- •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
Plausible scenario of the factor-free elongation cycle
in terms of locking-unlocking concept
UNLOCKED STATE 1:
UNLOCKED STATE 2:
Последовательность событий в ходе EF-G-зависимой транслокации
unlocke |
unlocke |
|
d |
||
d |
||
|
unlocked, fixed by EF-G!
locked |
locked |
unlocke d
EF-Tu-промотируемое связывание аминоацил-тРНК c А-участком рибосомы: последовательность событий
|
Scanning of |
|
Aa-tRNA٠EF-Tu٠GTP |
|
complexes |
Unlocked |
Unlocked |
Binding of cognate Aa-tRNA٠EF-Tu٠GTP complex
Locked
GTP hydrolysis
Unlocked |
Aa-tRNA moving |
Unlocked |
|
EF-Tu٠GDP release,
Aa-tRNA fixation
Locked
Конец лекции
Рибосома как молекулярная машина
Главным двигателем рибосомы как транспортной машины конвейерного типа
является пептидил-трансферазный центр.
Топливо – аминоацил-тРНК.
Молекулярная трансмиссия – сопряжение локальных химических изменений
(связывание тРНК – транспептидация – освобождение тРНК) с конформационными изменениями в рибосоме, изменяющими сродство тРНК-связывающих участков к тРНК.
Движитель – тРНК-связывающие участки (А, Р, Е),
чередующиеся изменения сродства которых к тРНК обеспечивают однонаправленные перемещения тРНК
от слабо связанного состояния с сильно связанному состоянию (the weak to strong binding state transitions).
Конформационная подвижность рибосомы – это тепловые флуктуации структурных модулей рибосомы.
Флуктуационная подвижность модулей служит основой функционального рабочего цикла рибосомы
как молекулярной машины.
Транслирующая рибосома как молекулярная машина - основные принципы:
(1)Крупноблочная подвижность машины (макромолекулярного комплекса).
(2)Броуновское движение как единственный источник внутримолекулярных смещений структурных блоков
илигандов (мРНК, тРНК),
а также машины в целом.
(3)Химическая реакция дестабилизация системы в результате изменения сродства блоков машины к лигандам (тРНК, мРНК)
направленные смещения лигандов по принципу «the weak to strong binding state transitions».
Рабочий (элонгационный) цикл бесфакторной трансляции
Рабочий (элонгационный) цикл бесфакторной трансляции
EF-Tu-промотируемое связывание аминоацил-тРНК c А-участком рибосомы: последовательность событий
Scanning of
Aa-tRNA٠EF-Tu٠GTP
complexes
Binding of cognate Aa-tRNA٠EF-Tu٠GTP complex
GTP hydrolysis
Aa-tRNA moving
EF-Tu٠GDP release, Aa-tRNA fixation