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)

(1)After transpeptidation the thermally movable acceptor arms of the A-site- bound peptidyl-tRNA and P-site-bound deacylated tRNA fluctuate in the unlocked ribosome between a-site and p-site, and p-site and e-site, respectively. Thus, the “hybrid state” (A/p and P/e positions of the two tRNAs) is occasionally attained (upper panel).

(2)The unlocked ribosome also allows the spontaneous (thermally induced) rotational shifts of the small subunit relative to the large subunit. When the forward (“counterclockwise”) rotation occurs simultaneously with the transient attainment of the “hybrid state”, the A and P sites on the small subunits together with the sites-bound pair of codon-anticodon duplexes are found shifted relative to the large subunit in the direction of the mRNA 5' end (to the right on the middle panel). In such a state the linkage between the pair of codon-anticodon duplexes and the decoding center (the A and P sites at the small subunit) becomes weakened.

(3)During the reverse (“clockwise”) rotational movement of the small subunit relative to the large subunit the two codon-anticodon duplexes may slide along the decoding center of the small subunit and be anchored by the P and E sites (bottom panel). The result is the translocation of the ribosome along mRNA in the 5' direction. The acquired P/p and E/e positions are thermodynamically favorable, and the subunits become firmly locked. (At the same time, the vacation of the A site should result in the unlocking of the ribosome entrance).

Рабочий (элонгационный) цикл бесфакторной трансляции

ЧТО ДВИЖЕТ МАКРОМОЛЕКУЛАМИ И ИХ ЧАСТЯМИ?

Все движения макромолекул и их конформационные перестройки

базируются на тепловой анизотропной подвижности (канализированном броуновском движении)

макромолекул и их структурных блоков.

(Именно эти структурно разрешенные тепловые флуктуации используются в функционировании макромолекулярных комплексов

как молекулярных машин).

Принципы работы молекулярных машин

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МАШИНЫ

Термин «молекулярная машина» применяется главным образом для обозначения макромолекулярных устройств, участвующих в

относительно крупномасштабных перемещениях макромолекул или их комплексов.

В ходе таких перемещений обычно используется свободная энергия гидролиза нуклеозидтрифосфатов (АТФ или ГТФ), реже – других экзэргонических реакций (например, реакция транспептидации в рибосомах).

Наиболее изучены молекулярные машины конвейерного типа, (или транспортные молекулярные машины, conveying machines),

способные перемещаться вдоль фибриллярных субстратов в определенном направлении или осуществлять полярный (однонаправленный) перенос нефибриллярных субстратов.

Молекулярные машины конвейерного типа

Вчастности, к молекулярным машинам конвейерного типа относятся

•системы полярного транспорта частиц вдоль микротрубочек (тубулин– кинезин и тубулин–динеин) и микрофиламентов (актин–миозин) внутри клетки,

•мышечное сокращение, основанное на перемещении миозина вдоль актиновых филаментов,

•ДНК-полимеразные и РНК-полимеразные ферментные комплексы,

• транслирующие рибосомы.

СТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МАШИН (по сравнению с механическими макро-машинами)

(1) Малая масса – ничтожная инерция:

невозможность сохранения количества движения, в том числе использования маховиков, катящихся колес и маятников.

(2) Гибкость и подвижность сочленений, доменов и боковых групп – отсутствие механической точности:

невозможность использования жестких рычагов, толкателей, крюков, рукояток, осей для передачи усилий в трансмиссионных устройствах.

Таким образом, ни механическая энергия, ни точная механика не могут быть эффективно реализованы в устройствах

двигателей молекулярных машин.

Следовательно, молекулярные двигатели должны быть устроены без инерционных роторов и механических трансмиссий.