|
ساختار ریبوزوم 70S نشان داده شده توسط ساختار اتمی، 30S و 50S زیر واحد (متن) تسهیل شد.
(A) دو دیدگاه از ریبوزوم 70S ترکیب شده با mRNA و tRNA (Yusupov و همکاران، 2001)، با نمایش “بالا” در سمت چپ و مشخصات 30S در سمت راست.
(B) دیدگاه انفجاری از 50S (سمت چپ) و 30S (سمت راست) زیر واحد در ریبوزوم 70S، نشان دادن مکان های A-، P-، و E-tRNA . این و اشکال مولکولی دیگر در این مقاله با استفاده از روبان (Carson ، 1991) و یا MOLSCRIPT (Kraulis، 1991) و RASTER3D (Merritt و Bacon ، 1997) ساخته شده است.
اخیراً، ساختار زیرواحد 50S در تفکیک 3.1A از یک باکتری مزوفیلیک Deinococcus radioduarans گزارش شده است (Harms et al., 2001). RNA در این 50S دارای تطابق بسیار مشابه با RNA گزارش شده اصلی برای Haloarcula 50S, است، اما این ساختار شامل نواحی می شود که در Haloarcula 50S مختل شده اند، مانند L1 stalk, the L11/ ناحیه RNA و برخی از حلقه های بنیادی RNA که پل هایی را به زیرواحد 30S می زند.
دو ساختار مستقل از زیرواحد 30S از باکتری Thermus thermophilus، یکی در 3.3 A از یک گروه در موسسات Max Planck/Weizmann (Schluen zen et al., 2000)) و دیگری در 3.05 A از یک گروه در MRC (Wimberly et al., 2000) در آخر سال گزارش شد. تفاوت ها بین دو ساختار در جایی دیگر مورد بررسی قرار گرفته است (Ramakrishnan and Moore, 2001). به طور خلاصه، ساختار MRC نشاندهنده یک مدل اتمی کامل ضروری زیرواحد 30S است و تعدادی از تفاوت های چشمگیر در تفسیر
RNA و اجزای پروتئین بین دو ساختار وجود دارد. هرچند، ساختارهای اخیر از گروه Max Planck/Weizmann (Pioletti et al., 2001) در توافق خوبی با ساختار MRC قرار دارند، به طور اورجینال منتشر شده اند.
ساختارهای زیرواحد، نشان دادن جزئیات آنتی بیوتیک های متصل به ریبوزوم را از داده های کریستال شناسی در مورد ترکیبات زیرواحد-آنتی بیوتیک ممکن می سازد (Broder sen et al., 2000; Carter et al., 2000; Pioletti et al., 2001; Schlu nzen et al., 2001). آنها مطالعه را با تفکیک بالا در مورد تعاملات لیگاندهای وظیفه ای و عوامل با زیرواحدهای 30S و 50S (ter et al., 2001; Nissen et al., 2000; Ogle et al., 2001; Car Pioletti et al., 2001; Schmeing et al., 2002).
در هر چیز بدتر از حدود 3.5 A، به طور نرمال، ساخت یک مدل دقیق از ماکروومولکول de novo امکانپذیر نخواهد بود. هرچند، موجودیت ساختارهای اتمی در زیرواحدها، ساخت یک مدل را برای RNA و ستون فقرات پروتئین در ریبوزوم Thermus thermophilus 70S در تفکیک 5.5A تسهیل نمود (Yusupov et al., 2001) (شکل 1). بسیاری از بخش های زیرواحد 50S که در ساختار 50S Haloarcula در ریبوزوم 70S مرتبه بندی شده است، مختل شد. علاوه بر این، ساختار 70S، یک ترکیب با mRNA و tRNA است، بنابراین تعاملات با این لیگاندها و تعاملات زیرواحدها با عبارات مولکولی تفسیر شده است. ساختار 70S منتشر شده، یک ترکیب از دو ساختار است. اولی، یک ساختار 5.5A از 70S با mRNA و tRNA در محل های P و E است. دومی، یک ساختار با تفکیک 6.5 A است که با اضافه نمودن RNA محل A به کریستال های کار شده از ریبوزوم 70S با tRNAهای محل E و p به دست می آید. این منجر به افت غیرایزومورفیسم و افت های بعد از انکسار در زمان مقایسه با ساختار اصلی شد، اما دارای این مزیت است که جهت گیری های نسبی سه tRNA را می تواند در زمینه ریبوزوم تعیین نمود. ساختارهای ریبوزوم 70S در حضور tRNA، اما با یا بدون mRNA نیز تعیین شده است (Yusupova و همکاران، 2001). این کار، تجسم بخش های نظم یافته ضعیف از mRNA را از نگاشت های تفاضلی فوریه میسر می سازد به طوری که مسیر گسترده mRNA در ریبوزوم می تواند دیده شود.
راه اندازی
راه اندازی در باکتری شامل تعامل زیرواحد 30S با دنباله Shine-Dalgamo روی mRNA می شود که مکمل انتهای 3’ در 16S RNA است. این فرایند شامل سه عامل اره اندازی نیز می شود 1F1,1F2,1F3 (بازنگری شده در Gualerzi and Pon, 1990). 1F3 برای اتصال قوی به زیرواحد 30S و جلوگیری از ارتباط آن با زیرواحد 50S شناخته شده است. همچنین به انتخاب راه انداز tRNA (fMet-tRNA fMet ) با ناپایداری نمودن اتصال دیگر tRNAها در محل P از ریبوزوم کمک می کند (Hartz et al., 1990). در یک تابع مرتبط ممکن، IF3 با tRAN دی استیله از زیرواحد 30S در آخرین گام از خاتمه ارتباطی ندارد، قبل از انیکه در راند جدید سنتز پروتئین بازیافت شود (Karimi و همکاران، 1999). IF2 یک GTPase است که ترجیحاً به fmet-tRNA fmet متصل می شود و پیوستگی آن برای ریبوزوم بوسیله IF1 افزایش می یابد (Zucker and Hershey, 1986). به طرز شگفت آوری، داده های جنبشی اخیر نشان می دهد که فعالیت GTPase از IF2 برای جایگذاری مناسب tRNA راه انداز در محل P و برای آزادسازی IF2 نیاز نمی شود (Tomsic و همکاران 2000). ساختارهای IF1 باکتریایی (Sette و همکاران 1997)، IF3 (Biou et al., 1995; Garcia et al., 1995a, 1995b) و یک آرکئی باکتریایی (Roll-Mecak et al., 2000) حل می شوند (Figure 2a)
ساختاری کریستالی ترکیب 30S-IF1 نشان می دهد که IF1 به محل A برای زیرواحد ریبوزومی 30S سازگار با داده های بیوشیمیایی قبلی متصل می شود (Carter و همکاران 2001). در انجام این کار، اتصال tRNA در محل A جلوگیری می کند، اما همچنین یک تغییر تطابقی را القا می کند که می تواند نشان دهنده حالت گذرا در تعادل بین ارتباط و عدم ارتباط باشد. موقعیت IF3 متناقض است. چگالی تفاضلی توزیع شده به IF3 در یک مطالعه cryoEM در سمت واسطه پلت فرم و گردنه 30S واقع شد (McCutcheonو همکاران 1999). تمام چگالی تفاضلی و موقعیت مفروض حوزه ترمینال C (اما نه ترمینال N) با نتایج به دست آمده اخیر از داده های رادیکال هیدروکسیل تقسیمی سازگار هستند (Dallas and Noller, 2001). این موقعیت، یک توضیح مستقیم را برای نقش IF3 در جلوگیری از ارتباط زیرواحد فراهم می کند، زیرا سمت واسطه پلت فرم در تماس های در تماس های گسترده با زیرواحد 50S درگیر می شود. هرچند، نگاشت های تفاضلی فوریه از بلورشناسی اشعه در کریستال های زیرواحد 30S خیسانده شده با حوزه ترمینال C از IF3 نشان داد که این حوزه در سمت مخالف پلت فرم، دور از واسطه قرار دارد (Pioletti et al., 2001). این مورد دلالت بر این دارد که اثر آن روی ارتباط زیرواحد، غیرمستقیم، سازگار با برخی داده های اخیر بیوشیمیایی است (Petrelli و همکاران 2001). نتیجه بلورشناسی مشخص نیست زیرا محل اتصال IF3 نشان داده شده توسط cryoEM و ردپا با تماس های بسته بندی شبکه ای در این شکل بلور مسدود شده است، به طور یکه موقیت تعیین شده از نظر بلور شناسی می تواند یک محل اتصال غیرمشخص باشد. بلوری شدن همزمان یک ترکیب از IF3 با زیرواحد 30S باید برای حل و فصل این سوال بدون ابهام انجام شود. هیچ موقعیت مستقیمی از IF2 تعیین نشده است، اما چون اتصال امینواسیل از tRNA راه انداز در محل P و تعامل با IF1 شناخته شده است، یک مدل می تواند پیشنهاد شود که در آن روی IF1 در محل A وصل می شود (Rollmecak و همکاران. 2000). به علاوه، حوزه GTPase در مجاورت عامل اتصال محل 50S زیررواحد اتصال پیدا می کند که در آن حوزه های متناظر از عوامل طویل شدن G و Tu (EF-G و EF-Tu) متصل می شوند، زیرا ردپای برحی از باقیمانده های یکسان در 23S RNA شناخته شده است (La Teana و همکاران 2001).
زمانی که ترکیب داده های بیوشیمیایی و ساختاری کنونی صورت می گیرد، یک دیدگاه پدیدار می شود که در آن IF1 در محل A متصل می شود، IF2 روی محل A متصل می شود، محل P توسط راه اندازه tRAN اشغال می شود و IF3 محل E را اشغال می کند (شکل 2b). بنابراین تمام محل های tRAN در مجموعه راه اندازی، با فرض تنظیم تطابق درست 30S برای راه اندازی سنتز پروتئین اشغال می شوند. هرچند، این مورد تعدادی از سوالات را مطرح می کند. چرا تمام محل های اتصال tRNA باید اشغال شوند؟ چگونه IF3 ترجیحاً tRNAهای طویل کننده را ناپایدار می کند؟ اگر فعالیت GTPase از IF2 برای اتصال tRAN محل P یا برای آزادسازی IF2 نیاز شود (Tomsic و همکاران)، نقش آن چیست؟ چه زمانی که زیرواحد 50S با مجموعه راه اندازی مرتبط می شود؟ در نهایت، برخلاف کارهای انجام شده در طول این سال ها، نظمی که در آن عوامل متصل می شوند و در محیط آزمایشگاهی آزادسازی می شوند و آنچه آنها باید با تطبیق ریبوزوم انجام دهند، به طور قطع مشخص نشده است.
مروری کلی بر چرخه طویل شدن
انتهای فرآیند راه اندازی، یک راه انداز tRNA آمینو اسیلاته شده را در محل P ریبوزوم و یک محل خالی A را بر جای می گذارد که برای آغاز شدن چرخه طویل شدن به کارگیری می شود.
شکل 2. ساختار و تعامل از شروع عوامل با زیر واحد 30S ساختار IF1 (Sette و همکاران 1997،)، IF2 (رول Mecak و همکاران، 2000،)، و IF3 (Biou و همکاران، 1995) همراه با مکان خود را در نشان داده شده است زیر واحد 30S. ساختار بلوری پیچیده 30S-IF1 (کارتر و همکاران، 2001) است که با جهت گیری تقریبی IF3 به دست آمده از نشان داده شده است داده ها رخ هیدروکسیل رادیکال (دالاس و Noller، 2001)، در حالی که تعامل از IF2 ها نشان داد. محل P- (آغازگر) tRNA (قرمز) و mRNA ژن (زرد) مشتق شده از ساختار 70S در شکل 1 می باشد.
یک طرح کلی چرخه طویل شدن در شکل 3 نشان داده شده است. به طور خلاصه، آمینو استیله شده tRNA به محل A به صورت یک مجموعه سه تایی با EF-tu و GTP آورده می شود. فعل و انفعالات آنتی کدون-کدون منجر به تغییرات تطبیقی در ریبوزوم می شود که به اتصال tRNA و تحریک هیدرولیز GTP توسط EF-Tu ثبات می بخشد. این منجر به انتشار انتهای آمینو اسیل از A-محل tRNA توسطEF-Tuمی شود؛ سپس tRNA به محل ترانسفراز پپتیدیل از زیر واحد 50S در یک فرآیند به نام اقامت، نوسان می کند. تشکیل پیوند پپتید، که شامل دی استیله شدن tRAN محل P و انتقال زنجیره پپتید به tRAN محل A می شود، لزوماً خود به خودی است. بعد از ترانسفراز پپتیدیل، ریبوزوم دارای یک tRNA دی استیله شده در محل P و tRNA پپتیدیل در محل A است. جابجایی tRNAها و mRNA با EF-G تسهیل می شود که یک GTPase است. نتیجه یک ریبوزوم آماده برای راند بعدی طویل شدن با tRNA دی استیله شده در محل E، tRNA پپتیدیل در محل P و یک محل A خالی است که برای دریافت ترکیب سومی بعدی هم جنس، آماده است.
کدگشایی
جفت شدن باز بین کدون در mRNA و آنتی کدون در tRNA، پایه نهایی برای انتخاب tRNA صحیح برای مشارکت در اضافه شدن یک آمینو اسید جدید به زنجیره پلی پپتید در حال رشد است. هرچند، تفاوت انرژی در جفت شدن باز tRNA هم جنس، که دارای تطبیق کامل با کدون و tRNA نزدیک به هم جنس است، که به طور کلی تنها دارای یک عدم تطابق تک است، برای در نظر گرفتن دقت انتخاب بسیار کم است که دارای نرخ خطای … است. به طور مثال، انرژی آزاد برای تشکیل یک جفت باز GU غیرمرکزی در اولین موقعیت باید بسیار شبیه به جفت AU باشد، هرچند ریبوزوم قادر به تمایز قائل شدن دقیق بین این دو مورد است. علاوه بر این، از جفت شدن باز به تنهایی، تعامل بین کدون UUU فنیلالانین و آنتی کدون GAA از tRNA باید واقعاً از جفت شدن ناصحیح بین کدون سرین UGC و آنتی کدون GCG برای tRNA کمتر پایدار باشد، زیرا جفت های قوی تر GC در مورد آخر باید بیشتر برای جفت غیرکانونی GU در اولین موقعیت جبران شود. هنوز ریبوزوم به شدت، یک tRNA صحیح را به یک tRNA غیر صحیح ترجیح می دهد.
|