Hat die Translation eine Möglichkeit, Mismatching zwischen mRNA-Codons und tRNA-Anticodons zu verhindern?

Zusammenfassung

Nicht verwandte Codon-Anticodon-Wechselwirkungen am Ribosom treten zwar auf, führen aber normalerweise nicht zu einem Fehleinbau von Aminosäuren in Proteine. Dies liegt daran, dass Aminoacyl-tRNA die ribosomale A-Stelle in einem EF-1A-Aminoacyl-tRNA-GTP-Komplex bindet und eine Hydrolyse von GTP stattfinden muss, bevor sich die Peptidbindung bilden kann. Die nicht verwandte Wechselwirkung scheint diese Hydrolyse nicht auslösen zu können und dissoziiert vom Ribosom.

Genauere Erklärung

Die Wasserstoffbindung zwischen den Basen des mRNA-Codons und dem tRNA-Anticodon ist die Grundlage für die Spezifität der Dekodierung. Es ist leicht zu sehen, dass ein Codon wie 5'-GGG-3' neun Wasserstoffbindungen mit einem Anticodon 3'-CCC-5' bilden würde, aber keine mit einem Anticodon 3'-AAA-5'. Wie die Frage aber verdeutlicht, ist die Situation nicht ganz so einfach, wenn zwei der Codonbasen die richtigen Wasserstoffbrücken bilden. Ein aussagekräftigeres Beispiel ist unten gezeigt (hier mit derselben tRNA, aber unterschiedlichen Codons), wo der Unterschied zwischen einer his-tRNA, die mit einem His-Codon und einem Gln-Codon interagiert, oft nur die Stärke eines GU-'Wobble'- Basenpaars ist Es wird angenommen, dass es sich um eine einzelne Wasserstoffbrücke handelt. Sicherlich gibt es einen Unterschied in der Energie der beiden Wechselwirkungen, aber nicht genug, um ein erhebliches Ausmaß an Fehlcodierung zu verhindern.

Die Antwort auf dieses Rätsel stellte sich als die Lösung eines anderen lange bestehenden Rätsels heraus – warum GTP für die Bindung von Aminoacyl-tRNA an die A-Stelle des Ribosoms erforderlich ist, die von EF-1A gesteuert wird (ursprünglich bekannt in Bakterien als EF-Tu). Das GTP wird nicht für die Bildung von Peptidbindungen benötigt – die Energie dafür liefert das ATP in der tRNA-Synthetase-Reaktion. Es stellt sich heraus, dass die Rolle von GTP darin besteht, die Genauigkeit der Übersetzung aufrechtzuerhalten. Die Hydrolyse von GTP findet nur statt, wenn die richtige tRNA gebunden ist – vermutlich lässt die Konformation der falschen Wechselwirkung dies nicht zu –, sodass die nicht verwandte tRNA schließlich vom Ribosom dissoziiert.

Interessant ist, dass der andere Elongationsfaktor, EF-2 (EF-G), der an der Translokation der Peptidyl-tRNA beteiligt ist, an die gleiche Stelle am Ribosom in einem Komplex mit GTP bindet, und dass die Translokation und Entfernung der deacylierten tRNA erfolgt kann nur nach Hydrolyse von GTP auftreten. Es ist, als ob das Erfordernis der GTP-Hydrolyse sicherstellt, dass sich das System in der richtigen Konformation befindet, bevor der nächste Schritt des komplexen Prozesses fortschreitet.

Verweise

Berget al. bietet ein allgemeines Konto, das online frei verfügbar ist. Eine detailliertere strukturelle Betrachtung findet sich in einer Übersicht von Nilsson und Nissen , die einen Bibliothekszugang erfordert.