Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Бактериялардағы ақуыз синтезі процесі. Бактериялық трансляция – бұл бактериялардағы хабаршы РНК-ның ақуыздарға аударылу процесі.
Protein synthesis process in bacteria
Bacterial translation is the process by which messenger RNA is translated into proteins in bacteria.
Іске қосу
Бактерияларда трансляцияны бастау трансляциялық жүйенің құрамдас бөліктерін құрастыруды қамтиды, олар: екі рибосомалық кіші бірлік (50S және 30S кіші бірліктері); аударылатын піскен мРНК; N-формальметионинмен (жаңа пептидтегі алғашқы аминқышқыл) зарядталған тРНК; энергия көзі ретінде гуанозин трифосфаты (GTP), сондай-ақ бастау кешенін құрастыруға көмектесетін үш прокариоттық бастау факторлары – IF1, IF2 және IF3. Механизмдегі өзгерістер күтілуде. Тіпті канондық модельде де көптеген белгісіздіктер бар. Басталу орнының қатаң түрде AUG-мен ғана шектелмейтіні көрсетілді. E. coli лак оперонындағы lacI (GUG) және lacA (UUG) – AUG бастау кодоны жоқ жақсы белгілі кодтау аймақтары. Екі тәуелсіз зерттеу 17 немесе одан да көп AUG емес кодонның E. coli-де трансляцияны бастай алатынын көрсетті. Дегенмен, AUG барлық мүмкіндіктердің арасында кемінде ең күшті бастау кодоны болып көрінеді. Бұл тәсіл полицистрондық оперонға топталған гендердің трансляциясы үшін маңызды деп саналады, онда канондық байланысу режимі бір мРНК молекуласындағы жақын орналасқан гендер арасындағы аз қашықтықтарға байланысты бұзылуы мүмкін.
Initiation of translation in bacteria involves the assembly of the components of the translation system, which are: the two ribosomal subunits (50S and 30S subunits); the mature mRNA to be translated; the tRNA charged with N formylmethionine (the first amino acid in the nascent peptide); guanosine triphosphate (GTP) as a source of energy, and the three prokaryotic initiation factors IF1, IF2, and IF3, which help the assembly of the initiation complex. Variations in the mechanism can be anticipated. There are a lot of uncertainties even in the canonical model. The initiation site has been shown to be not strictly limited to AUG. Well known coding regions that do not have AUG initiation codons are those of lacI (GUG) and lacA (UUG) in the E. coli lac operon. Two studies have independently shown that 17 or more non AUG start codons may initiate translation in E. coli. Nevertheless, AUG seems to at least be the strongest initiation codon among all possibilities. This mode is thought to be important for the translation of genes that are clustered in poly cistronic operons, where the canonical binding mode can be disruptive due to small distances between neighboring genes on the same mRNA molecule.
Басшысыз бастама
Бірқатар бактериялық мРНҚ-да 5' УТР мүлдем болмайды немесе өте қысқа болады. Толық 70S рибосомасы, IF2-нің (fMet tRNA-ны тарту арқылы) көмегімен, мұндай "басшысыз" мРНҚ-ны тікелей аударуды бастай алады.
A number of bacterial mRNAs have no 5'UTR whatsoever, or a very short one. The complete 70S ribosome, with the help of IF2 (recruiting fMet tRNA), can simply start translating such a "leaderless" mRNA.
Ұзындығы
Полипептидтік тізбектің ұзаруы өсіп келе жатқан тізбектің карбоксилдік ұшына аминқышқылдарының қосылуын қамтиды. Өсіп келе жатқан белок ірі суббірліктегі полипептидтік шығу туннелі арқылы рибосомадан шығады. Ұзару fMet-тРНК P-сайтына енген кезде басталады, бұл конформациялық өзгеріске алып келіп, жаңа аминоацил-тРНК-ның A-сайтына байланысуына мүмкіндік береді. Бұл байланысқа кішкентай ГТФаза – ұзару факторы Tu (EF Tu) көмектеседі. Тиісті тРНК-ны жылдам және дәл тану үшін рибосома үлкен конформациялық өзгерістерді (конформациялық тексеру) пайдаланады. P-сайты кодталатын белоктың пептидтік тізбегінің басталуын қамтиды, ал A-сайтында пептидтік тізбекке қосылатын келесі аминқышқылы болады. P-сайтындағы тРНК-мен байланысқан өсіп келе жатқан полипептид P-сайтындағы тРНК-дан бөлінеді және полипептидтің соңғы аминқышқылдары мен A-сайтындағы тРНК-мен әлі байланысқан аминқышқылы арасында пептидтік байланыс пайда болады. Бұл процесс пептидтік байланыс түзлуі деп аталады және оны рибозим (50S рибосомалық суббірлігіндегі 23S рибосомалық РНК) катализдейді. A-сайтында жаңадан түзілген пептид бар, ал P-сайтында зарядталмаған тРНК (аминқышқылдары жоқ тРНК) бар. A-сайтындағы тРНК-дағы жаңадан түзілген пептид дипептид деп аталады, ал бүкіл құрастырма дипептидил-тРНК деп аталады. P-сайтындағы аминқышқылынан айырылған тРНК деацилденгені белгілі. Ұзарудың соңғы сатысы, транслокация деп аталады, онда деацилденген тРНК (P-сайтында) және дипептидил-тРНК (A-сайтында) сәйкес кодондарымен бірге тиісінше E және P-сайттарына жылжып, жаңа кодон A-сайтына кіреді. Бұл процеске G (EF G) ұзару факторы катализдейді. E-сайтындағы деацилденген тРНК келесі A-сайтының толуы кезінде, EF Tu көмегімен, аминоацил-тРНК-мен рибосомадан босатылады. Рибосома mRNA-дағы қалған кодондарды аударғанда, көбірек аминоацил-тРНК A-сайтына байланысады, рибосома mRNA-дағы тоқтату кодонына (UAA, UGA немесе UAG) жеткенше. Аудармалық механизм ДНК репликациясын катализдейтін ферменттік жүйелермен салыстырғанда салыстырмалы түрде баяу жұмыс істейді. Бактериялардағы ақуыздар секундына тек 18 аминқышқыл қалдығын синтездейді, ал бактериялық репликомалар ДНК-ны секундына 1000 нуклеотидтен синтездейді. Бұл жылдамдық айырмашылығы, жартылай, нуклеин қышқылдарын жасау үшін төрт түрлі нуклеотидтерді полимерлеу мен ақуыздарды жасау үшін 20 түрлі аминқышқылдарды полимерлеу арасындағы айырмашылықты көрсетеді. Қате аминоацил-тРНК молекулаларын тексеру және қабылдамау уақытты алады және ақуыз синтезін баяулатады. Бактерияларда аударма басталуы mRNA-ның 5' ұшы синтезделгеннен кейін және аударма мен транскрипция біріктірілгеннен кейін жүреді. Бұл эукариоттарда мүмкін емес, өйткені транскрипция мен аударма жасушаның бөлек бөлімдерінде (ядро мен цитоплазмада) жүзеге асырылады.
Elongation of the polypeptide chain involves addition of amino acids to the carboxyl end of the growing chain. The growing protein exits the ribosome through the polypeptide exit tunnel in the large subunit. Elongation starts when the fMet tRNA enters the P site, causing a conformational change which opens the A site for the new aminoacyl tRNA to bind. This binding is facilitated by elongation factor Tu (EF Tu), a small GTPase. For fast and accurate recognition of the appropriate tRNA, the ribosome utilizes large conformational changes (conformational proofreading). Now the P site contains the beginning of the peptide chain of the protein to be encoded and the A site has the next amino acid to be added to the peptide chain. The growing polypeptide connected to the tRNA in the P site is detached from the tRNA in the P site and a peptide bond is formed between the last amino acids of the polypeptide and the amino acid still attached to the tRNA in the A site. This process, known as peptide bond formation, is catalyzed by a ribozyme (the 23S ribosomal RNA in the 50S ribosomal subunit). Now, the A site has the newly formed peptide, while the P site has an uncharged tRNA (tRNA with no amino acids). The newly formed peptide in the A site tRNA is known as dipeptide and the whole assembly is called dipeptidyl tRNA. The tRNA in the P site minus the amino acid is known to be deacylated. In the final stage of elongation, called translocation, the deacylated tRNA (in the P site) and the dipeptidyl tRNA (in the A site) along with its corresponding codons move to the E and P sites, respectively, and a new codon moves into the A site. This process is catalyzed by elongation factor G (EF G). The deacylated tRNA at the E site is released from the ribosome during the next A site occupation by an aminoacyl tRNA again facilitated by EF Tu. The ribosome continues to translate the remaining codons on the mRNA as more aminoacyl tRNA bind to the A site, until the ribosome reaches a stop codon on mRNA(UAA, UGA, or UAG). The translation machinery works relatively slowly compared to the enzyme systems that catalyze DNA replication. Proteins in bacteria are synthesized at a rate of only 18 amino acid residues per second, whereas bacterial replisomes synthesize DNA at a rate of 1000 nucleotides per second. This difference in rate reflects, in part, the difference between polymerizing four types of nucleotides to make nucleic acids and polymerizing 20 types of amino acids to make proteins. Testing and rejecting incorrect aminoacyl tRNA molecules takes time and slows protein synthesis. In bacteria, translation initiation occurs as soon as the 5' end of an mRNA is synthesized, and translation and transcription are coupled. This is not possible in eukaryotes because transcription and translation are carried out in separate compartments of the cell (the nucleus and cytoplasm).
Қайта өңдеу
Терминация кезеңінің соңында қалыптасқан посттерминациялық кешен А орнында терминациялық кодоны бар мРНК, Р орнында зарядталмаған тРНК және толық 70S рибосомадан тұрады. Рибосоманы қайта өңдеу кезеңі тоқтатылғаннан кейінгі рибосомалық кешенді бөлшектеуге жауапты. Терминация кезінде жаңадан түзілген белок босатылғаннан кейін, Рибосоманы қайта өңдеу факторы және Ұзарту факторы G (EF G) рибосомалардан мРНК және тРНК-ны босатуға, ал 70S рибосомасын 30S және 50S кішібөлімдеріне ажыратуға қатысады. IF3 содан кейін деацилденген тРНК-ны алмастырып, мРНК-ны босатады. Барлық аударма компоненттері енді қосымша аударма раундтары үшін бос. тРНК-ға байланысты, IF1–IF3 қайта өңдеуді де жүзеге асыруы мүмкін.
The post termination complex formed by the end of the termination step consists of mRNA with the termination codon at the A site, an uncharged tRNA in the P site, and the intact 70S ribosome. Ribosome recycling step is responsible for the disassembly of the post termination ribosomal complex. Once the nascent protein is released in termination, Ribosome Recycling Factor and Elongation Factor G (EF G) function to release mRNA and tRNAs from ribosomes and dissociate the 70S ribosome into the 30S and 50S subunits. IF3 then replaces the deacylated tRNA releasing the mRNA. All translational components are now free for additional rounds of translation. Depending on the tRNA, IF1–IF3 may also perform recycling.
Полисомалар
Аударма бірнеше рибосомалардың бірдей қатысуымен жүзеге асырылады. Рибосомалардың салыстырмалы түрде үлкен өлшемділігіне байланысты, олар мРНК-да 35 нуклеотид қашықтықтағы орынға ғана бекіне алады. Бір мРНК және бірнеше рибосомадан құралған кешен полисома немесе полирибосома деп аталады.
Translation is carried out by more than one ribosome simultaneously. Because of the relatively large size of ribosomes, they can only attach to sites on mRNA 35 nucleotides apart. The complex of one mRNA and a number of ribosomes is called a polysome or polyribosome.
Аударманы реттеу
Бактериялық жасушалардың қоректік заттары таусылғанда, олар стационарлық фазаға өтеді және ақуыз синтезін төмендетеді. Бұл өтуге бірнеше процесс көмектеседі. Мысалы, E. coli-де 70S рибосомалары кішкентай 6,5 кДа протеин, рибосома модуляция факторы RMF-пен байланысқанда 90S димерлерін құрайды. Бұл аралық рибосома димерлері кейіннен гибернацияны ынталандыру факторымен (10,8 кДа ақуыз, HPF) байланысып, 100S рибосомалық бөлшекті қалыптастырады, онда димеризация интерфейсі екі қатысушы рибосоманың екі 30S кіші бірлігімен жасалады. Рибосома димерлері – бұл қыстама жағдайы және олар трансляциялық белсенді емес. E. coli жасушалары стационарлық фазаға өткенде рибосомаларға байланыса алатын үшінші ақуыз – YfiA (бұрын RaiA деп аталған). HPF және YfiA құрылымдық тұрғыдан ұқсас, және екі ақуыз да рибосоманың каталитикалық A және P орындарына байланыса алады. RMF, 16S рРНК-мен хабаршының өзара әрекеттесуін болдырмау арқылы рибосоманың мРНК-мен байланысуын тоқтатады. Рибосомаларға байланысқанда E. coli YfiA-ның C-терминалды құйрығы RMF байланысына кедергі келтіреді, осылайша димеризацияны болдырмайды және трансляциялық белсенді емес мономерлік 70S рибосомаларының пайда болуына себеп болады. [[File:RsfS механизмі.png|thumb|RsfS (= RsfA) арқылы рибосомалық кішібірліктердің диссоциациялану механизмі. RsfS жасушалар аштық шеккенде ("S") трансляцияны тоқтатады, демек аминқышқылдары жетіспейді. RsfS ірі рибосомалық кішібірліктің L14 ақуызына байланысып, функционалды 70S рибосомасын құрау үшін кіші кішібірліктің қосылуын бөгеп, трансляцияны баяулатады немесе толығымен тоқтатады. RsfS ақуыздары барлық дерлік эубактерияларда (бірақ археяларда емес) кездеседі, ал гомологтары митохондриялар мен хлоропластарда (олар C7orf30 және iojap деп аталады) табылады. Дегенмен, RsfS экспрессиясы мен активтілігі қалай реттеледі, әлі белгісіз. Escherichia coli-дегі тағы бір рибосома диссоциация факторы – HflX, бұрын белгісіз функциясы бар GTPаза. Zhang және авторлар (2015) HflX ыстық соққыға ұшыраған рибосомаларды бөлу факторы болып табылады, ол бос және мРНК-мен байланысты рибосомаларды ажыратуға қабілетті. HflX-тың N-терминалды эффекттор домені I класты босату факторларына ұқсас пептидилтрансфераза орталығына байланысып, орталық ішкібірліктер арасындағы көпірлерде айқын конформациялық өзгерістерді тудырады, осылайша ішкібірліктердің диссоциациялануын ынталандырады. Сәйкесінше, HflX жоғалуы ыстық соққы және басқа да стресс жағдайларында тоқтаған рибосомалардың көбеюіне әкеледі.
When bacterial cells run out of nutrients, they enter stationary phase and downregulate protein synthesis. Several processes mediate this transition. For instance, in E. coli, 70S ribosomes form 90S dimers upon binding with a small 6.5 kDa protein, ribosome modulation factor RMF. These intermediate ribosome dimers can subsequently bind a hibernation promotion factor (the 10.8 kDa protein, HPF) molecule to form a mature 100S ribosomal particle, in which the dimerization interface is made by the two 30S subunits of the two participating ribosomes. The ribosome dimers represent a hibernation state and are translationally inactive. A third protein that can bind to ribosomes when E. coli cells enter the stationary phase is YfiA (previously known as RaiA). HPF and YfiA are structurally similar, and both proteins can bind to the catalytic A and P sites of the ribosome. RMF blocks ribosome binding to mRNA by preventing interaction of the messenger with 16S rRNA. When bound to the ribosomes the C terminal tail of E. coli YfiA interferes with the binding of RMF, thus preventing dimerization and resulting in the formation of translationally inactive monomeric 70S ribosomes. [[File:RsfS mechanism. png|thumb|Mechanism of ribosomal subunit dissociation by RsfS (= RsfA). RsfS inactivates translation when cells starve ("S") and thus are short on amino acids. RsfS binds to L14, a protein of the large ribosomal subunit, and thereby blocks joining of the small subunit to form a functional 70S ribosome, slowing down or blocking translation entirely. RsfS proteins are found in almost all eubacteria (but not archaea) and homologs are present in mitochondria and chloroplasts (where they are called C7orf30 and iojap, respectively). However, it is not known yet how the expression or activity of RsfS is regulated. Another ribosome dissociation factor in Escherichia coli is HflX, previously a GTPase of unknown function. Zhang et al. (2015) showed that HflX is a heat shock–induced ribosome splitting factor capable of dissociating vacant as well as mRNA associated ribosomes. The N terminal effector domain of HflX binds to the peptidyl transferase center in a strikingly similar manner as that of the class I release factors and induces dramatic conformational changes in central intersubunit bridges, thus promoting subunit dissociation. Accordingly, loss of HflX results in an increase in stalled ribosomes upon heat shock and possibly other stress conditions.
Антибиотиктердің әсері
Бірнеше антибиотиктер бактериялардағы аударма процесін бағыттап, осы арқылы әрекет етеді. Олар прокариоттық және эукариоттық аударма механизмдерінің айырмашылықтарын пайдаланып, иесіне зиян келтірмей, бактериялардағы ақуыз синтезін таңдап тежейді.
Several antibiotics exert their action by targeting the translation process in bacteria. They exploit the differences between prokaryotic and eukaryotic translation mechanisms to selectively inhibit protein synthesis in bacteria without affecting the host.