Трансляция. Биосинтез белка

Часть I
Структура РНК
тРНК
Рибосома

РНК в клетке
DNA
Proteins
mRNA
rRNA
tRNA
miRNA
vault RNA
snRNA
snoRNA
SRP 7S RNA
gRNA
7SK RNA
ncRNA
cRNA
RNAse P

RNA vs DNA
Бактериофаг øR1-37 использует в своей ДНК дезоксиуридин вместо дезокситимидина

Вторичная и третичная структура РНК
Вторичная структура - совокупность комплементарных взаимодействий
Третичная структура - 3D-атомарная структура

Вторичная структура РНК
G≡C (3 Н-связи)
A=U
G=U

Вторичная структура РНК
G≡C
A=U (2 Н-связи)
G=U

Вторичная структура РНК
G≡C
A=U
G=U (2 Н-связи)

Вторичная структура РНК

http://www.eternagame.org/web/

Pseudoknots - псевдоузлы
Структуры, в которых петля шпильки сама образует шпильку

Вопрос:
Что будет, если длина шпилек в псевдоузле будет, скажем, 12 нуклеотидов?

Адапторная гипотеза (1955)
Между мРНК и белками существует адаптор, ставящий в соответствие генетическую информацию и аминокислоты
Francis Crick
(1916-2004)

Трехбуквенный код (1953)
20 аминокислот
4 нуклеотида
1-битный код: 4 варианта
2-битный код: 16 вариантов
3-битный код: 64 варианта
Георгий Гамов
(1904-1968)
64 намного больше чем 20!

Универсальный генетический код
61 смысловой триплет. Но у человека только 38 разных тРНК. Как такое может быть?!

Отклонения от генетического кода
Митохондрии, некоторые бактерии и простейшие

Неканонические аминокислоты
Cеленоцистеин (UGA)
Селенометионин (AUG)
Пирролизин (UGA)

Пространственная структура тРНК

Модифицированные нуклеотиды в тРНК
2’-O-methyl (A, C, U, G)
m7G, m1G, m2G, m2,2G, m5C, m3C
I, ψ, W, rT, D
4-Ac-A
...
http://modomics.genesilico.pl/

Неканонические структуры в РНК

Неканонические пары в тРНК
http://bps.rutgers.edu/bps

G-Quadruplex
Внутримолекулярные и межмолекулярные
Теломеры
Промоторы
мРНК

Неорганические ионы в структуре тРНК

Стабильные тетралупы
GNRA-tetraloop
Стабилизируется стекинг-взаимодействиями

TAR HIV-1

Triple contact in TAR

Как 38 тРНК могут «обслуживать» 61 кодон?!

Wobble-гипотеза (F.Crick, 1966)
Объясняет, почему тРНК меньше, чем кодонов

Варианты wobble-взаимодействий

Неканонические пары в кодон-антикодоновом взаимодействии

3 tRNASer - 6 триплетов

Кто заметил ошибку на предыдущем слайде? :)

Аминоацил-тРНК синтетазы
Некоторые ARSase могут деацилировать неправильно ацилированные тРНК

У вас должны были возникнуть вопросы:
К какому концу тРНК пришивается аминокислота?
Как аминоацил тРНК синтетаза распознает свою тРНК?

Identity Elements
Изменяя identity elements, можно обмануть ARSase - и она начнет навешивать не ту аминокислоту

Созревание тРНК N. equitans
Две половинки тРНК закодированы в разных генах на разных хромосомах

RNAse P
RNP - рибонуклеопротеин
RNAse P - рибозим
Но! RNAse P из митохондрий человека не содержит RNA

Процессинг тРНК
tRNA вырезается из транскрипта (Pol III)
У архей и эукаритот в tRNA еще есть интрон

Аминоацил-тРНК
На 3’-конце всех тРНК находится ССА-триплет
Он не закодирован в ДНК, а довешивается пост-транскрипционно

Процессинг рибосомных РНК

Сравнение прокариотических и эукариотических рибосом

Центрифугирование в градиенте сахарозы
Коэффициент седиментации (S):
зависит от формы частицы
зависит от массы частицы

Сборка рибосомы
Умение разбирать и собирать рибосому позволило локализовать на ней многие важные участки

23S rRNA

23S rRNA

Структурный анализ рибосом
2000 - 70S из Thermus thermophilis, 3Å
2000 - 70S из Thermus thermophilis, 3,3Å
2000 - 50S из Haloarcula marismortui, 2,4Å
2001 - 30S из Thermus thermophilis с IF1, 3,2Å
2004 - 80S из Saccharomyces cerevisiae со связанным eEF2, 11,7Å, cryo-EM
2009 - 80S из Thermomyces lanuginosus, 8,9Å, cryo-EM
2010 - 80S из Triticum aestivum, 5,5Å, cryo-EM
2011 - 80S из Saccharomyces cerevisiae, 3Å
2011 - 40S из Tetrahymena thermophila со связанным с ней eIF1, 3,9Å
2013 - 60S из Tetrahymena thermophila со связанным с ней eIF6, 3,5Å
2013 - 80S из Trypanosoma brucei, 5Å, cryo-EM
2013 - 80S из Saccharomyces cerevisiae со связанным eIF5B, 6,6Å cryo-EM
2013 - 40S из Oryctolagus cuniculus со связанными с ней eIF2, eIF3, DHX29, 11,6Å cryo-EM

Рибосома E.coli (конец 80-х)

Thermus thermophilis 70S (Yusupov et. al, 2001)

Каталитический центр рибосомы «сделан» из РНК?

50S ribosome

3 участка связывания тРНК на рибосоме

Инициация: тРНК связывается с Р-сайтом
Элонгация: тРНК связывается с А-сайтом

Элонгация трансляции. Шаг 1.
Инициаторная Мет-тРНК в Р-сайте
А-сайт свободен

Элонгация трансляции. Шаг II.
P-сайт занят пептидил-тРНК
В А-сайт связывается новая аминоацил-тРНК

Элонгация трансляции. Шаг III.
Транспептидация.
тРНК в Р-сайте без аминокислоты, но пептид - в Р-сайте
тРНК в А-сайте связана с пептидом

Элонгация трансляции. Шаг IV.
Транслокация.
Рибосома перемещается по мРНК
В Е-сайте - деацилированная тРНК
В Р-сайте - пептидил-тРНК
А-сайт пустой

Рибосомный туннель