การยืดตัวและการสร้างพันธะเพปไทด์

การยืดตัวเป็นระยะซ้ำของการแปลรหัสที่ไรโบโซมอ่านรหัสพันธุกรรม (messenger RNA) ทีละโคดอน โดยเพิ่มกรดอะมิโนเข้าสู่สายโพลีเพปไทด์ที่กำลังเติบโต แต่ละรอบจะมีการเลือกอะมิโนเอซิล-ทรานสเฟอร์อาร์เอ็นเอ (aminoacyl-transfer RNA) ที่ถูกต้อง การสร้างพันธะเพปไทด์ และการเคลื่อนที่ของไรโบโซมไปยังโคดอนถัดไป

Definition

การยืดตัวคือวัฏจักรของไรโบโซมที่เกิดขึ้นซ้ำๆ ในการเลือกอะมิโนเอซิล-ทีอาร์เอ็นเอที่กำกับโดยโคดอน การสร้างพันธะเพปไทด์ระหว่างเพปติดิล-ทีอาร์เอ็นเอที่ตำแหน่ง P และอะมิโนเอซิล-ทีอาร์เอ็นเอที่ตำแหน่ง A และการเคลื่อนย้ายที่ขับเคลื่อนด้วย GTP ซึ่งทำให้ไรโบโซมเคลื่อนที่ไปข้างหน้าหนึ่งโคดอน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมเหตุการณ์สามอย่างที่เชื่อมโยงกันในวัฏจักรการยืดตัว: การถอดรหัสและการนำส่งอะมิโนเอซิล-ทีอาร์เอ็นเอโดยปัจจัยการยืดตัว Tu (หรือ eEF1A) การเร่งปฏิกิริยาการสร้างพันธะเพปไทด์ที่ศูนย์กลางเพปติดิลทรานสเฟอเรสของไรโบโซม และการเคลื่อนย้ายที่ขับเคลื่อนโดยปัจจัยการยืดตัว G (หรือ eEF2) นอกจากนี้ยังกล่าวถึงวิธีการรักษาสมดุลระหว่างความเร็วและความแม่นยำ นี่เป็นหัวข้อเชิงกลไก ไม่ใช่แนวทางทางคลินิก

Core questions

• อะมิโนเอซิล-ทีอาร์เอ็นเอที่ถูกต้องถูกเลือกสำหรับแต่ละโคดอนได้อย่างไร?
• ไรโบโซมเร่งปฏิกิริยาการสร้างพันธะเพปไทด์ได้อย่างไร?
• อะไรเป็นตัวขับเคลื่อนการเคลื่อนย้ายไปตาม messenger RNA?
• ความเร็วและความแม่นยำของการยืดตัวมีความสมดุลกันอย่างไร?

Key concepts

• ตำแหน่งอะมิโนเอซิล (A), เพปติดิล (P) และทางออก (E)
• ปัจจัยการยืดตัว Tu / eEF1A
• ศูนย์กลางเพปติดิลทรานสเฟอเรส
• ปัจจัยการยืดตัว G / eEF2 และการเคลื่อนย้าย
• การไฮโดรไลซิสของ GTP
• ความแม่นยำในการถอดรหัสและการพิสูจน์อักษร

Key theories

การถ่ายโอนเพปติดิลของไรโบโซมเป็นการเร่งปฏิกิริยาของ RNA

ศูนย์กลางเพปติดิลทรานสเฟอเรสประกอบด้วยไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอ ซึ่งบ่งชี้ว่าไรโบโซมโดยพื้นฐานแล้วเป็นไรโบไซม์ที่ส่งเสริมการสร้างพันธะเพปไทด์ส่วนใหญ่โดยการจัดตำแหน่งของสารตั้งต้น

การถอดรหัสแบบ induced-fit และการพิสูจน์อักษรเชิงจลนพลศาสตร์

การจับคู่โคดอน-แอนติโคดอนที่เข้าคู่กันจะกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่เร่งการไฮโดรไลซิสของ GTP บนปัจจัยการยืดตัว Tu ในขณะที่ขั้นตอนการพิสูจน์อักษรหลังการไฮโดรไลซิสจะให้โอกาสครั้งที่สองในการปฏิเสธทีอาร์เอ็นเอที่ไม่ถูกต้อง ซึ่งร่วมกันช่วยเพิ่มความแม่นยำ

Mechanisms

ในแต่ละวัฏจักรการยืดตัว ปัจจัยการยืดตัว Tu (eEF1A ในยูคาริโอต) จะนำส่งอะมิโนเอซิล-ทีอาร์เอ็นเอไปยังตำแหน่ง A ของไรโบโซมในรูปของสารเชิงซ้อนกับ GTP; การจับคู่โคดอน-แอนติโคดอนที่ถูกต้องจะถูกตรวจจับที่ศูนย์กลางการถอดรหัสและกระตุ้นการไฮโดรไลซิสของ GTP หลังจากนั้นขั้นตอนการพิสูจน์อักษรยังคงสามารถปฏิเสธทีอาร์เอ็นเอที่ไม่เข้าคู่กันได้ อะมิโนเอซิล-ทีอาร์เอ็นเอที่ได้รับการยอมรับจะถูกจัดวางในศูนย์กลางเพปติดิลทรานสเฟอเรส ซึ่งไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอจะเร่งปฏิกิริยาการถ่ายโอนสายโซ่ที่กำลังเติบโตไปยังกรดอะมิโนใหม่ ก่อให้เกิดพันธะเพปไทด์ จากนั้นปัจจัยการยืดตัว G (eEF2) จะใช้การไฮโดรไลซิสของ GTP เพื่อขับเคลื่อนการเคลื่อนย้าย โดยเคลื่อนย้ายทีอาร์เอ็นเอและเอ็มอาร์เอ็นเอเพื่อให้โคดอนถัดไปเข้าสู่ตำแหน่ง A และทีอาร์เอ็นเอที่ถูกถอดอะมิโนออกจะออกจากระบบ ภาพโครงสร้างได้แสดงให้เห็นสถานะเหล่านี้ ทำให้เข้าใจว่าการถอดรหัส การเร่งปฏิกิริยา และการเคลื่อนที่ประสานงานกันอย่างไร

Clinical relevance

ยาปฏิชีวนะและสารพิษหลายชนิดออกฤทธิ์ต่อการยืดตัว เช่น โดยการยับยั้งการนำส่งอะมิโนเอซิล-ทีอาร์เอ็นเอ ปฏิกิริยาเพปติดิลทรานสเฟอเรส หรือการเคลื่อนย้าย ซึ่งทำให้ระยะนี้มีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจการออกฤทธิ์ของยาต้านจุลชีพและสารพิษบางชนิด บทความนี้อธิบายกลไกระดับโมเลกุลและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการตัดสินใจในการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

กลไกการยืดตัวได้รับการสนับสนุนจากการศึกษาจลนพลศาสตร์ ชีวเคมี และโครงสร้างความละเอียดสูงของไรโบโซมของแบคทีเรียและยูคาริโอต ซึ่งได้รับการรวบรวมไว้ในวรรณกรรมทบทวนที่สำคัญ

History

งานวิจัยทางชีวเคมีในช่วงทศวรรษ 1960 และ 1970 ได้ระบุปัจจัยการยืดตัวและกรอบพื้นฐานของตำแหน่ง A, P และ E การศึกษาจลนพลศาสตร์ในช่วงทศวรรษ 1990 ได้กำหนดว่าการไฮโดรไลซิสของ GTP ขับเคลื่อนการถอดรหัสและการเคลื่อนย้ายอย่างไร และโครงสร้างผลึกศาสตร์และ cryo-EM ตั้งแต่ปี 2000 เป็นต้นมาได้บันทึกไรโบโซมในสถานะการยืดตัวที่ต่อเนื่องกัน ซึ่งยืนยันการเร่งปฏิกิริยาของ RNA ที่ศูนย์กลางเพปติดิลทรานสเฟอเรส

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

โปรตีนเร่งปฏิกิริยาการสร้างพันธะเพปไทด์หรือไม่?

ไม่ การศึกษาโครงสร้างแสดงให้เห็นว่าศูนย์กลางเพปติดิลทรานสเฟอเรสประกอบด้วยไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอ ดังนั้นไรโบโซมจึงสร้างพันธะเพปไทด์ในฐานะไรโบไซม์ ส่วนใหญ่โดยการจัดตำแหน่งของสารตั้งต้นที่ทำปฏิกิริยา

อะไรทำให้ไรโบโซมเคลื่อนที่ไปตาม messenger RNA?

การเคลื่อนย้ายถูกขับเคลื่อนโดยปัจจัยการยืดตัว G (eEF2 ในยูคาริโอต) โดยใช้พลังงานจากการไฮโดรไลซิสของ GTP เพื่อให้ไรโบโซมเคลื่อนที่ไปข้างหน้าทีละหนึ่งโคดอนในแต่ละรอบ