10.6: Prokaryotisk översättning

apr 30, 2021
admin

Sedan RNA har kommit ut ur RNAP och det finns tillräckligt med utrymme för en ribosom kan översättningen börja i prokaryoter. För högt uttryckta gener skulle det faktiskt inte vara ovanligt att se flera RNA-polymeraser som transkriberar DNA:t och flera ribosomer på vart och ett av transkriptionerna som översätter mRNA:t till protein! Processen börjar med den lilla ribosomala underenheten (och endast den lilla underenheten – om den är fäst vid den stora underenheten kan den inte binda mRNA), som binder löst till mRNA:t och börjar scanna av det för att hitta en igenkänningssekvens som kallas Shine-Dalgarno-sekvensen, efter dess upptäckare. När denna väl känns igen av den lilla ribosomala underenheten rRNA positioneras den lilla underenheten runt startkodonet (AUG). Denna process underlättas av initieringsfaktorer enligt följande.

Figur \(\PageIndex{3}\). Initiering av översättning i prokaryoter. (A) 30S-underenhet binder till Shine-Dalgarno sekvensen. (B) fMet-tRNAi laddas in i den mellersta slitsen i den lilla ribosomala underenheten. Initieringsfaktorer upptar de två andra platserna. (C) Den stora ribosomala underenheten dockar till den lilla underenheten. (D) Initieringsfaktorerna frigörs och ribosomen är redo att påbörja translation.

Den 30S ribosomala underenheten dissocieras från den 50S ribosomala underenheten om den var associerad med en sådan, och binder till intiationsfaktorerna IF-1 och IF-3. IF-1 binder till A-platsen, där den förhindrar att nya aminoacyl-tRNA-molekyler kommer in innan den fullständiga ribosomen är sammansatt. Den underlättar också sammansättningen och stabiliseringen av initieringskomplexet. IF-3 krävs för att 30S-underenheten ska kunna binda till mRNA. När detta har skett anländer IF-2-GTP till platsen och för med sig initiatoraminoacyl-tRNA. Detta sätter sig i P-platsen, som är placerad så att tRNA:s anticodon sätter sig över mRNA:s AUG-startkodon. Hydrolys av det GTP som är knutet till IF-2 och frisättning av alla initieringsfaktorer krävs för att 50S-underenheten ska kunna binda till 30S-underenheten för att bilda den fullständiga och fullt fungerande ribosomen. Eftersom GTP-hydrolys krävs är sammanfogningen av underenheterna irreversibel spontant och kräver energiförbrukning när översättningen avslutas. När 50S-underenheten har förenats med 30S-underenheten är A-platsen redo att ta emot nästa aminoacyl-tRNA.

Figur \(\PageIndex{4}\). Bildning av peptidbindning vid tillägget av den tredje aminosyran. De två föregående aminosyrorna är peptidbundna tillsammans samt knutna till tRNA från den andra aminosyran. Aminoacyl- tRNA-bindningen bryts och överförs/ombildas till peptidbindningen som förbinder den ursprungliga dipeptiden med den tredje aminosyran.

En vanlig och förståelig missuppfattning är att den nya aminosyra som förs till ribosomen läggs till på den växande polypeptidkedjan. I själva verket är mekanismen exakt den motsatta: polypeptiden läggs till på den nya aminosyran (figur \(\PageIndex{4}\)). Detta börjar med den andra aminosyran som ska läggas till ett nytt protein (figur \(\PageIndex{5}\)). Den första aminosyran, en metionin, som du säkert minns, kom in tillsammans med IF-2 och initiator-tRNA. Det nya aminoacyl-tRNA:t eskorteras av EF-Tu, en förlängningsfaktor som bär på GTP. När aa-tRNA:t är på plats hydrolyserar EF-Tu GTP:t och dissocierar sig från aminoacyl-tRNA:t och ribosomen.

Det var länge lite mystiskt att samtidigt docka två tRNA-molekyler på omedelbart intilliggande kodoner i mRNA. Under normala förhållanden borde det inte finnas tillräckligt med utrymme, eftersom tRNA:erna är ganska skrymmande och det ena borde hindra det andra från att nå mRNA:t för att göra en kodon-anticodon matchning. Frågan klargjordes slutligen 2001 genom röntgenkristallografiska undersökningar som visade att det finns en krökning i mRNA mellan kodonet i P-platsen och kodonet i A-platsen. Böjningen placerar de två associerade tRNA:erna i lite olika vinklar och skapar på så sätt precis tillräckligt med utrymme för att båda ska kunna upprätthålla baspar- nande vätebindningar med mRNA:et. Se Yusupov et al, Science 292 (5518): 883-896, 2001.

När ett nytt aminoacyl-tRNA hamnar i ribosomens A-slits är anticodonet uppradat med mRNA:s kodon. Om det inte finns någon komplementaritet flyter aminoacyl-tRNA:t snart tillbaka ut ur slitsen för att ersättas av en annan kandidat. Men om det finns komplementaritet (eller något som ligger tillräckligt nära, vilket påminner om idén om wobble) bildas H-bindningar mellan kodonet och antikodonet, tRNA ändrar konformation, vilket ändrar konformationen hos EF-Tu, vilket leder till hydrolys av GTP till GDP + Pi och frigörelse från aa-tRNA. Samspelet mellan kodon och antikodon är stabilt tillräckligt länge för att ribosomens katalytiska aktivitet ska kunna hydrolysa bindningen mellan fMet och tRNAf i P-platsen och fMet ska kunna fästas vid den nya aminosyran med en peptidbindning i A-platsen. Den nya aminosyran är fortfarande fäst vid sitt tRNA, och när denna process sker flyttar ribosomen sin position i förhållande till mRNA och tRNA. Detta placerar det nu tomma tRNAf (utan aminosyra) i E-sloten, tRNAaa i P-sloten, som är fäst vid den aa som är bunden till Met, och A-sloten är återigen öppen för ett nytt tRNA att komma in. Elongationsfaktorn EF-G binder sig i närheten av A-sloten så snart EF-Tu lämnar den och krävs för ribosomal translokation och ger energi till processen genom att hydrolysa ett GTP som den bär med sig till ribosomen. Enligt mina elevers erfarenheter verkar det bästa sättet att lära sig detta vara att studera diagrammen och se molekylernas rörelser och fylla i de mekanistiska detaljerna i huvudet. Denna process fortsätter tills ribosomen för A-spåret i linje med ett stoppkodon.

Figur \(\PageIndex{6}\). Avslutande av translation.

Det finns inget tRNA med ett anticodon för stoppkodonet. Istället finns det en uppsättning frisättningsfaktorer som t in i ribosomens A-plats, binder till stoppkodonet och aktiverar ribosomen för att skära av bindningen mellan polypeptidkedjan och det sista tRNA:t (Figur \(\PageIndex{6}\)). Beroende på vilket stoppkodon som är närvarande går antingen RF1 (känner igen UAA eller UAG) eller RF2 (för UAA eller UGA) först in i A-spåret. RF1 eller RF2 komplexeras med RF3, som är inblandad i den efterföljande frigörelsen av RF-komplexet från A-sloten. Detta är nödvändigt eftersom när polypeptiden väl har frigjorts från ribosomen måste mRNA frigöras. Ribosome releasing factor (RRF) binder också i A-spåret, vilket orsakar en konformationsförändring i ribosomen som frigör det tidigare och nu tomma tRNA. Slutligen binder EF-G till RRF, och med en åtföljande hydrolys av GTP orsakar detta en uppdelning av ribosomen i separata stora och små underenheter. Observera att det är kombinationen av EF-G/RRF som orsakar dissociation; EF-G ensam spelar en annan roll i ribosomens rörelse när den inte befinner sig vid stoppkodonet.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.