
- •А.С. Спирин
- •Участие белкового фактора элонгации в связывании аминоацил-тРНК
- •Рабочий элонгационный цикл транслирующей рибосомы
- •Конформационный переход белка EF-Tu при связывании ГТФ: взаимный поворот, слипание и фиксация доменов
- •Фактор элонгации EF-Tu (EF1A):
- •Тройственный комплекс Aa-tRNA • EF-Tu• GTP
- •Связывание тройственного комплекса Aa-tRNA • EF-Tu• GTP с рибосомой: А/Т позиция Аа-тРНК
- •EF-Tu-промотируемое связывание аминоацил-тРНК с А-участком рибосомы
- •Белок EF-Tu (EF1) как молекулярная машина челночного типа
- •Рабочий цикл транслирующей рибосомы как молекулярной машины конвейерного типа
- •Рабочий цикл транслирующей рибосомы
- •Транслирующая рибосома осуществляет два сопряженных процесса молекулярного транспорта:
- •Рибосома как молекулярная машина:
- •ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ РИБОСОМ
- •Крупно-блочная подвижность рибосомы и концепция смыкания-размыкания
- •КОНЦЕПЦИЯ СМЫКАНИЯ – РАЗМЫКАНИЯ СТРУКТУРНЫХ БЛОКОВ
- •Фактор элонгации EF-Tu (EF1A):
- •Рабочий цикл сканирующего 43S рибосомного комплекса как молекулярной машины конвейерного типа
- •Смыкание – размыкание аминоацил-тРНК-связывающего участка рибосомной 30S субъединицы
- •Model of translating ribosome based on mutual mobility of ribosomal subunits
- •Поворот малой рибосомной субъединицы относительно большой, сопровождающий размыкание межсубъединичного канала
- •Демонстрация попеременного смыкания-размыкания транслирующей рибосомы (данные smFRET)
- •Подвижные блоки и наблюдаемые подвижки в рибосоме:
- •Основные подвижные блоки рибосомы:
- •ЧТО ДВИЖЕТ МАКРОМОЛЕКУЛАМИ И ИХ ЧАСТЯМИ?
- •Рабочий цикл транслирующей рибосомы в отсутствие факторов элонгации?
- •Катализ кодон-зависимого связывания аминоацил-тРНК и транслокации факторами элонгации EF-Tu и EF-G с ГТФ
- •Кодон-зависимое связывание аминоацил-тРНК без фактора элонгации EF-Tu с ГТФ
- •Кодон-зависимое связывание аминоацил-тРНК
- •Рабочий (элонгационный) цикл бесфакторной трансляции
- •Рабочий (элонгационный) цикл бесфакторной трансляции:
- •ТРАНСПЕПТИДАЦИЯ
- •ТРАНСПЕПТИДАЦИЯ
- •ТРАНСПЕПТИДАЦИЯ
- •Транспептидация –
- •Транспептидация и миграция между двумя неустойчивыми состояниями
- •Транслокация в терминах механизма «храповика с собачкой»
- •Рабочий (элонгационный) цикл бесфакторной трансляции: translocation of tRNAs shift of mRNA
- •Plausible scenario of the factor-free elongation cycle
- •Последовательность событий в ходе EF-G-зависимой транслокации
- •EF-Tu-промотируемое связывание аминоацил-тРНК c А-участком рибосомы: последовательность событий
- •Конец лекции
- •Рибосома как молекулярная машина
- •Конформационная подвижность рибосомы – это тепловые флуктуации структурных модулей рибосомы.
- •Транслирующая рибосома как молекулярная машина - основные принципы:
- •Рабочий (элонгационный) цикл бесфакторной трансляции
- •Рабочий (элонгационный) цикл бесфакторной трансляции
- •EF-Tu-промотируемое связывание аминоацил-тРНК c А-участком рибосомы: последовательность событий
- •Plausible scenario of the factor-free elongation cycle
- •Scenario of the factor-free elongation cycle in terms of locking-unlocking concept
- •Spontaneous translocation (IIIb → IV transition)
- •Рабочий (элонгационный) цикл бесфакторной трансляции
- •Последовательность событий в ходе EF-G-зависимой транслокации
- •ЧТО ДВИЖЕТ МАКРОМОЛЕКУЛАМИ И ИХ ЧАСТЯМИ?
- •Принципы работы молекулярных машин
- •МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МАШИНЫ
- •Молекулярные машины конвейерного типа
- •СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МАШИН (по сравнению с механическими макро-машинами)
- •ОСОБЕННОСТИ PАБОТЫ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МАШИН
- •Главный вопрос:
- •Как в условиях интенсивных беспорядочных толчков обеспечивается упорядоченная работа безынерционной машины, лишенной точной
- •Как в условиях интенсивных беспорядочных толчков обеспечивается упорядоченная работа безинерционной машины, лишенной точной
- •Как в условиях интенсивных беспорядочных толчков обеспечивается упорядоченная работа безинерционной машины, лишенной точной
- •Фейнмановский храповик с собачкой
- •Что требуется для того, чтобы диффузионное блуждание вдоль направляющей нити
- •A car bombarded by giant hailstones,
- •DRIVING WITHOUT ENGINE
- •Молекулярный «храповик с собачкой» (molecular ratchet-and-pawl mechanism)
- •Принципы работы молекулярных машин конвейерного типа
- •Молекулярный «храповик с собачкой» (molecular ratchet-and-pawl mechanism)
- •Транслокация в терминах энергетического пути реакции
- •Ректификация броуновского движения:
- •Принципы работы молекулярных машин конвейерного типа
- •Транслирующая рибосома как молекулярная машина конвейерного типа
- •Расположение субстратных молекул аминоацил-тРНК (А/а) и пептидил-тРНК (Р/р)
- •Конец лекции
- •Резервные слайды
- •Feynman’s ratchet-and-pawl mechanism
- •Что определяет направленность перемещения макромолекулярного комплекса или
- •СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МАШИН (по сравнению с механическими макро-машинами)
- •Тепловое броуновское движение является той «движущей силой», которая побуждает макромолекулярный комплекс
- •Что является «движущей силой» (“motive force”), которая побуждает макромолекулярный комплекс или его структурные
- •Участие белкового фактора элонгации в связывании аминоацил-тРНК
- •Последовательность событий в ходе EF-G-зависимой транслокации
- •Model of translating ribosome based on mutual mobility of ribosomal subunits

Рабочий (элонгационный) цикл бесфакторной трансляции:
transpeptidation destabilization of energy landscape
intersubunit
intersubunit unlocking

|
|
|
|
|
|
ТРАНСПЕПТИДАЦИЯ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
P site |
|
|
A site |
|
|
P site |
|
|
A site |
|
|
|
||||
|
|
tRNA'cc |
|
|
|
|
tRNA''cc |
|
|
tRNA'cc |
|
|
|
tRNA''cc |
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
O |
|
|
|
O |
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
CH2 |
O |
|
A |
CH2 |
O |
A transpeptidation |
CH2 |
O |
|
A |
CH2 |
O |
A |
|||
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
O |
|
OH |
|
|
O |
|
OH |
OH |
OH |
|
|
O |
|
OH |
|
|
|
O |
C |
|
|
|
|
C |
O |
|
|
|
|
|
|
C |
O |
|
|
|
R' |
CH |
|
|
R'' |
CH |
a |
|
|
|
|
R'' |
CH |
|
|||
|
|
|
NH |
p |
|
|
NH2 |
|
|
p |
|
|
NH |
a |
||||
|
|
|
C |
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
O |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
R |
CH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R' |
CH |
|
||
|
|
|
NH |
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH |
|
||
|
|
|
C |
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
CH3 |
S |
(CH2)2 |
CH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
CH |
|
||
|
|
|
NH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH |
n |
||
|
|
H |
C |
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CH3 |
S |
(CH2)2 |
CH |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
C |
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|

ТРАНСПЕПТИДАЦИЯ
АТАКА
A site tRNA
C |
'i + 1 |
|
C |
|
|
|
|
|
|
i + 1 |
|
N |
i |
• • |
N |
i + |
1 |
|
|
|
C |
i |
C 'i |
|
|
P site tRNA

ТРАНСПЕПТИДАЦИЯ
АТАКА |
ТЕТРАЭДРИЧЕСКИЙ |
|
ИНТЕРМЕДИАТ |
||
|
A site tRNA
C |
'i + 1 |
|
C |
|
|
|
|
|
|
i + 1 |
|
N |
i |
• • |
N |
i + |
1 |
|
|
|
C |
i |
C 'i |
|
|
P site tRNA

ТРАНСПЕПТИДАЦИЯ
АТАКА |
|
|
|
ТЕТРАЭДРИЧЕСКИЙ |
РАСПАД |
|
|
|
ИНТЕРМЕДИАТ |
ИНТЕРМЕДИАТА |
|
|
|
|
|
||
A site |
A site |
||||
tRNA |
tRNA |
||||
C 'i + 1 |
|
C |
|
|
|
|
|
|
i + 1 |
|
|
N i |
• • |
N |
i + |
1 |
|
C i |
|
|
|||
|
C 'i |
|
|
||
|
|
|
|
P site |
P site |
|
tRNA |
||
tRNA |
||
|

Транспептидация –
переход в неустойчивое «A/a, P/p» состояние

Транспептидация и миграция между двумя неустойчивыми состояниями
устойчивое |
неустойчивое |
неустойчивое |
состояние |
состояние |
«гибридное» |
|
|
состояние |

Транслокация в терминах механизма «храповика с собачкой»
A P E A P E A P E
ap e |
Spontaneous |
ap e |
Translocation, |
ap e |
|
||||
|
|
|||
|
tRNA CCA-ends |
|
intersubunit locking |
|
|
migration |
|
|
|
A/a, P/p state |
|
A/p, P/e state |
|
P/p, E/e state |

Рабочий (элонгационный) цикл бесфакторной трансляции: translocation of tRNAs
shift of mRNA
Locking
Destabilization! Unocking
Locking!
Destabilization!

Транслокация с перемещением мРНК через размыкание субъединиц и поворот (~ 10 ) малой субъединицы относительно большой
mRNA is shifting by anticodons that are moving together with the rotating 30S subunit
During the reversal rotation of the 30S subunit A to P and P to E transitions of the anticodons occur, this resulting in P/p, E/e stabilization
Destabilized!
unlockin g
Unstable!
locking