Wie viel Nukleosidtriphosphat wird benötigt, um während der Proteinsynthese eine Peptidbindung zu bilden?

Ich versuche herauszufinden, wie viele Moleküle von Nukleosidtriphosphaten (ATP, GTP, UTP und/oder CTP) benötigt werden, um genügend Energie freizusetzen, um zwei Aminosäuremonomere mit einer Peptidbindung zu verknüpfen, insbesondere während des Prozesses der mRNA-Translation.

Ich habe versucht, online zu recherchieren, konnte aber keine seriöse Quelle finden, die definitiv sagt, wie viel Energie dabei verbraucht wird. Die beste Antwort, die ich finden konnte, basiert auf „Molecular Biology of the Cell“, 4. Auflage, von Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al., die besagt, dass mindestens ein Molekül ATP für jede Peptidbindung verbraucht wird. Ist das richtig?

Ich habe auch in einem Wissenschaftsforum gelesen, dass die Menge an ATP, die während der Übersetzung verbraucht wird, für jede Aminosäure unterschiedlich ist, aber ich konnte keine zuverlässige Quelle finden, um diese Behauptung zu untermauern. Ist das wahr?

Vielleicht möchten Sie ein wenig über die Grenzen Ihrer Frage nachdenken, welche Teile des gesamten Prozesses Sie einbeziehen möchten. Das Laden der tRNA verwendet ebenfalls ATP, wollen Sie andere Aspekte einbeziehen oder nur die Peptidbindungsbildung? Ich bin mir nicht sicher, ob es hier einen einzigen Wert gibt, soweit ich mich erinnere, gibt es auch Elongationsfaktoren und andere Proteine, die ATP/GTP für die Proteinbiosynthese benötigen.
Ich würde der Erklärung von Alberts et al. von Molecular Biology of the Cell zustimmen – es mag nach viel aussehen, aber die Proteinsynthese erfordert eine TONNE Energie.
Dies ist eine alte Frage, aber da sie wieder aufgetaucht ist, habe ich den Titel bereinigt, damit er die Frage besser widerspiegelt.

Antworten (5)

Obwohl die Frage erhebliche Bemühungen um Klarheit erfordert, ist sie wie folgt formuliert:

Wie viele Moleküle Nukleosidtriphosphat … [braucht] es, um genug Energie freizusetzen

lässt immer noch Unklarheiten zu, da ich die an der Proteinsynthese beteiligten NTPs nicht wirklich als „Energie freisetzend“ betrachten würde. Betrachten wir also zwei Umformulierungen der Frage, da die Erklärung der Antworten von größerem wissenschaftlichem Interesse ist als die eigentlichen Antworten.

1. Wie viele NTP-Moleküle werden bei den Reaktionen hydrolysiert, die zur Bildung einer Peptidbindung am Ribosom führen?

Antwort = 3

Die Bildung jeder Peptidbindung beinhaltet einen Zyklus, der aus der Einführung einer einzelnen neuen Aminoacyl-tRNA an der A-Stelle eines Ribosoms, das eine wachsende Polypeptidkette trägt (oder Initiator-tRNA für die erste Peptidbindung), der Peptidyl-Transferase-Reaktion und der anschließenden Translokation besteht der verlängerten Peptidyl-tRNA von der A- zur P-Stelle. ( Siehe z. B. Berg et al. online — Kap. 29 )

1 ATP wird in der Aminoacylierungsreaktion hydrolysiert:

                Amino Acid + tRNA + ATP → Aminoacyl-tRNA + AMP + PPi

1 GTP wird in der durch EF-Tu/EF1 katalysierten aatRNA-Bindungsreaktion hydrolysiert.

1 GTP wird in der durch EF-G/EF2 katalysierten Translokationsreaktion hydrolysiert

Kein NTP wird direkt in der Peptidyl-Transferase-Reaktion verbraucht – die Energie für die Bindungsbildung kommt von der „aktivierten“ Aminoacyl-tRNA.

Verlängerung und GTP-Hydrolyse

2. Wie hoch ist der gesamte Energieaufwand in ATP-Molekülen für die Bildung einer Peptidbindung?

Hier könnte man argumentieren:

Antwort = 4+

Das zusätzliche ATP tritt auf, wenn man die gesamten energetischen Kosten der Aminoacylierungsreaktion als 2 ATP und nicht als 1 ATP betrachtet. Dies ergibt sich aus der Tatsache, dass das ATP zu AMP (+PPi) und nicht zu ADP hydrolysiert wird. Das Recycling des AMP beinhaltet zunächst die Verwendung von 1 Molekül ATP in der Adenylatkinase- Reaktion zur Herstellung von ADP:

                                 ATP + AMP ⇄ 2ADP

gefolgt von der Energie (von Membran -ATP-Synthase ), um ATP aus ADP zu regenerieren:

                                 ADP + Pi ⇾ ATP

Warum 4+? Bestimmte Aminosäuren (z. B. Val und Ile) sind einander so ähnlich, dass die Aminoacyl-tRNA-Synthetasen eine Korrekturlesefähigkeit entwickelt haben, bei der jede falsch aminoacylierte tRNA hydrolysiert wird. Dies tritt nur bei bestimmten Aminosäuren und mit einer schwer zu bestimmenden Rate auf, sodass die Verschwendung des ATP auf diese Weise nicht genau berechnet werden kann.

Erstens bindet während der Initiation der Translation eine kleine ribosomale Untereinheit an ein mRNA-Molekül. In einer Bakterienzelle erkennt die mRNA-Bindungsstelle auf dieser Untereinheit eine spezifische Nukleotidsequenz auf der mRNA direkt stromaufwärts des Startcodons. Eine Initiator-tRNA mit dem Anticodon UAC bildet Basenpaare mit dem Startcodon AUG. Diese tRNA trägt die Aminosäure Methionin. Und dann benötigt dieser Prozess ein molekulares GTP und GTP ---> BIP + Pi, das Energie für die Baugruppe liefern kann. Weitere Einzelheiten finden Sie in dem Buch Campbell Biology von Reece, Urry, et.al..

Für die Anlagerung einer einzelnen Aminosäure an eine wachsende Peptidkette werden etwa 5 ATP-Moleküle benötigt.

Ich fand diese Antwort in Ribosomen- und Transkriptionskopienzahlen, Polysomenbelegung und Enzymdynamik in Arabidopsis von Piques et al.:

Das Hinzufügen einer Aminosäure zu einer wachsenden Peptidkette erfordert zwei ATP-Moleküle für die Aminosäureaktivierung und weitere zwei ATP für die Bildung von Peptidbindungen und die Ribosomentranslation sowie zusätzliche Kosten von etwa einem weiteren ATP für die Fehlerkorrektur und die Synthese entfernter Sequenzen während der Proteinreifung.

Das ist einfach falsch und in bedeutungslosen Begriffen formuliert, zB "Peptidbindungsbildung und Ribosomentranslation". Siehe das Kapitel über Proteinbiosynthese in jedem Standardtext der Biochemie der letzten 20 Jahre.

Eigentlich kommt es auf die Frage an. Ob Sie damit sagen wollen: Wie viele Aminosäuren werden benötigt? Oder Proteine? Es gibt einen charakteristischen Unterschied zwischen Aminosäuren und Proteinen. Daher die Nummer. Die Anzahl der Aminosäuren kann wie folgt bestimmt werden: Wenn wir ein Protein betrachten, das aus "n" Aminosäuren besteht, benötigt es (4n)-1 Anzahl ATP für den Translationsprozess.

Vielleicht möchten Sie Ihrer Antwort einen Hinweis hinzufügen. Nur eine einfache Antwort ohne Zitate würde nicht funktionieren.

4 ATP : 2 für Aktivierungsaminosäuren, um an spezifische tRNA zu binden. 1 für Initiation 1 für Elongation, um tRNA zur p-Stelle des Ribosoms zu schieben

Bitte geben Sie einige Referenzen an und fügen Sie einige Details für jeden Schritt hinzu. Eine Abbildung könnte wirklich helfen, Ihre Antwort zu verdeutlichen.
Wie viel Nukleosidtriphosphat wird benötigt, um während der Proteinsynthese eine Peptidbindung zu bilden?
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