Элонгация и образование пептидной связи

Элонгация — это повторяющаяся фаза трансляции, в которой рибосома считывает матричную РНК по одному кодону за раз, добавляя аминокислоты к растущему полипептиду. Каждый цикл включает точный выбор аминоацил-транспортной РНК, образование пептидной связи и перемещение рибосомы к следующему кодону.

Definition

Элонгация — это итеративный рибосомный цикл кодон-направленного выбора аминоацил-тРНК, образования пептидной связи между пептидил-тРНК в P-сайте и аминоацил-тРНК в A-сайте, а также ГТФ-зависимой транслокации, которая продвигает рибосому на один кодон.

Scope

Эта тема охватывает три взаимосвязанных события цикла элонгации: декодирование и доставку аминоацил-тРНК фактором элонгации Tu (или eEF1A), катализ образования пептидной связи в пептидил-трансферазном центре рибосомы и транслокацию, управляемую фактором элонгации G (или eEF2). Также рассматривается баланс между скоростью и точностью. Это механистическая тема, а не клиническое руководство.

Core questions

• Как выбирается правильная аминоацил-тРНК для каждого кодона?
• Как рибосома катализирует образование пептидной связи?
• Что движет транслокацию вдоль матричной РНК?
• Как сбалансированы скорость и точность элонгации?

Key concepts

• Аминоацильный (A), пептидильный (P) и выходной (E) сайты
• Фактор элонгации Tu / eEF1A
• Пептидил-трансферазный центр
• Фактор элонгации G / eEF2 и транслокация
• Гидролиз ГТФ
• Точность декодирования и коррекция

Key theories

Рибосомный пептидил-трансфер как РНК-катализ

Пептидил-трансферазный центр состоит из рибосомной РНК, что указывает на то, что рибосома является по существу рибозимом, который способствует образованию пептидной связи в основном путем позиционирования субстратов.

Индуцированное соответствие при декодировании и кинетическая коррекция

Когнантное кодон-антикодоновое спаривание вызывает конформационные изменения, которые ускоряют гидролиз ГТФ на факторе элонгации Tu, в то время как этап коррекции после гидролиза дает вторую возможность отторгнуть некорректные тРНК, совместно повышая точность.

Mechanisms

В каждом цикле элонгации фактор элонгации Tu (eEF1A у эукариот) доставляет аминоацил-тРНК в рибосомный A-сайт в комплексе с ГТФ; правильное кодон-антикодоновое спаривание распознается в центре декодирования и стимулирует гидролиз ГТФ, после чего этап коррекции может все еще отторгнуть близкородственные тРНК. Принятая аминоацил-тРНК аккомодируется в пептидил-трансферазном центре, где рибосомная РНК катализирует перенос растущей цепи на новую аминокислоту, образуя пептидную связь. Затем фактор элонгации G (eEF2) использует гидролиз ГТФ для осуществления транслокации, перемещая тРНК и мРНК таким образом, чтобы следующий кодон вошел в A-сайт, а деацилированная тРНК вышла. Структурные снимки визуализировали эти состояния, проясняя, как координируются декодирование, катализ и движение.

Clinical relevance

Некоторые антибиотики и токсины действуют на элонгацию, например, блокируя доставку аминоацил-тРНК, реакцию пептидил-трансферазы или транслокацию, что делает эту фазу важной для понимания антимикробного действия и действия некоторых токсинов. Эта запись объясняет молекулярные механизмы и не является основой для индивидуальных диагностических или лечебных решений.

Evidence & guidelines

Механизм элонгации подтверждается кинетическими, биохимическими и высокоразрешающими структурными исследованиями бактериальных и эукариотических рибосом, обобщенными в основной обзорной литературе.

History

Биохимические работы 1960-х и 1970-х годов выявили факторы элонгации и базовую структуру A-, P- и E-сайтов. Кинетические исследования 1990-х годов установили, как гидролиз ГТФ обеспечивает декодирование и транслокацию, а кристаллографические и крио-ЭМ структуры с 2000-х годов зафиксировали рибосому в последовательных состояниях элонгации, подтверждая РНК-катализ в пептидил-трансферазном центре.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Катализирует ли белок образование пептидной связи?

Нет; структурные исследования показывают, что пептидил-трансферазный центр состоит из рибосомной РНК, поэтому рибосома образует пептидные связи как рибозим, в основном путем позиционирования реагирующих субстратов.

Что заставляет рибосому двигаться вдоль матричной РНК?

Транслокация управляется фактором элонгации G (eEF2 у эукариот), использующим энергию гидролиза ГТФ для продвижения рибосомы ровно на один кодон в каждом цикле.