Prokaryotische große ribosomale Untereinheit – Wikipedia

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Atomstruktur der 50S-Untereinheit aus Haloarcula marismortui. Die Proteine ​​sind blau und die beiden RNA-Stränge orange und gelb dargestellt.[1] Der kleine grüne Fleck in der Mitte der Untereinheit ist das aktive Zentrum.

Atomstruktur der großen 50S-Untereinheit des Ribosoms gegenüber der kleinen ribosomalen 30S-Untereinheit. Proteine ​​sind blau und RNA ockerfarben gefärbt. Das aktive Zentrum, Adenin 2486, ist rot hervorgehoben. Bild erstellt von PDB: 3CC2Mit PyMol

50S ist die größere Untereinheit des 70S-Ribosoms von Prokaryoten, dh Bakterien und Archaeen. Es ist der Ort der Hemmung für Antibiotika wie Makrolide, Chloramphenicol, Clindamycin und die Pleuromutiline. Es enthält die 5S-ribosomale RNA und die 23S-ribosomale RNA.

Struktur[edit]

50S, ungefähr äquivalent zur 60S-ribosomalen Untereinheit in eukaryotischen Zellen, ist die größere Untereinheit des 70S-Ribosoms von Prokaryoten. Die 50S-Untereinheit besteht hauptsächlich aus Proteinen, enthält aber auch einzelsträngige RNA, die als ribosomale RNA (rRNA) bekannt ist. rRNA bildet Sekundär- und Tertiärstrukturen, um die Struktur aufrechtzuerhalten und die katalytischen Funktionen des Ribosoms auszuführen.

Röntgenkristallographie hat Elektronendichtekarten ergeben, die die Struktur des 50S in ermöglichen Haloarcula marismortui auf 2,4 Å Auflösung zu bestimmen[1]und der 50er Jahre in Deinococcus radiodurans bis 3,3 Å.[2] Die große ribosomale Untereinheit (50S) ist ungefähr doppelt so massereich wie die kleine ribosomale Untereinheit (30S). Das Modell von Hm 50S, das im Jahr 2000 von Nenad Ban und Kollegen im Labor von Thomas Steitz und im Labor von Peter Moore bestimmt wurde, umfasst 2711 der 2923 Nukleotide der 23S-rRNA, alle 122 Nukleotide der 5S-rRNA und die Struktur von 27 von seine 31 Proteine.[1]

Eine KryoEM-Struktur der 50S-Untereinheit aus dem Archäon Methanothermobacter thermautotrophicus Wurde bestimmt. Es teilt die 50S-Größe / Sedimentationsrate und die zwei rRNA-Zählungen, aber seine 23S-Expansionssegmente haben mehr mit Eukaryoten gemeinsam.[3] Eine CryoEM-Rekonstruktion der nativen 50S-Untereinheit des extrem halophilen Archaean Halococcus morrhuae (klassifiziert unter Euryarchaeota; Stenosarchaea-Gruppe) ist verfügbar. Die 50S-Untereinheit enthält eine 108-Nucleotid-Insertion in ihrer 5S-rRNA.[4] Es wird beobachtet, dass bei einer Auflösung im Subnanometer aus einem Vier-Wege-Übergang austritt, ohne die kanonische 5S-rRNA-Struktur der Eltern zu beeinflussen.[5]

Ribosomale RNA[edit]

Die Sekundärstruktur von 23S ist in sechs große Domänen unterteilt, in denen Domäne V für ihre Peptidyltransferaseaktivität am wichtigsten ist. Jede Domäne enthält eine normale Sekundärstruktur (z. B. Base Triple, Tetraloop, Kreuzstrang-Purin-Stack) und ist auch in der Tertiärstruktur hochsymmetrisch; Proteine ​​intervenieren zwischen ihren Helices. Auf der Ebene der Tertiärstruktur ist die rRNA der großen Untereinheit eine einzelne gigantische Domäne, während die kleine Untereinheit drei strukturelle Domänen enthält. Dieser Unterschied spiegelt die geringere Flexibilität der großen Untereinheit wider, die für ihre Funktion erforderlich ist. Während sein Kern erhalten bleibt, nimmt er Expansionssegmente an seiner Peripherie auf.[5][6]

Funktion[edit]

50S umfasst die Aktivität, die die Bildung von Peptidbindungen katalysiert (Peptidyltransferreaktion), die vorzeitige Polypeptidhydrolyse verhindert, eine Bindungsstelle für die G-Protein-Faktoren bereitstellt (die Initiierung, Verlängerung und Beendigung unterstützt) und die Proteinfaltung nach der Synthese unterstützt.

Fördert die Peptidyltransferreaktion und verhindert die Peptidylhydrolyse[edit]

Es wurde ein induzierter Anpassungsmechanismus für die Katalyse der Peptidyltransferreaktion durch 50S und die Verhinderung der Peptidylhydrolyse entdeckt. Die Aminogruppe einer Aminoacyl-tRNA (bindet an die A-Stelle) greift den Kohlenstoff einer Carbonylgruppe einer Peptidyl-tRNA an (bindet an die P-Stelle) und ergibt schließlich ein Peptid, das um eine Aminosäure verlängert ist, die an die an die A-Stelle gebundene tRNA verestert ist die ribosomale A-Stelle und eine deacylierte tRNA an der P-Stelle.

Wenn die A-Stelle nicht besetzt ist, schieben die Nukleotide U2620 (E. coli U2585), A2486 (2451) und C2106 (2063) die Carbonylgruppe in die Mitte und zwingen sie in eine Ausrichtung, die der A-Stelle zugewandt ist. Diese Orientierung verhindert einen nukleophilen Angriff von der A-Stelle, da der optimale Angriffswinkel 105 Grad von der Ebene der Estergruppe beträgt. Wenn eine tRNA mit einem vollständigen[?] Die CCA-Sequenz an ihrem Akzeptorstamm ist an die A-Stelle gebunden, C74 der tRNA-Stapelung mit U2590 (2555) induziert eine Konformationsänderung im Ribosom, was zur Bewegung von U2541 (2506), U2620 (2585) durch G2618 (2583) führt. Die Verschiebung der Basen ermöglicht es der Estergruppe, eine neue Konformation anzunehmen, die für einen nukleophilen Angriff von der A-Stelle aus zugänglich ist.

Das N3 (Stickstoff) von A2486 (2451) ist der zu synthetisierenden Peptidbindung am nächsten und kann als allgemeine Base dienen, um den nukleophilen Angriff der Aminogruppe der Aminoacyl-tRNA (an der A-Stelle) durch die Aminogruppe zu erleichtern. Der pKa von A2486 (2451) ist etwa 5 Einheiten höher, um eine Wasserstoffbindung mit der Aminogruppe herzustellen und so deren Nucleophilie zu erhöhen. Die Erhöhung von pKa wird durch einen Ladungsrelaismechanismus erreicht. A2486 (2451) interagiert mit G2482 (G2447), das Wasserstoff an das vergrabene Phosphat von A2486 (2450) bindet. Dieses vergrabene Phosphat kann die normalerweise seltenen Imino-Tautomere beider Basen stabilisieren, was zu einer Erhöhung der negativen Ladungsdichte auf N3 führt.

Hilft bei der Proteinbildung[edit]

Nach Initiierung, Verlängerung und Beendigung erfolgt ein vierter Schritt der Zerlegung des Post-Terminationskomplexes aus Ribosom, mRNA und tRNA, der eine Voraussetzung für die nächste Runde der Proteinsynthese ist. Die große ribosomale Untereinheit spielt eine Rolle bei der Proteinfaltung beider in vitro und in vivo. Die große ribosomale Untereinheit bietet eine hydrophobe Oberfläche für den hydrophoben Kollapsschritt der Proteinfaltung. Das neu synthetisierte Protein benötigt vollen Zugang zur großen Untereinheit, um sich zu falten. Dieser Vorgang kann einige Zeit dauern (5 Minuten für Beta-Galactosidase)[citation needed]).

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

  1. ^ ein b c Nissen, P.; Hansen, J.; Ban, N.; Moore, P.; Steitz, T. (2000). “Die vollständige Atomstruktur der großen ribosomalen Untereinheit bei einer Auflösung von 2,4 A”. Wissenschaft. 289 (5481): 905–920. CiteSeerX 10.1.1.58.2271. doi:10.1126 / science.289.5481.905. PMID 10937989.
  2. ^ Schluenzen, F.; Tocilj, A.; Zarivach, R.; Harms, J.; Gluehmann, M.; Janell, D.; Bashan, A.; Bartels, H.; Agmon, I.; Franceschi, F.; Yonath, A. (2000). “Struktur einer funktionell aktivierten kleinen ribosomalen Untereinheit bei einer Auflösung von 3,3 Å”. Zelle. 102 (5): 615–623. doi:10.1016 / S0092-8674 (00) 00084-2. PMID 11007480.
  3. ^ Greber, Basil J.; Boehringer, Daniel; Godinic-Mikulcic, Vlatka; Crnkovic, Ana; Ibba, Michael; Weygand-Durasevic, Ivana; Ban, Nenad (Mai 2012). “Kryo-EM-Struktur der archaealen 50S-Ribosomenuntereinheit im Komplex mit Initiationsfaktor 6 und Implikationen für die Ribosomenentwicklung”. Journal of Molecular Biology. 418 (3–4): 145–160. doi:10.1016 / j.jmb.2012.01.018.
  4. ^ Luehrsen, KR.; Nicholson, DE; Eubanks, DC; Fox, GE (Mai 1981). “Eine archaebakterielle 5S-rRNA enthält eine lange Insertionssequenz”. Natur. 293: 755–756. doi:10.1038 / 293755a0.
  5. ^ ein b Tirumalai, MR; Kaelber, JT; Park, DR; Tran, Q; Fox, GE (31. August 2020). “Kryo-Elektronenmikroskopische Visualisierung einer großen Insertion in die 5S-ribosomale RNA des extrem halophilen Archäons Halococcus morrhuae“”. FEBS Open Bio. doi:10.1002 / 2211-5463.12962.
  6. ^ Penev PI, Fakhretaha-Aval S., Patel VJ, Cannone JJ, Gutell RR, Petrov AS, Williams LD, Glass JB (August 2020). “Übergroße ribosomale RNA-Expansionssegmente in Asgard archaea”. Genombiologie und Evolution. doi:10.1093 / gbe / evaa170. PMID 32785681.
  • Nissen, P.; Hansen, J.; Ban, N.; Moore, P.; Steitz, T. (2000). “Die strukturelle Basis der Ribosomenaktivität bei der Peptidbindungssynthese”. Wissenschaft. 289 (5481): 920–929.
  • Schmeing, T.; Huang, K.; Strobel, S.; Steitz, T. (2005). “Ein induzierter Anpassungsmechanismus zur Förderung der Bildung von Peptidbindungen und zum Ausschluss der Hydrolyse von Peptidyl-tRNA”. Natur. 438: 520–524.
  • Basu, A.; Ghosh, J.; Bhattacharya, A.; Pal, S.; Chowdhury, S.; DasGupta, C. (2003). “Aufspaltung des Ribosoms in seine Untereinheiten durch ungefaltete Polypeptidketten”. Aktuelle Wissenschaft. 84: 1123–1125.

Externe Links[edit]


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