Кіріспе

Бактериялардағы ақуыз синтезі процесі. Бактериялық трансляция – бұл бактериялардағы хабаршы РНК-ның ақуыздарға аударылу процесі.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.