طویل‌سازی و تشکیل پیوند پپتیدی

طویل‌سازی مرحله تکراری ترجمه است که در آن ریبوزوم mRNA را کدون به کدون می‌خواند و اسیدهای آمینه را به یک پلی‌پپتید در حال رشد اضافه می‌کند. هر چرخه، انتخاب دقیق یک آمینواسیل-tRNA، تشکیل یک پیوند پپتیدی و حرکت ریبوزوم به کدون بعدی را به هم پیوند می‌دهد.

Definition

طویل‌سازی چرخه تکراری ریبوزومی شامل انتخاب آمینواسیل-tRNA هدایت‌شده توسط کدون، تشکیل پیوند پپتیدی بین پپتیدیل-tRNA در جایگاه P و آمینواسیل-tRNA در جایگاه A، و جابجایی (ترانسلوکاسیون) مبتنی بر GTP است که ریبوزوم را به اندازه یک کدون به جلو می‌برد.

Scope

این موضوع سه رویداد مرتبط چرخه طویل‌سازی را پوشش می‌دهد: رمزگشایی و تحویل آمینواسیل-tRNA توسط فاکتور طویل‌سازی Tu (یا eEF1A)، کاتالیز پیوند پپتیدی در مرکز پپتیدیل ترانسفراز ریبوزوم، و جابجایی (ترانسلوکاسیون) که توسط فاکتور طویل‌سازی G (یا eEF2) هدایت می‌شود. همچنین به چگونگی تعادل بین سرعت و دقت می‌پردازد. این یک موضوع مکانیکی است، نه راهنمای بالینی.

Core questions

• چگونه آمینواسیل-tRNA صحیح برای هر کدون انتخاب می‌شود؟
• ریبوزوم چگونه تشکیل پیوند پپتیدی را کاتالیز می‌کند؟
• چه چیزی جابجایی (ترانسلوکاسیون) را در طول mRNA هدایت می‌کند؟
• چگونه سرعت و دقت طویل‌سازی متعادل می‌شوند؟

Key concepts

• جایگاه‌های آمینواسیل (A)، پپتیدیل (P) و خروج (E)
• فاکتور طویل‌سازی Tu / eEF1A
• مرکز پپتیدیل ترانسفراز
• فاکتور طویل‌سازی G / eEF2 و جابجایی (ترانسلوکاسیون)
• هیدرولیز GTP
• دقت رمزگشایی و ویرایش (proofreading)

Key theories

انتقال پپتیدیل ریبوزومی به عنوان کاتالیز RNA

مرکز پپتیدیل ترانسفراز از RNA ریبوزومی تشکیل شده است، که نشان می‌دهد ریبوزوم اساساً یک ریبوزیم است که تشکیل پیوند پپتیدی را عمدتاً با قرار دادن سوبستراها تسهیل می‌کند.

رمزگشایی با تطابق القایی (Induced-fit decoding) و ویرایش کینتیکی (kinetic proofreading)

جفت‌شدن کدون-آنتی‌کدون همسان، تغییرات ساختاری را تحریک می‌کند که هیدرولیز GTP را بر روی فاکتور طویل‌سازی Tu تسریع می‌بخشد، در حالی که یک مرحله ویرایش پس از هیدرولیز فرصت دومی برای رد tRNAهای نادرست فراهم می‌کند و به طور مشترک دقت را افزایش می‌دهد.

Mechanisms

در هر چرخه طویل‌سازی، فاکتور طویل‌سازی Tu (eEF1A در یوکاریوت‌ها) یک آمینواسیل-tRNA را به عنوان یک کمپلکس با GTP به جایگاه A ریبوزوم تحویل می‌دهد؛ جفت‌شدن صحیح کدون-آنتی‌کدون در مرکز رمزگشایی حس می‌شود و هیدرولیز GTP را تحریک می‌کند، پس از آن یک مرحله ویرایش (proofreading) می‌تواند tRNAهای تقریباً همسان را رد کند. آمینواسیل-tRNA پذیرفته شده در مرکز پپتیدیل ترانسفراز جای می‌گیرد، جایی که RNA ریبوزومی انتقال زنجیره در حال رشد را به اسید آمینه جدید کاتالیز می‌کند و یک پیوند پپتیدی تشکیل می‌دهد. سپس فاکتور طویل‌سازی G (eEF2) از هیدرولیز GTP برای هدایت جابجایی (ترانسلوکاسیون) استفاده می‌کند و tRNAها و mRNA را حرکت می‌دهد تا کدون بعدی وارد جایگاه A شود و tRNA بدون اسید آمینه (deacylated) خارج شود. تصاویر ساختاری این حالت‌ها را به تصویر کشیده‌اند و چگونگی هماهنگی رمزگشایی، کاتالیز و حرکت را روشن کرده‌اند.

Clinical relevance

چندین آنتی‌بیوتیک و سم بر طویل‌سازی اثر می‌گذارند، برای مثال با مسدود کردن تحویل آمینواسیل-tRNA، واکنش پپتیدیل ترانسفراز، یا جابجایی (ترانسلوکاسیون)، که این مرحله را برای درک عملکرد ضد میکروبی و برخی سموم مهم می‌سازد. این مدخل مکانیسم‌های مولکولی را توضیح می‌دهد و مبنایی برای تصمیم‌گیری‌های تشخیصی یا درمانی فردی نیست.

Evidence & guidelines

مکانیسم طویل‌سازی توسط مطالعات کینتیکی، بیوشیمیایی و ساختاری با وضوح بالا بر روی ریبوزوم‌های باکتریایی و یوکاریوتی پشتیبانی می‌شود که در ادبیات مروری اصلی تثبیت شده‌اند.

History

کارهای بیوشیمیایی در دهه‌های ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰ فاکتورهای طویل‌سازی و چارچوب اساسی جایگاه‌های A، P و E را شناسایی کردند. مطالعات کینتیکی در دهه ۱۹۹۰ چگونگی قدرت‌بخشی هیدرولیز GTP به رمزگشایی و جابجایی (ترانسلوکاسیون) را مشخص کردند، و ساختارهای کریستالوگرافی و کرایو-EM از دهه ۲۰۰۰ به بعد، ریبوزوم را در حالت‌های متوالی طویل‌سازی به تصویر کشیدند و کاتالیز RNA را در مرکز پپتیدیل ترانسفراز تأیید کردند.

Key figures

• V. Ramakrishnan
• Marina Rodnina
• Wolfgang Wintermeyer
• Rachel Green

Seminal works

• schmeing-2009
• voorhees-2009
• rodnina-1997

Frequently asked questions

آیا پروتئین پیوند پپتیدی را کاتالیز می‌کند؟

خیر؛ مطالعات ساختاری نشان می‌دهند که مرکز پپتیدیل ترانسفراز از RNA ریبوزومی ساخته شده است، بنابراین ریبوزوم پیوندهای پپتیدی را به عنوان یک ریبوزیم، عمدتاً با قرار دادن سوبستراهای واکنش‌دهنده، تشکیل می‌دهد.

چه چیزی باعث حرکت ریبوزوم در طول mRNA می‌شود؟

جابجایی (ترانسلوکاسیون) توسط فاکتور طویل‌سازی G (eEF2 در یوکاریوت‌ها) با استفاده از انرژی هیدرولیز GTP هدایت می‌شود تا ریبوزوم را در هر چرخه دقیقاً به اندازه یک کدون به جلو ببرد.