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9.4:

Miglioramento dell'accuratezza della traduzione

JoVE Core
Biologia Molecolare
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JoVE Core Biologia Molecolare
Improving Translational Accuracy

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Un singolo mRNA eucariotico viene tradotto per produrre una proteina di dimensioni classiche, in circa 30 60 secondi. Durante questo processo, la precisione di traduzione viene mantenuta dai fattori di allungamento, EF-Tu ed EF-G nei batteri ed EF-1 ed EF-2 negli eucarioti. Durante la traduzione, EF-Tu associa con GTP e aminoacil tRNA.Insieme, legano il sito del ribosoma per formare un duplex codone-anticodone. Ogni interazione codone-anticodone viene controllata due volte. Il primo checkpoint è l’appaiamento di basi complementari tra il codone mRNA e l’anticodone tRNA.Una corrispondenza codone-anticodone corretta, si lega più strettamente di un tRNA non corretto, che si dissocia facilmente. Al secondo checkpoint, parte del 16S rRNA nella piccola subunità ribosomica si piega intorno alle basi appaiate formando una rete di contatti ribosomali che sono specifici per ogni posizione del codone-anticodone. Un tRNA non corrispondente non riesce a fare contatti ribosomali e si dissocia, mentre il tRNA corretto cambia la conferma del centro catalitico all’interno del ribosoma, ed è chiamato un adattamento indotto.Questo fa sì che EF-Tu idrolizzi la GTP e dissocii dal ribosoma. Il tRNA aminoacilico rilasciato può ora partecipare alla traduzione. Se un aminoacil tRNA sfugge alla correzione ed è aggiunto alla catena polipeptidica in crescita, una mancata corrispondenza codone-anticodone nel sito P del ribosoma, causa un aumento della velocità di errore nel sito A.Con cicli successivi di amino-incorporazione, la catena polipeptidica difettosa è prematuramente terminata da fattori di rilascio, e la proteina difettosa è degradata.

9.4:

Miglioramento dell'accuratezza della traduzione

Base complementarity between the three base pairs of mRNA codon and the tRNA anticodon is not a failsafe mechanism. Inaccuracies can range from a single mismatch to no correct base pairing at all. The free energy difference between the correct and nearly correct base pairs can be as small as 3 kcal/ mol. With complementarity being the only proofreading step, the estimated error frequency would be one wrong amino acid in every 100 amino acids incorporated. However, error frequencies observed in organisms are significantly lower.

The high level of accuracy is guaranteed by two additional proofreading steps involving two principles from enzyme-substrate interactions.

Within the ribosome, the peptidyl transferase center (PTC) catalyzes the covalent bond formation between amino acids to form a polypeptide chain. Like any other enzyme, the PTC also has an active site that discriminates between substrates based on their molecular structure. Residues from the 16S rRNA of the small ribosomal subunit form hydrogen bonds with the base and backbone atoms of the codon-anticodon duplex. Only the correct tRNA can induce conformational changes in the PTC, which carries out the catalysis.

The second step, called kinetic proofreading, occurs after the irreversible dissociation of EF-Tu·GDP from the ribosome. GTP hydrolysis marks the start of a short time delay during which the aminoacyl-tRNA moves into the active site of PTC for catalysis. During this delay, any incorrect codon-anticodon pairs that slipped through the induced-fit step are more likely to dissociate than correct pairs. The reason for this is that the wrong tRNA makes weaker base pairs with the codon, and the time delay is longer for incorrect than correct matches.

Suggested Reading

  1. Alberts, Bruce. "Molecular Biology of the Cell." (2016), Pgs 343-346.
  2. Rodnina, Marina V., and Wolfgang Wintermeyer. "Ribosome fidelity: tRNA discrimination, proofreading and induced fit." Trends in biochemical sciences 26, no. 2 (2001): 124-130.
  3. Ieong, Ka-Weng, Ülkü Uzun, Maria Selmer, and Måns Ehrenberg. "Two proofreading steps amplify the accuracy of genetic code translation." Proceedings of the National Academy of Sciences 113, no. 48 (2016): 13744-13749.