การยุติการแปลรหัสและปัจจัยการปลดปล่อย

การยุติการแปลรหัสเป็นขั้นตอนสุดท้ายของการสังเคราะห์โปรตีน ซึ่งไรโบโซมจะจดจำรหัสหยุด ปล่อยพอลิเปปไทด์ที่สมบูรณ์แล้ว และเตรียมที่จะแยกตัว ปัจจัยการปลดปล่อยคือโปรตีนที่อ่านรหัสหยุดและกระตุ้นการไฮโดรไลซิสของสายโซ่ที่เสร็จสมบูรณ์ออกจาก transfer RNA ตัวสุดท้าย

Definition

การยุติการแปลรหัสคือการจดจำรหัสหยุดที่เกิดขึ้นโดยปัจจัยการปลดปล่อยในตำแหน่ง A ของไรโบโซม ตามด้วยการไฮโดรไลซิสของพันธะที่เชื่อมพอลิเปปไทด์ที่สมบูรณ์แล้วเข้ากับ transfer RNA ในตำแหน่ง P ซึ่งเป็นการสิ้นสุดการสังเคราะห์

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงวิธีการที่รหัสหยุดถูกจดจำโดยปัจจัยการปลดปล่อยประเภทที่ 1 วิธีการที่พอลิเปปไทด์ที่สมบูรณ์แล้วถูกปล่อยโดยการไฮโดรไลซิสที่ศูนย์กลาง peptidyl transferase บทบาทของปัจจัยการปลดปล่อย GTPase ประเภทที่ 2 และวิธีการที่ไรโบโซมถูกแยกและนำกลับมาใช้ใหม่ในภายหลัง นี่เป็นหัวข้อเชิงกลไก ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• รหัสหยุดถูกจดจำได้อย่างไรโดยไม่มี transfer RNA?
• พอลิเปปไทด์ที่เสร็จสมบูรณ์แล้วถูกปล่อยออกจากไรโบโซมได้อย่างไร?
• อะไรคือความแตกต่างระหว่างปัจจัยการปลดปล่อยประเภทที่ 1 และประเภทที่ 2?
• ไรโบโซมถูกนำกลับมาใช้ใหม่ได้อย่างไรหลังจากการยุติ?

Key concepts

• รหัสหยุด (UAA, UAG, UGA)
• ปัจจัยการปลดปล่อยประเภทที่ 1 (eRF1; RF1/RF2 ในแบคทีเรีย)
• ปัจจัยการปลดปล่อย GTPase ประเภทที่ 2 (eRF3; RF3 ในแบคทีเรีย)
• การไฮโดรไลซิสของ Peptidyl-tRNA
• การนำไรโบโซมกลับมาใช้ใหม่
• การอ่านผ่านและการยับยั้งการกลายพันธุ์แบบไร้ความหมาย

Key theories

การถอดรหัสหยุดโดยโปรตีน

รหัสหยุดไม่ได้ถูกอ่านโดย transfer RNA แต่โดยโปรตีนปัจจัยการปลดปล่อยประเภทที่ 1 ซึ่งจดจำรหัสในศูนย์ถอดรหัสและส่งเสริมการไฮโดรไลซิสของพันธะ peptidyl-tRNA เพื่อปล่อยโปรตีน

Mechanisms

เมื่อรหัสหยุดเข้าสู่ตำแหน่ง A ของไรโบโซม ปัจจัยการปลดปล่อยประเภทที่ 1 (eRF1 ในยูคาริโอต, RF1 หรือ RF2 ในแบคทีเรีย) จะจดจำรหัสหยุดโดยตรงผ่านการสัมผัสระหว่างโปรตีนกับรหัส และเข้าถึงศูนย์กลาง peptidyl transferase ซึ่งจะส่งเสริมการไฮโดรไลซิสของพันธะเอสเทอร์ที่เชื่อมพอลิเปปไทด์ที่สมบูรณ์แล้วเข้ากับ transfer RNA ในตำแหน่ง P ซึ่งเป็นการปล่อยโปรตีน ปัจจัยการปลดปล่อย GTPase ประเภทที่ 2 (eRF3 หรือ RF3 ในแบคทีเรีย) จะเชื่อมโยงการไฮโดรไลซิสของ GTP เข้ากับกระบวนการนี้และช่วยประสานงานการหมุนเวียนของปัจจัย หลังจากการปลดปล่อย ปัจจัยการนำไรโบโซมกลับมาใช้ใหม่และปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการเริ่มต้นจะแยกไรโบโซมออกเป็นหน่วยย่อยและกำจัด tRNA และ mRNA ที่เหลืออยู่ เพื่อสร้างส่วนประกอบใหม่สำหรับการเริ่มต้นรอบใหม่ โครงสร้างผลึกของ eRF1 เผยให้เห็นว่าโปรตีนเดี่ยวสามารถจดจำรหัสหยุดและกระตุ้นการไฮโดรไลซิสได้อย่างไร

Clinical relevance

รหัสหยุดก่อนกำหนดที่เกิดจากการกลายพันธุ์แบบไร้ความหมาย (nonsense mutations) ทำให้เกิดโรคทางพันธุกรรมหลายชนิดโดยการตัดทอนโปรตีน และประสิทธิภาพของการยุติเทียบกับการอ่านผ่าน (readthrough) มีความเกี่ยวข้องทางชีววิทยาและเภสัชวิทยา ซึ่งเชื่อมโยงขั้นตอนนี้กับกลไกของโรค ข้อมูลนี้อธิบายกระบวนการระดับโมเลกุลและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการตัดสินใจในการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

กลไกการยุติได้รับการยืนยันโดยการศึกษาทางชีวเคมี พันธุกรรม และโครงสร้างของปัจจัยการปลดปล่อยในแบคทีเรียและยูคาริโอต ซึ่งรวบรวมไว้ในวรรณกรรมทบทวนที่สำคัญและตำรามาตรฐาน

History

ปัจจัยการปลดปล่อยในแบคทีเรียถูกระบุทางชีวเคมีในทศวรรษ 1960 โดยแยกปัจจัยประเภทที่ 1 ที่อ่านรหัสออกจากปัจจัย GTPase ประเภทที่ 2 โครงสร้างผลึกของ eRF1 ของมนุษย์ในปี 2000 ได้ชี้แจงว่าโปรตีนถอดรหัสหยุดทั้งสามตัวได้อย่างไร และเชื่อมโยงการจดจำกับการปล่อยเปปไทด์ และงานโครงสร้างและชีวเคมีในภายหลังได้กำหนดการนำไรโบโซมกลับมาใช้ใหม่

Key figures

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

Seminal works

• song-2000
• dever-2012

Frequently asked questions

ทำไมจึงไม่มี transfer RNA สำหรับรหัสหยุด?

รหัสหยุดถูกจดจำโดยโปรตีนปัจจัยการปลดปล่อยแทน; ปัจจัยเหล่านี้จะอ่านรหัสและกระตุ้นการปล่อยโปรตีนที่เสร็จสมบูรณ์แล้ว แทนที่จะเพิ่มกรดอะมิโนอีกตัว

เกิดอะไรขึ้นกับไรโบโซมหลังจากโปรตีนถูกปล่อย?

หลังจากปล่อยแล้ว ไรโบโซมจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่: ปัจจัยเฉพาะจะแยกมันออกเป็นหน่วยย่อยสองหน่วยและกำจัด transfer RNA และ messenger RNA ที่เหลืออยู่ เพื่อให้ส่วนประกอบสามารถนำกลับมาใช้ใหม่สำหรับการแปลรหัสรอบใหม่ได้