Translationsabbruch und Freisetzungsfaktoren

Der Translationsabbruch ist die letzte Phase der Proteinsynthese, in der das Ribosom ein Stoppcodon erkennt, das fertiggestellte Polypeptid freisetzt und sich auf die Dissoziation vorbereitet. Freisetzungsfaktoren sind die Proteine, die Stoppcodons lesen und die Hydrolyse der fertigen Kette von der letzten Transfer-RNA auslösen.

Definition

Der Translationsabbruch ist die Freisetzungsfaktor-vermittelte Erkennung eines Stoppcodons an der ribosomalen A-Stelle, gefolgt von der Hydrolyse der Bindung, die das fertiggestellte Polypeptid mit der P-Stellen-Transfer-RNA verbindet, wodurch die Synthese beendet wird.

Scope

Dieses Thema behandelt, wie Stoppcodons von Klasse-I-Freisetzungsfaktoren erkannt werden, wie das fertiggestellte Polypeptid durch Hydrolyse im Peptidyltransferasezentrum freigesetzt wird, die Rolle von Klasse-II-GTPase-Freisetzungsfaktoren und wie das Ribosom anschließend gespalten und recycelt wird. Es handelt sich um ein mechanistisches Thema, nicht um eine klinische Leitlinie.

Core questions

• Wie werden Stoppcodons ohne eine Transfer-RNA erkannt?
• Wie wird das fertige Polypeptid vom Ribosom freigesetzt?
• Was unterscheidet Klasse-I- und Klasse-II-Freisetzungsfaktoren?
• Wie wird das Ribosom nach der Termination recycelt?

Key concepts

• Stoppcodons (UAA, UAG, UGA)
• Klasse-I-Freisetzungsfaktoren (eRF1; bakterielle RF1/RF2)
• Klasse-II-GTPase-Freisetzungsfaktoren (eRF3; bakterielle RF3)
• Peptidyl-tRNA-Hydrolyse
• Ribosomen-Recycling
• Readthrough und Nonsense-Suppression

Key theories

Proteindekodierung von Stoppcodons

Stoppcodons werden nicht von Transfer-RNAs, sondern von Klasse-I-Freisetzungsfaktorproteinen gelesen, die das Codon im Dekodierungszentrum erkennen und die Hydrolyse der Peptidyl-tRNA-Bindung fördern, um das Protein freizusetzen.

Mechanisms

Wenn ein Stoppcodon in die ribosomale A-Stelle gelangt, erkennt ein Klasse-I-Freisetzungsfaktor (eRF1 in Eukaryoten, RF1 oder RF2 in Bakterien) es direkt durch Protein-Codon-Kontakte und reicht in das Peptidyltransferasezentrum, wo er die Hydrolyse der Esterbindung fördert, die das fertiggestellte Polypeptid mit der P-Stellen-Transfer-RNA verbindet, wodurch das Protein freigesetzt wird. Ein Klasse-II-GTPase-Freisetzungsfaktor (eRF3 oder bakterielles RF3) koppelt die GTP-Hydrolyse an diesen Prozess und hilft, den Faktorumsatz zu koordinieren. Nach der Freisetzung spalten Ribosomen-Recycling-Faktoren und Initiations-assoziierte Faktoren das Ribosom in Untereinheiten und entfernen die verbleibende tRNA und mRNA, wodurch Komponenten für neue Initiationsrunden regeneriert werden. Die Kristallstruktur von eRF1 zeigte, wie ein einzelnes Protein sowohl Stoppcodons erkennen als auch die Hydrolyse auslösen kann.

Clinical relevance

Vorzeitige Stoppcodons, die aus Nonsense-Mutationen resultieren, verursachen viele genetische Krankheiten durch die Verkürzung von Proteinen, und die Effizienz von Termination versus Readthrough ist biologisch und pharmakologisch relevant, was diesen Schritt mit Krankheitsmechanismen verbindet. Dieser Eintrag beschreibt molekulare Prozesse und ist keine Grundlage für individuelle diagnostische oder therapeutische Entscheidungen.

Evidence & guidelines

Der Terminationsmechanismus ist durch biochemische, genetische und strukturelle Studien an bakteriellen und eukaryotischen Freisetzungsfaktoren etabliert und in wichtigen Übersichtsartikeln und Standardlehrbüchern konsolidiert.

History

Bakterielle Freisetzungsfaktoren wurden in den 1960er Jahren biochemisch identifiziert, wobei die Codon-lesenden Klasse-I-Faktoren von dem GTPase-Klasse-II-Faktor unterschieden wurden. Die Kristallstruktur von humanem eRF1 aus dem Jahr 2000 klärte, wie ein Protein alle drei Stoppcodons dekodiert und die Erkennung mit der Peptidfreisetzung verknüpft, und spätere strukturelle und biochemische Arbeiten definierten das Ribosomen-Recycling.

Key figures

• David Barford
• Haiwei Song
• Thomas Dever
• Rachel Green

Seminal works

• song-2000
• dever-2012

Frequently asked questions

Warum gibt es keine Transfer-RNA für Stoppcodons?

Stoppcodons werden stattdessen von Freisetzungsfaktorproteinen erkannt; diese Faktoren lesen das Codon und lösen die Freisetzung des fertigen Proteins aus, anstatt eine weitere Aminosäure hinzuzufügen.

Was passiert mit dem Ribosom, nachdem das Protein freigesetzt wurde?

Nach der Freisetzung wird das Ribosom recycelt: Spezielle Faktoren spalten es in seine beiden Untereinheiten und entfernen die verbleibende Transfer-RNA und Messenger-RNA, damit die Komponenten für eine neue Runde der Translation wiederverwendet werden können.