΠ΄Π΅Ρ‚ Π³ΠΈΠ΄Ρ€ΠΎΠ»ΠΈΠ·ΠΈΡ€ΠΎΠ²Π°Ρ‚ΡŒ Π“Π’Π€ ΠΈ Π΄ΠΈΡΡΠΎΡ†ΠΈΠΈΡ€ΠΎΠ²Π°Ρ‚ΡŒ ΠΎΡ‚ рибосомы. ВыпущСнная Π°ΠΌΠΈΠ½ΠΎΠ°Ρ†ΠΈΠ»ΡŒΠ½Π°Ρ Ρ‚Π ΠΠš ΠΌΠΎΠΆΠ΅Ρ‚ Ρ‚Π΅ΠΏΠ΅Ρ€ΡŒ ΡƒΡ‡Π°ΡΡ‚Π²ΠΎΠ²Π°Ρ‚ΡŒ Π² трансляции.Если Π°ΠΌΠΈΠ½ΠΎΠ°Ρ†ΠΈΠ»ΡŒΠ½ΠΎΠΉ Ρ‚Π ΠΠš удастся ΠΈΠ·Π±Π΅ΠΆΠ°Ρ‚ΡŒ ΠΊΠΎΡ€Ρ€Π΅ΠΊΡ†ΠΈΠΈ ΠΈ ΠΎΠ½Π° Π±ΡƒΠ΄Π΅Ρ‚ Π΄ΠΎΠ±Π°Π²Π»Π΅Π½Π° ΠΊ растущСй Ρ†Π΅ΠΏΠΎΡ‡ΠΊΠ΅ ΠΏΠΎΠ»ΠΈΠΏΠ΅ΠΏΡ‚ΠΈΠ΄ΠΎΠ², нСсоотвСтствиС ΠΌΠ΅ΠΆΠ΄Ρƒ ΠΊΠΎΠ΄ΠΎΠ½ΠΎΠΌ ΠΈ Π°Π½Ρ‚ΠΈΠΊΠΎΠ΄ΠΎΠ½ΠΎΠΌ Π² P-сайтС рибосомы ΠΏΡ€ΠΈΠ²ΠΎΠ΄ΠΈΡ‚ ΠΊ ΡƒΠ²Π΅Π»ΠΈΡ‡Π΅Π½ΠΈΡŽ ΠΏΡ€ΠΎΡ†Π΅Π½Ρ‚Π° ошибок Π½Π° A-сайтС. Π‘ ΠΏΠΎΡΠ»Π΅Π΄ΠΎΠ²Π°Ρ‚Π΅Π»ΡŒΠ½Ρ‹ΠΌΠΈ Ρ€Π°ΡƒΠ½Π΄Π°ΠΌΠΈ Π½Π΅ΠΏΡ€Π°Π²ΠΈΠ»ΡŒΠ½ΠΎΠ³ΠΎ Π²ΠΊΠ»ΡŽΡ‡Π΅Π½ΠΈΡ аминокислот, нСисправная полипСптидная Ρ†Π΅ΠΏΠΎΡ‡ΠΊΠ° Π±ΡƒΠ΄Π΅Ρ‚ ΠΏΡ€Π΅ΠΆΠ΄Π΅Π²Ρ€Π΅ΠΌΠ΅Π½Π½ΠΎ ΠΏΡ€Π΅ΠΊΡ€Π°Ρ‰Π΅Π½Π° Ρ„Π°ΠΊΡ‚ΠΎΡ€Π°ΠΌΠΈ Ρ€Π΅Π»ΠΈΠ·Π°, ΠΈ Π΄Π΅Ρ„Π΅ΠΊΡ‚Π½Ρ‹ΠΉ Π±Π΅Π»ΠΎΠΊ Π±ΡƒΠ΄Π΅Ρ‚ Ρ€Π°Π·Ρ€ΡƒΡˆΠ΅Π½.

9.4:

Π£Π»ΡƒΡ‡ΡˆΠ΅Π½ΠΈΠ΅ точности трансляции

ΠšΠΎΠΌΠΏΠ»Π΅ΠΌΠ΅Π½Ρ‚Π°Ρ€Π½ΠΎΡΡ‚ΡŒ оснований ΠΌΠ΅ΠΆΠ΄Ρƒ трСмя ΠΏΠ°Ρ€Π°ΠΌΠΈ оснований ΠΊΠΎΠ΄ΠΎΠ½Π° мРНК ΠΈ Π°Π½Ρ‚ΠΈΠΊΠΎΠ΄ΠΎΠ½ΠΎΠΌ Ρ‚Π ΠΠš Π½Π΅ являСтся Π±Π΅Π·ΠΎΡ‚ΠΊΠ°Π·Π½Ρ‹ΠΌ ΠΌΠ΅Ρ…Π°Π½ΠΈΠ·ΠΌΠΎΠΌ. НСточности ΠΌΠΎΠ³ΡƒΡ‚ Π²Π°Ρ€ΡŒΠΈΡ€ΠΎΠ²Π°Ρ‚ΡŒΡΡ ΠΎΡ‚ ΠΎΠ΄Π½ΠΎΠ³ΠΎ нСсоотвСтствия Π΄ΠΎ ΠΏΠΎΠ»Π½ΠΎΠ³ΠΎ отсутствия ΠΏΡ€Π°Π²ΠΈΠ»ΡŒΠ½ΠΎΠ³ΠΎ спаривания оснований. Π Π°Π·Π½ΠΈΡ†Π° Π² свободной энСргии ΠΌΠ΅ΠΆΠ΄Ρƒ ΠΏΡ€Π°Π²ΠΈΠ»ΡŒΠ½Ρ‹ΠΌ ΠΈ ΠΏΠΎΡ‡Ρ‚ΠΈ ΠΏΡ€Π°Π²ΠΈΠ»ΡŒΠ½Ρ‹ΠΌ спариваниСм оснований ΠΌΠΎΠΆΠ΅Ρ‚ Π±Ρ‹Ρ‚ΡŒ всСго 3 ΠΊΠΊΠ°Π»/моль. ΠŸΠΎΡΠΊΠΎΠ»ΡŒΠΊΡƒ ΠΊΠΎΠΌΠΏΠ»Π΅ΠΌΠ΅Π½Ρ‚Π°Ρ€Π½ΠΎΡΡ‚ΡŒ являСтся СдинствСнным этапом ΠΏΡ€ΠΎΠ²Π΅Ρ€ΠΊΠΈ, расчСтная частота ошибок Π±ΡƒΠ΄Π΅Ρ‚ ΡΠΎΡΡ‚Π°Π²Π»ΡΡ‚ΡŒ ΠΎΠ΄Π½Ρƒ Π½Π΅ΠΏΡ€Π°Π²ΠΈΠ»ΡŒΠ½ΡƒΡŽ аминокислоту Π½Π° ΠΊΠ°ΠΆΠ΄Ρ‹Π΅ 100 Π²ΠΊΠ»ΡŽΡ‡Π΅Π½Π½Ρ‹Ρ… аминокислот. Однако частота ошибок, наблюдаСмая Ρƒ ΠΎΡ€Π³Π°Π½ΠΈΠ·ΠΌΠΎΠ², Π·Π½Π°Ρ‡ΠΈΡ‚Π΅Π»ΡŒΠ½ΠΎ Π½ΠΈΠΆΠ΅.

Высокий ΡƒΡ€ΠΎΠ²Π΅Π½ΡŒ точности гарантируСтся двумя Π΄ΠΎΠΏΠΎΠ»Π½ΠΈΡ‚Π΅Π»ΡŒΠ½Ρ‹ΠΌΠΈ этапами ΠΏΡ€ΠΎΠ²Π΅Ρ€ΠΊΠΈ, основанными Π½Π° Π΄Π²ΡƒΡ… ΠΏΡ€ΠΈΠ½Ρ†ΠΈΠΏΠ°Ρ… Ρ„Π΅Ρ€ΠΌΠ΅Π½Ρ‚-субстратного взаимодСйствия.

Π’Π½ΡƒΡ‚Ρ€ΠΈ рибосомы пСптидилтрансфСразный Ρ†Π΅Π½Ρ‚Ρ€ (ПВЦ) ΠΊΠ°Ρ‚Π°Π»ΠΈΠ·ΠΈΡ€ΡƒΠ΅Ρ‚ ΠΎΠ±Ρ€Π°Π·ΠΎΠ²Π°Π½ΠΈΠ΅ ΠΊΠΎΠ²Π°Π»Π΅Π½Ρ‚Π½ΠΎΠΉ связи ΠΌΠ΅ΠΆΠ΄Ρƒ аминокислотами с ΠΎΠ±Ρ€Π°Π·ΠΎΠ²Π°Π½ΠΈΠ΅ΠΌ ΠΏΠΎΠ»ΠΈΠΏΠ΅ΠΏΡ‚ΠΈΠ΄Π½ΠΎΠΉ Ρ†Π΅ΠΏΠΈ. Как ΠΈ любой Π΄Ρ€ΡƒΠ³ΠΎΠΉ Ρ„Π΅Ρ€ΠΌΠ΅Π½Ρ‚, ПВЦ Ρ‚Π°ΠΊΠΆΠ΅ ΠΈΠΌΠ΅Π΅Ρ‚ Π°ΠΊΡ‚ΠΈΠ²Π½Ρ‹ΠΉ сайт, ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€Ρ‹ΠΉ Ρ€Π°Π·Π»ΠΈΡ‡Π°Π΅Ρ‚ субстраты Π½Π° основС ΠΈΡ… молСкулярной структуры. ΠžΡΡ‚Π°Ρ‚ΠΊΠΈ Π² 16S Ρ€Π ΠΠš ΠΌΠ°Π»ΠΎΠΉ рибосомной ΡΡƒΠ±ΡŠΠ΅Π΄ΠΈΠ½ΠΈΡ†Ρ‹ ΠΎΠ±Ρ€Π°Π·ΡƒΡŽΡ‚ Π²ΠΎΠ΄ΠΎΡ€ΠΎΠ΄Π½Ρ‹Π΅ связи с Π°Ρ‚ΠΎΠΌΠ°ΠΌΠΈ оснований ΠΈ остова Ρ†Π΅ΠΏΠΈ дуплСкса ΠΊΠΎΠ΄ΠΎΠ½-Π°Π½Ρ‚ΠΈΠΊΠΎΠ΄ΠΎΠ½. Волько ΠΏΡ€Π°Π²ΠΈΠ»ΡŒΠ½Π°Ρ Ρ‚Π ΠΠš ΠΌΠΎΠΆΠ΅Ρ‚ Π²Ρ‹Π·Π²Π°Ρ‚ΡŒ ΠΊΠΎΠ½Ρ„ΠΎΡ€ΠΌΠ°Ρ†ΠΈΠΎΠ½Π½Ρ‹Π΅ измСнСния Π² ПВЦ, ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€Ρ‹ΠΉ осущСствляСт ΠΊΠ°Ρ‚Π°Π»ΠΈΠ·.

Π’Ρ‚ΠΎΡ€ΠΎΠΉ этап, Π½Π°Π·Ρ‹Π²Π°Π΅ΠΌΡ‹ΠΉ кинСтичСским Ρ€Π΅Π΄Π°ΠΊΡ‚ΠΈΡ€ΠΎΠ²Π°Π½ΠΈΠ΅ΠΌ, происходит послС Π½Π΅ΠΎΠ±Ρ€Π°Ρ‚ΠΈΠΌΠΎΠΉ диссоциации EF-Tu·GDP ΠΎΡ‚ рибосомы. Π“ΠΈΠ΄Ρ€ΠΎΠ»ΠΈΠ· GTP ΠΎΡ‚ΠΌΠ΅Ρ‡Π°Π΅Ρ‚ Π½Π°Ρ‡Π°Π»ΠΎ ΠΊΠΎΡ€ΠΎΡ‚ΠΊΠΎΠΉ Π·Π°Π΄Π΅Ρ€ΠΆΠΊΠΈ, Π² Ρ‚Π΅Ρ‡Π΅Π½ΠΈΠ΅ ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€ΠΎΠΉ Π°ΠΌΠΈΠ½ΠΎΠ°Ρ†ΠΈΠ»-Ρ‚Π ΠΠš пСрСмСщаСтся Π² Π°ΠΊΡ‚ΠΈΠ²Π½Ρ‹ΠΉ Ρ†Π΅Π½Ρ‚Ρ€ ПВЦ для ΠΊΠ°Ρ‚Π°Π»ΠΈΠ·Π°. Π’ΠΎ врСмя этой Π·Π°Π΄Π΅Ρ€ΠΆΠΊΠΈ Π»ΡŽΠ±Ρ‹Π΅ Π½Π΅ΠΏΡ€Π°Π²ΠΈΠ»ΡŒΠ½Ρ‹Π΅ ΠΏΠ°Ρ€Ρ‹ ΠΊΠΎΠ΄ΠΎΠ½-Π°Π½Ρ‚ΠΈΠΊΠΎΠ΄ΠΎΠ½, ΠΊΠΎΡ‚ΠΎΡ€Ρ‹Π΅ проскочили Ρ‡Π΅Ρ€Π΅Π· этап ΠΈΠ½Π΄ΡƒΡ†ΠΈΡ€ΠΎΠ²Π°Π½Π½ΠΎΠΉ ΠΏΠΎΠ΄Π³ΠΎΠ½ΠΊΠΈ, с большСй Π²Π΅Ρ€ΠΎΡΡ‚Π½ΠΎΡΡ‚ΡŒΡŽ Π΄ΠΈΡΡΠΎΡ†ΠΈΠΈΡ€ΡƒΡŽΡ‚, Ρ‡Π΅ΠΌ ΠΏΡ€Π°Π²ΠΈΠ»ΡŒΠ½Ρ‹Π΅ ΠΏΠ°Ρ€Ρ‹. ΠŸΡ€ΠΈΡ‡ΠΈΠ½Π° этого Π² Ρ‚ΠΎΠΌ, Ρ‡Ρ‚ΠΎ Π½Π΅ΠΏΡ€Π°Π²ΠΈΠ»ΡŒΠ½Π°Ρ Ρ‚Π ΠΠš создаСт Π±ΠΎΠ»Π΅Π΅ слабыС ΠΏΠ°Ρ€Ρ‹ оснований с ΠΊΠΎΠ΄ΠΎΠ½ΠΎΠΌ, ΠΈ врСмя Π·Π°Π΄Π΅Ρ€ΠΆΠΊΠΈ большС для Π½Π΅ΠΏΡ€Π°Π²ΠΈΠ»ΡŒΠ½Ρ‹Ρ…, Ρ‡Π΅ΠΌ ΠΏΡ€Π°Π²ΠΈΠ»ΡŒΠ½Ρ‹Ρ… совпадСний.

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.