EF-G ( factor de elongación G , históricamente conocido como translocasa ) es un factor de elongación procariota involucrado en la traducción de proteínas . Como GTPasa , EF-G cataliza el movimiento (translocación) del ARN de transferencia (ARNt) y ARN mensajero (ARNm) a través del ribosoma . [1]
GTPasa sintetizadora de proteínas | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
CE no. | 3.6.5.3 | |||||||
Alt. nombres | Factor de alargamiento G, EF-G | |||||||
Bases de datos | ||||||||
IntEnz | Vista IntEnz | |||||||
BRENDA | Entrada BRENDA | |||||||
FÁCIL | NiceZyme vista | |||||||
KEGG | Entrada KEGG | |||||||
MetaCyc | camino metabólico | |||||||
PRIAM | perfil | |||||||
Estructuras PDB | RCSB PDB PDBe PDBsum | |||||||
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Factor de elongación de traslación EFG / EF2 | |
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Identificadores | |
Símbolo | Transl_elong_EFG / EF2 |
InterPro | IPR004540 |
SCOP2 | 1n0u / SCOPe / SUPFAM |
EFG / EF2, dominio IV | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | EFG_IV | |||||||
Pfam | PF03764 | |||||||
Clan pfam | CL0329 | |||||||
INTELIGENTE | SM00889 | |||||||
CDD | cd01434 | |||||||
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Estructura
Codificado por el gen fusA en el operón str , [2] EF-G está compuesto por 704 aminoácidos que forman 5 dominios , etiquetados como Dominio I a Dominio V. El Dominio I puede denominarse dominio G o Dominio I (G), ya que se une e hidroliza el trifosfato de guanosina (GTP). El dominio I también ayuda a EF-G a unirse al ribosoma y contiene el N-terminal de la cadena polipeptídica . [3] [4] El dominio IV es importante para la translocación, ya que sufre un cambio conformacional significativo y entra en el sitio A en la subunidad ribosómica 30S , empujando las moléculas de ARNm y ARNt del sitio A al sitio P. [5]
Los cinco dominios también se pueden separar en dos superdominios. El superdominio I consta de los dominios I y II, y el superdominio II consta de los dominios III - IV. Durante la translocación, el superdominio I permanecerá relativamente sin cambios, ya que es responsable de unirse firmemente al ribosoma. Sin embargo, el superdominio II sufrirá un gran movimiento de rotación desde el estado de pretranslocación (PRE) al estado de postranslocación (POST). El superdominio I es similar a las secciones correspondientes de EF-Tu . [6] [7] [8] El superdominio II en el estado POST imita la molécula de ARNt del complejo ternario EF-Tu • GTP • aa-ARNt . [9]
EF-G en el ribosoma
Enlace a L7 / L12
L7 / L12 es solo una proteína de múltiples copias en la subunidad ribosómica grande del ribosoma bacteriano que se une a ciertas GTPasas, como el factor de iniciación 2 , el factor de elongación-Tu , el factor de liberación 3 y el EF-G. [10] Específicamente, el C-terminal de L7 / L12 se unirá a EF-G y es necesario para la hidrólisis de GTP. [4]
Interacción con el Centro Asociado de GTPase
El Centro Asociado a GTPasa (GAC) es una región de la subunidad ribosómica grande que consta de dos regiones más pequeñas de ARN ribosómico 23S llamadas tallo L11 y bucle de sarcina-ricina (SRL). [11] Como un bucle de ARNr altamente conservado en evolución, el SRL es fundamental para ayudar a que las GTPasas se unan al ribosoma, pero no es esencial para la hidrólisis de GTP. Existe alguna evidencia que respalda que un oxígeno de fosfato en el residuo A2662 del SRL puede ayudar a hidrolizar el GTP. [12]
Función en el alargamiento de proteínas.
EF-G cataliza la translocación del ARNt y el ARNm por el ribosoma al final de cada ronda de elongación del polipéptido. [1] En este proceso, el centro de peptidil transferasa (PTC) ha catalizado la formación de un enlace peptídico entre aminoácidos, moviendo la cadena polipeptídica desde el ARNt del sitio P al ARNt del sitio A. Ahora se permite que las subunidades ribosómicas 50S y 30S giren entre sí aproximadamente 7 °. [13] [14] La rotación de la subunidad está acoplada con el movimiento de los extremos 3 'de ambas moléculas de ARNt en la subunidad grande desde los sitios A y P a los sitios P y E, respectivamente, mientras que los bucles anticodón permanecen sin cambios. Este intermedio ribosómico rotado, en el que el primer ARNt ocupa una posición A / P híbrida y el segundo ARNt ocupa una posición P / E híbrida, es un sustrato para EF-G-GTP. [1] [13]
Como GTPasa , EF-G se une al ribosoma girado cerca del sitio A en su estado unido a GTP e hidroliza GTP, liberando GDP y fosfato inorgánico:
La hidrólisis de GTP permite un gran cambio conformacional dentro de EF-G, lo que obliga al ARNt A / P a ocupar completamente el sitio P, al ARNt P / E a ocupar completamente el sitio E (y salir del complejo ribosómico) y al ARNm para desplazar tres nucleótidos hacia abajo en relación con el ribosoma. La molécula EF-G unida a GDP luego se disocia del complejo, dejando otro sitio A libre donde el ciclo de elongación puede comenzar de nuevo. [1] [15]
Función en la terminación de proteínas.
El alargamiento de la proteína continúa hasta que aparece un codón de terminación en el ARNm. Un factor de liberación de Clase I (RF1 o RF2) se une al codón de parada, lo que induce la hidrólisis del enlace tRNA-péptido en el sitio P, lo que permite que la proteína recién formada salga del ribosoma. El péptido naciente continúa plegándose y abandona el ribosoma 70S, el ARNm, el ARNt desacilado (sitio P) y el factor de liberación de Clase I (sitio A). [16] [17]
De manera dependiente de GTP, el reciclaje posterior es catalizado por un factor de liberación de Clase II llamado RF3 / prfC, factor de reciclaje de ribosomas (RRF), Factor de iniciación 3 (IF3) y EF-G. La proteína RF3 libera el factor de liberación de Clase I para que pueda ocupar el sitio ribosómico A. EF-G hidroliza GTP y sufre un gran cambio conformacional para empujar RF3 hacia el ribosoma, lo que ocurre junto con la disociación del ARNt y promueve la rotación de la subunidad ribosómica. Este movimiento divide activamente el puente B2a / B2b, que conecta las subunidades 30S y 50S, de modo que el ribosoma se puede dividir. [16] IF3 luego aísla la subunidad 30S para evitar la reasociación de las subunidades grandes y pequeñas. [18]
Significación clínica
EF-G en bacterias patógenas puede ser inhibido por antibióticos que evitan que EF-G se una al ribosoma, [19] llevando a cabo la translocación [20] o disociando del ribosoma. [21]
Por ejemplo, el antibiótico tioestreptón evita que EF-G se una de manera estable al ribosoma, [19] mientras que los antibióticos ditromicina y GE82832 inhiben la actividad de EF-G al evitar la translocación del ARNt del sitio A. Sin embargo, la ditromicina y el GE82832 no afectan la unión de EF-G al ribosoma. [20]
Se sabe que el antibiótico ácido fusídico inhibe Staphylococcus aureus y otras bacterias al unirse a EF-G después de un evento de translocación en el ribosoma, evitando que EF-G se disocie. [21] [22] Sin embargo, algunas cepas bacterianas han desarrollado resistencia al ácido fusídico debido a mutaciones puntuales en el gen fusA , que evita que el ácido fusídico se una a EF-G. [23] [24]
Evolución
EF-G tiene una historia evolutiva compleja, con numerosas versiones parálogas del factor presente en bacterias, lo que sugiere la subfuncionalización de diferentes variantes de EF-G. [25]
Existen factores de elongación en los tres dominios de la vida con una función similar en el ribosoma. Los homólogos eucariotas y arqueales de EF-G son eEF2 y aEF2, respectivamente. En bacterias (y algunas arqueas), el gen fusA que codifica EF-G se encuentra dentro del gen str conservado con la secuencia 5 ′ - rpsL - rpsG - fusA - tufA - 3 ′. [2] Sin embargo, existen otras dos formas principales de EF-G en algunas especies de S piroquetas , P lanctomicetos y δ- P roteobacterias , que forman el grupo spd de bacterias que tienen factores de elongación spdEFG1 y spdEFG2. [25] [26]
A partir de spdEFG1 y spdEFG2 evolucionaron los factores de elongación mitocondrial mtEFG1 ( GFM1 ) y mtEFG2 ( GFM2 ), respectivamente. [25] [26] Las dos funciones de EF-G en el alargamiento y terminación de la traducción de proteínas se dividen entre los factores de elongación mitocondrial, siendo mtEFG1 responsable de la translocación y mtEFG2 responsable de la terminación y reciclaje ribosómico con RRF mitocondrial .
Ver también
- Factores de elongación procariota
- EF-Ts (factor de alargamiento termoestable)
- EF-Tu (factor de alargamiento termo inestable)
- EF-P (factor de alargamiento P)
- eEF2 (factor de alargamiento eucariota 2)
- Traducción de proteínas
- GTPasa
Referencias
- ^ a b c d Shoji, S; Walker, SE; Fredrick, K (2009). "Translocación ribosómica: un paso más hacia el mecanismo molecular" . ACS Chem Biol . 4 (2): 93-107. doi : 10.1021 / cb8002946 . PMC 3010847 . PMID 19173642 .
- ^ a b Post, LE; Nomura, M. (25 de mayo de 1980). "Secuencias de ADN del operón str de Escherichia coli". La revista de química biológica . 255 (10): 4660–4666. ISSN 0021-9258 . PMID 6989816 .
- ^ Liu, Kaixian; Rehfus, Joseph E .; Mattson, Elliot; Kaiser, Christian M. (1 de julio de 2017). "El ribosoma desestabiliza las estructuras nativas y no nativas en una proteína naciente multidominio" . Ciencia de las proteínas . 26 (7): 1439–1451. doi : 10.1002 / pro.3189 . ISSN 1469-896X . PMC 5477528 . PMID 28474852 .
- ^ a b Carlson, Markus A .; Haddad, Bassam G .; Weis, Amanda J .; Blackwood, Colby S .; Shelton, Catherine D .; Wuerth, Michelle E .; Walter, Justin D .; Spiegel, Paul Clint (1 de junio de 2017). "La proteína ribosómica L7 / L12 es necesaria para que los factores de traducción de GTPasa EF-G, RF3 e IF2 se unan en su estado GTP a los ribosomas 70S" . La revista FEBS . 284 (11): 1631-1643. doi : 10.1111 / febs.14067 . ISSN 1742-4658 . PMC 5568246 . PMID 28342293 .
- ^ Salsi, Enea; Farah, Elie; Dann, Jillian; Ermolenko, Dmitri N. (2014). "Tras el movimiento del dominio IV del factor de alargamiento G durante la translocación ribosómica" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 111 (42): 15060–15065. Código bibliográfico : 2014PNAS..11115060S . doi : 10.1073 / pnas.1410873111 . PMC 4210333 . PMID 25288752 .
- ^ Lin, Jinzhong; Gagnon, Matthieu G .; Bulkley, David; Steitz, Thomas A. (2015). "Cambios conformacionales del factor de alargamiento G en el ribosoma durante la translocación de tRNA" . Celular . 160 (1–2): 219–227. doi : 10.1016 / j.cell.2014.11.049 . PMC 4297320 . PMID 25594181 .
- ^ Li, Wen; Trabuco, Leonardo G .; Schulten, Klaus; Frank, Joachim (1 de mayo de 2011). "Dinámica molecular de EF-G durante la translocación" . Proteínas: estructura, función y bioinformática . 79 (5): 1478-1486. doi : 10.1002 / prot.22976 . ISSN 1097-0134 . PMC 3132869 . PMID 21365677 .
- ^ Zhang, Dejiu; Yan, Kaige; Zhang, Yiwei; Liu, Guangqiao; Cao, Xintao; Song, Guangtao; Xie, Qiang; Gao, Ning; Qin, Yan (2015). "Nuevos conocimientos sobre el papel enzimático de EF-G en el reciclaje de ribosomas" . Investigación de ácidos nucleicos . 43 (21): 10525–33. doi : 10.1093 / nar / gkv995 . PMC 4666400 . PMID 26432831 .
- ^ Nyborg, J .; Nissen, P .; Kjeldgaard, M .; Thirup, S .; Polekhina, G .; Clark, BF (marzo de 1996). "Estructura del complejo ternario de EF-Tu: mimetismo macromolecular en la traducción". Tendencias en Ciencias Bioquímicas . 21 (3): 81–82. doi : 10.1016 / S0968-0004 (96) 30008-X . ISSN 0968-0004 . PMID 8882578 .
- ^ Mandava, CS; Peisker, K .; Ederth, J .; Kumar, R .; Ge, X .; Szaflarski, W .; Sanyal, S. (18 de noviembre de 2011). "El ribosoma bacteriano requiere múltiples dímeros L12 para el inicio y elongación eficiente de la síntesis de proteínas que involucran a IF2 y EF-G" . Investigación de ácidos nucleicos . 40 (5): 2054-2064. doi : 10.1093 / nar / gkr1031 . ISSN 0305-1048 . PMC 3299993 . PMID 22102582 .
- ^ Maklan, EJ (2012). Análisis genético y bioquímico del centro asociado a la GTPasa del ribosoma. UC Santa Cruz . ID de Merritt: arca: / 13030 / m5js9t4d. Obtenido de https://escholarship.org/uc/item/7gh9v43h
- ^ Shi, Xinying; Khade, Prashant K .; Sanbonmatsu, Karissa Y .; José, Simpson (2012). "Papel funcional del bucle de sarcina-ricina del rRNA 23S en el ciclo de elongación de la síntesis de proteínas" . Revista de Biología Molecular . 419 (3–4): 125–138. doi : 10.1016 / j.jmb.2012.03.016 . PMC 3348345 . PMID 22459262 .
- ^ a b Choi, Junhong; Puglisi, Joseph D. (2017). "Tres ARNt en el alargamiento de traducción lenta del ribosoma" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 114 (52): 13691-13696. doi : 10.1073 / pnas.1719592115 . PMC 5748233 . PMID 29229848 .
- ^ Guo, Z .; Noller, HF (2012). "Rotación de la cabeza de la subunidad ribosomal 30S durante la translocación de ARNm" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 109 (50): 20391–20394. Código bibliográfico : 2012PNAS..10920391G . doi : 10.1073 / pnas.1218999109 . PMC 3528506 . PMID 23188795 .
- ^ da Cunha, CE; Belardinelli, R; Peske, F; Holtkamp, W; Wintermeyer, W; Rodnina, MV (2013). "Doble uso de la hidrólisis de GTP por factor de alargamiento G en el ribosoma" . Traducción . 1 (1): e24315. doi : 10.4161 / trla.24315 . PMC 4718068 . PMID 26824016 .
- ^ a b Das, Debasis; Samanta, Dibyendu; Bhattacharya, Arpita; Basu, Arunima; Das, Anindita; Ghosh, Jaydip; Chakrabarti, Abhijit; Gupta, Chanchal Das (18 de enero de 2017). "Un posible papel de la proteína naciente de longitud completa en el reciclaje de ribosomas postraduccional" . PLOS ONE . 12 (1): e0170333. Código bibliográfico : 2017PLoSO..1270333D . doi : 10.1371 / journal.pone.0170333 . ISSN 1932-6203 . PMC 5242463 . PMID 28099529 .
- ^ Zavialov AV, Hauryliuk VV, Ehrenberg M (2005). "División del ribosoma de posterminación en subunidades por la acción concertada de RRF y EF-G" . Célula molecular . 18 (6): 675–686. doi : 10.1016 / j.molcel.2005.05.016 . PMID 15949442 .
- ^ Hirokawa, Go; Nijman, Romana M .; Raj, V. Samuel; Kaji, Hideko; Igarashi, Kazuei; Kaji, Akira (1 de agosto de 2005). "El papel del factor de reciclaje de ribosomas en la disociación de los ribosomas 70S en subunidades" . ARN . 11 (8): 1317-1328. doi : 10.1261 / rna.2520405 . ISSN 1355-8382 . PMC 1370814 . PMID 16043510 .
- ^ a b Walter, Justin D .; Hunter, Margaret; Cobb, Melanie; Traeger, Geoff; Spiegel, P. Clint (1 de enero de 2012). "Thiostrepton inhibe la unión estable del ribosoma 70S y la activación de GTPasa dependiente de ribosoma del factor de alargamiento G y el factor de alargamiento 4" . Investigación de ácidos nucleicos . 40 (1): 360–370. doi : 10.1093 / nar / gkr623 . ISSN 0305-1048 . PMC 3245911 . PMID 21908407 .
- ^ a b Bulkley, David; Brandi, Letizia; Polikanov, Yury S .; Fabbretti, Attilio; O'Connor, Michael; Gualerzi, Claudio O .; Steitz, Thomas A. (2014). "Los antibióticos ditromicina y GE82832 se unen a la proteína S12 y bloquean la translocación catalizada por EF-G" . Informes de celda . 6 (2): 357–365. doi : 10.1016 / j.celrep.2013.12.024 . PMC 5331365 . PMID 24412368 .
- ^ a b Belardinelli, Riccardo; Rodnina, Marina V. (5 de septiembre de 2017). "Efecto del ácido fusídico sobre la cinética de los movimientos moleculares durante la translocación inducida por EF-G en el ribosoma" . Informes científicos . 7 (1): 10536. Bibcode : 2017NatSR ... 710536B . doi : 10.1038 / s41598-017-10916-8 . ISSN 2045-2322 . PMC 5585275 . PMID 28874811 .
- ^ Koripella, Ravi Kiran; Chen, Yang; Peisker, Kristin; Koh, Cha San; Selmer, María; Sanyal, Suparna (2012). "Mecanismo de resistencia al ácido fusídico mediado por factor G de alargamiento y compensación de aptitud en Staphylococcus aureus" . Revista de Química Biológica . 287 (36): 30257–30267. doi : 10.1074 / jbc.m112.378521 . PMC 3436278 . PMID 22767604 .
- ^ Macvanin M, Hughes D (junio de 2005). "Hipersensibilidad de un mutante de Salmonella resistente al ácido fusídico a diferentes clases de antibióticos" . Cartas de Microbiología FEMS . 247 (2): 215-20. doi : 10.1016 / j.femsle.2005.05.007 . PMID 15935566 .
- ^ Macvanin M, Johanson U, Ehrenberg M, Hughes D (julio de 2000). "EF-G resistente al ácido fusídico perturba la acumulación de ppGpp". Microbiología molecular . 37 (1): 98–107. doi : 10.1046 / j.1365-2958.2000.01967.x . PMID 10931308 .
- ^ a b c GC Atkinson; SL Baldauf (2011). "Evolución del factor de alargamiento G y los orígenes de las formas mitocondriales y cloroplasto" . Biología Molecular y Evolución . 28 (3): 1281–92. doi : 10.1093 / molbev / msq316 . PMID 21097998 .
- ^ a b Margus, Tõnu; Remm, Maido; Tenson, Tanel (4 de agosto de 2011). "Un estudio computacional de genes duplicados del factor de alargamiento G (EFG): naturaleza divergente que subyace a la innovación en la misma plantilla estructural" . PLOS ONE . 6 (8): e22789. Código Bibliográfico : 2011PLoSO ... 622789M . doi : 10.1371 / journal.pone.0022789 . ISSN 1932-6203 . PMC 3150367 . PMID 21829651 .
enlaces externos
- Péptido + Elongación + Factor + G en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .