Wikipedia

Bakterijska translacija

Bakterijska translacija je proces kojim se iRNK translatira u proteine kod bakterija.

Primjer bakterijske translacije

Inicijacija

uredi
 
Inicijacija prokariotske translacije

Inicijacija translacije u bakterijama uključuje sklapanje komponenti translacijskog sistema, a to su: dvije ribosomske podjedinice (50S i 30S), zrela iRNK koja se prevodi tRNK napunjena N-formilmetioninom (prva aminokiselina u peptidu u nastajanju), gvanozin-trifosfat (GTP) kao izvor energije i tri prokariotska inicijacijska faktora IF1, IF2 i IF3, koji pomažu u sklapanju inicijacionog kompleksa. Mogu se predvidjeti varijacije u mehanizmu.

Ribosom ima tri aktivna mjesta: A mjesto, P mjesto i E mjesto. A mjesto je ulazna tačka za aminoacil tRNK (osim za prvu aminoacilnu tRNK, koja ulazi na P-mjesto). "P mjesto" je mjesto gdje se u ribosomu formira peptidil tRNK. I "E mjesto" koje je izlazno mjesto sada nenabijene tRNK, nakon što daje svoju aminokiselinu rastućem peptidnom lancu.

Odabir mjesta inicijacije (obično kodon AUG) ovisi o interakciji između 30S podjedinice i mRNA šablona. Podjedinica 30S vezuje se za šablon iRNK na purinima bogatom regionu (Shine-Dalgarnova sekvenca) uzvodno od AUG inicijacionog kodona. Shine-Dalgarnova sekvenca je komplementarna regiji bogatoj pirimidinom na komponenti 16S rRNK 30S podjedinice. Ova sekvenca je evolucijski konzrrvirana i ima glavnu ulogu u mikrobnom svijetu kakav danas poznajemo. Tokom formiranja inicijacionog kompleksa, ove komplementarne nukleotidne sekvence se uparuju, kako bi formirale dvolančanu strukturu RNK koja veže iRNK za ribosom na takav način da se inicijacijski kodon nalazi na P-mjestu.

Dobro poznate kodirajuće regije RNK koje nemaju inicijacione kodone AUG su one "lacI" (GUG)<[1] i lacA (UUG) u lac operonu E. coli.[2] Dvije studije su nezavisno pokazale da 17 ili više ne-AUG početni kodon može pokrenuti prijevod u E. coli.[3][4]

Postoje tri načina inicijacije: kanonski model povezivanja 30S, način skeniranja 70S i inicijacija bez vođe.[5] U kanonskom modu, 30S ribosomska podjedinica, inicijacijski faktori i inicijator fMet-tRNK vezuju se za iRNK, kako bi formirali preinicijacijski kompleks, koji zatim regrutuje 50S ribosomsku podjedinicu da započne translacijsku elongaciju. U režimu skeniranja, kompletan 70S ribosom, dok je već na iRNL, može se vezati za inicijacione faktore fMet-tRNK i inicirati translaciju skeniranjem iRNK za početno mjesto. Smatra se da je ovaj način važan za translaciju gena koji su grupirani u policistronskim operonima, gdje kanonski način vezivanja može biti poremećen zbog malih udaljenosti između susjednih gena na istoj molekuli iRNK.[6] Inicijacija bez vodeće niti može se desiti kada kompletan ribosomski 70S veže inicijacijske faktore i fMet-tRNK, ali na iRNK kojima nedostaju 5' UTR i imaju startni kodon na svom 3' kraju.[7]

Elongacija

uredi

Elongacija polipeptidnog lanca uključuje dodavanje aminokiselina na karboksil kraj rastućeg lanca. Rastući protein izlazi iz ribosoma kroz polipeptidni izlazni tunel u velikoj podjedinici.[8]

Elongacija počinje kada fMet-tRNK uđe u P-mjesto, uzrokujući konformacijsku promjenu koja otvara A-mjesto za vezanje nove aminoacil-tRNK. Ovo vezivanje je olakšano faktorom elongacije-Tu (EF-Tu), mala GTPaza. Za brzo i precizno prepoznavanje odgovarajuće tRNK, ribosom koristi velike konformacijske promjene (konformacijsko lektoriranje).[9]

Tada P-mjesto sadrži početak peptidnog lanca proteina koji treba kodirati, a mjesto A ima sljedeću aminokiselinu koja se dodaje u peptidni lanac. Rastući polipeptid vezan za tRNA na Pmjestu se odvaja od tRNK na P-mjestu i formira se peptidna veza između posljednjih aminokiselina polipeptida i aminokiseline koja je još vezana za tRNK na A-mjestu. Ovaj proces, poznat kao formiranje peptidne veze, katalizira ribozim (23S ribosomdka RNK u 50S ribosomskoj podjedinici).[10] Sada, A-mjesto ima novoformirani peptid, dok P-mjesto ima nenabijenu tRNK (tRNK bez aminokiselina). Novoformirani peptid u tRNK A-mjesta poznat je kao dipeptid, a cijeli sklop se naziva dipeptidil-tRNK. Poznato je da je tRNK na P-mjestu minus aminokiselina "deacilirana". U završnoj fazi elongacije, zvanoj translokacija, deacilirana tRNK (na P-mjestu) i dipeptidil-tRNK (na A-mjestu) zajedno sa svojim odgovarajućim kodonima kreću se u E- i P-mjesta, a novi kodon se kreće na A-mjesto. Ovaj proces katalizira faktor elongacije G (EF-G). Deacilirana tRNK na E-mjestu oslobađa se iz ribosoma tokom sljedećeg zauzimanja A-mjesta aminoacil-tRNK ponovo olakšanom EF-Tu.[11]

Ribosom nastavlja da prevodi preostale kodone na iRNK dok se više aminoacil-tRNK veže za A-mjesto, sve dok ribosom ne dostigne stop kodon na iRNK (UAA, UGA ili UAG).

Translacijski mehanizam radi relativno sporo u poređenju sa enzimskim sistemima koji kataliziraju replikaciju DNK. Proteini u bakterijama se sintetiziraju brzinom od samo 18 aminokiselinskih ostataka u sekundi, dok bakterijski replisomi sintetiziraju DNK brzinom od 1.000 nukleotida u sekundi. Ova razlika u brzini odražava, dijelom, razliku između polimerizacija četiri tipa nukleotida za stvaranje nukleinskih kiselina i polimerizacije 20 tipova aminokiselina za stvaranje proteina. Testiranje i odbacivanje netačnih molekula aminoacil-tRNK zahtijeva vrijeme i usporava sintezu proteina. Kod bakterija, translacijska inicijacija se događa čim se sintetizira 5' kraj iRNK, a translacija i transkripcija su spojene. To nije moguće kod eukariota jer se transkripcija i translacija vrše u odvojenim dijelovima ćelije (nukleus i citoplazma).

Terminacija

uredi

Terminacija se događa kada jedan od tri terminacijska kodona prelazi na A-lokaciju. Ove kodone ne prepoznaje nijedna tRNK. Umjesto toga, prepoznaju ih proteini koji se nazivaju faktori oslobađanja, naime RF1 (prepoznavanje stop kodona UAA i UAG) ili RF2 (prepoznavanje stop kodona UAA i UGA). Ovi faktori pokreću hidrolizu esterske veze u peptidil-tRNK i oslobađanje novosintetizovanog proteina iz ribosoma. Treći faktor oslobađanja RF-3 katalizuje oslobađanje RF-1 i RF-2 na kraju procesa prekida.

Recikliranje

uredi

Postterminacijski kompleks formiran na kraju terminacijakog koraka sastoji se od iRNK sa terminacijskim kodonom na A-mjestu, nenabijene tRNK na P-mjestu i netaknutog 70S ribosoma. Korak reciklaže ribosoma odgovoran je za rastavljanje postterminacijskog ribosomskog kompleksa.[12] Kada se protein u nastajanju oslobodi u terminaciji, faktor recikliranja ribosoma i faktor elongacije G (EF-G) funkcionišu da oslobađaju iRNK i tRNK iz ribosoma i razdvajaju 70S ribosom na podjedinice 30S i 50S. IF3 zatim zamjenjuje deaciliranu tRNK, oslobađajući iRNK. Sve translacijske komponente su sada slobodne za dodatne runde prevođenja.

Ovisno o tRNK, IF1–IF3 također mogu izvršiti recikliranje.[13]

Polisomi

uredi

Translaciju vrši više od jednog ribosoma istovremeno. Zbog relativno velike veličine ribosoma, oni se mogu vezati samo za mjesta na iRNK udaljena 35 nukleotida. Kompleks jedne mRNK i većeg broja ribozoma naziva se polisom ili poliribozom.[14]

Efekat antibiotika

uredi
Glavni članak: Inhibitor sinteze proteina

Nekoliko antibiotika ispoljava svoje djelovanje ciljajući proces translacije u bakterijama. Oni iskorištavaju razlike između mehanizama prokariotskih i eukariotskih transkacija kako bi selektivno inhibirali sintezu proteina u bakterijama bez utjecaja na domaćina.

Također pogledajte

uredi

Reference

uredi
  1. ^ Farabaugh PJ (august 1978). "Sequence of the lacI gene". Nature. 274 (5673): 765–9. Bibcode:1978Natur.274..765F. doi:10.1038/274765a0. PMID 355891. S2CID 4208767.
  2. ^ "E.coli lactose operon with lacI, lacZ, lacY and lacA genes". Nucleotide Database. National Library of Medicine. 5. 5. 1993. Pristupljeno 1. 3. 2017.
  3. ^ Hecht A, Glasgow J, Jaschke PR, Bawazer LA, Munson MS, Cochran JR, Endy D, Salit M (april 2017). "Measurements of translation initiation from all 64 codons in E. coli". Nucleic Acids Research. 45 (7): 3615–3626. doi:10.1093/nar/gkx070. PMC 5397182. PMID 28334756.
  4. ^ Firnberg E, Labonte JW, Gray JJ, Ostermeier M (maj 2016). "A Comprehensive, High-Resolution Map of a Gene's Fitness Landscape". Molecular Biology and Evolution. 33 (5): 1581–1592. doi:10.1093/molbev/msu081. PMC 4839222. PMID 26912810.
  5. ^ Hiroshi Yamamoto; Daniela Wittek; Romi Gupta; Bo Qin; Takuya Ueda; Roland Krause; Kaori Yamamoto; Renate Albrecht; Markus Pech; Knud H. Nierhaus (februar 2016). "70S-scanning initiation is a novel and frequent initiation mode of ribosomal translation in bacteria". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (9): E1180–E1189. doi:10.1073/pnas.1524554113. PMC 4780633. PMID 26888283.
  6. ^ Yonatan Chemla; Michael Peeri; Mathias Luidor Heltberg; Jerry Eichler; Mogens Høgh Jensen; Tamir Tuller; Lital Alfonta (septembar 2020). "A possible universal role for mRNA secondary structure in bacterial translation revealed using a synthetic operon". Nature Communications. 11 (1): 1–11.
  7. ^ Tsuyoshi Udagawa; Yoshihiro Shimizu; Takuya Ueda (mart 2004). "Evidence for the Translation Initiation of Leaderless mRNAs by the Intact 70 S Ribosome without Its Dissociation into Subunits in Eubacteria". Journal of Biological Chemistry. 279 (10): 8539–8546. doi:10.1074/jbc.M308784200. PMID 14670970.
  8. ^ Structure of the E. coli protein-conducting channel bound to at translating ribosome, K. Mitra, et al. Nature (2005), vol 438, p 318
  9. ^ Savir Y, Tlusty T (april 2013). "The ribosome as an optimal decoder: a lesson in molecular recognition". Cell. 153 (2): 471–9. Bibcode:2013APS..MARY46006T. doi:10.1016/j.cell.2013.03.032. PMID 23582332.
  10. ^ Tirumalai MR, Rivas M, Tran Q, Fox GE (novembar 2021). "The Peptidyl Transferase Center: a Window to the Past". Microbiol Mol Biol Rev. 85 (4): e0010421. doi:10.1128/MMBR.00104-21. PMC 8579967 Provjerite vrijednost parametra |pmc= (pomoć). PMID 34756086 Provjerite vrijednost parametra |pmid= (pomoć).
  11. ^ Dinos G, Kalpaxis DL, Wilson DN, Nierhaus KH (2005). "Deacylated tRNA is released from the E site upon A site occupation but before GTP is hydrolyzed by EF-Tu". Nucleic Acids Research. 33 (16): 5291–6. doi:10.1093/nar/gki833. PMC 1216338. PMID 16166657.
  12. ^ Hirokawa G, Demeshkina N, Iwakura N, Kaji H, Kaji A (mart 2006). "The ribosome-recycling step: consensus or controversy?". Trends in Biochemical Sciences. 31 (3): 143–9. doi:10.1016/j.tibs.2006.01.007. PMID 16487710.
  13. ^ Pavlov, MY; Antoun, A; Lovmar, M; Ehrenberg, M (18. 6. 2008). "Complementary roles of initiation factor 1 and ribosome recycling factor in 70S ribosome splitting". The EMBO Journal. 27 (12): 1706–17. doi:10.1038/emboj.2008.99. PMC 2435134. PMID 18497739.
  14. ^ Alberts, et al. (2017). Cell Molecular biology (6th izd.). Garland Science. str. 301–303. Nepoznati parametar |prvi1= zanemaren (pomoć)

Vanjski linkovi

uredi


Preuzeto iz "https://bs.wikipedia.org/w/index.php?title=Bakterijska_translacija&oldid=3482690"