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EF-G

El factor de elongación G ( EF-G , conocido históricamente como translocasa ) es un factor de elongación procariota que participa en la traducción del ARNm . Como GTPasa , el EF...

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El factor de elongación G ( EF-G , conocido históricamente como translocasa ) es un factor de elongación procariota que participa en la traducción del ARNm . Como GTPasa , el EF-G cataliza el movimiento (translocación) del ARN de transferencia (ARNt) y del ARN mensajero (ARNm) a través del ribosoma . [1]

Estructura

Codificado por el gen fusA en el operón str , [2] EF-G está formado por 704 aminoácidos que forman 5 dominios , denominados Dominio I a Dominio V. El Dominio I puede denominarse dominio G o Dominio I(G), ya que se une al trifosfato de guanosina (GTP) y lo hidroliza. El dominio I también ayuda a EF-G a unirse al ribosoma y contiene el extremo 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 de la subunidad ribosómica 30S , empujando las moléculas de ARNm y ARNt desde el sitio A al sitio P. [5]

Los cinco dominios también pueden separarse en dos superdominios. El superdominio I consta de los dominios I y II, y el superdominio II consta de los dominios III - IV. A lo largo de la translocación, el superdominio I permanecerá relativamente sin cambios, ya que es responsable de unirse firmemente al ribosoma. Sin embargo, el superdominio II experimentará un gran movimiento de rotación desde el estado pretranslocativo (PRE) al estado posttranslocativo (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]

Estructura cristalina de EF-G en estado POST con los dominios I a V marcados. PDB ID: 4V5F

EF-G en el ribosoma

Vinculación a L7/L12

L7/L12 es solo una proteína multicopia 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 EF-G. [10] Específicamente, el extremo C de L7/L12 se unirá a EF-G y es necesario para la hidrólisis de GTP. [4]

Interacción con el Centro Asociado a la GTPasa

El centro asociado a la 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 bucle de ARNr altamente conservado en la evolución, el SRL es fundamental para ayudar a las GTPasas a unirse al ribosoma, pero no es esencial para la hidrólisis de GTP. Hay algunas pruebas que respaldan que un oxígeno de fosfato en el residuo A2662 del SRL puede ayudar a hidrolizar GTP. [12]

Animación del ribosoma 70S con el ARNt del sitio P (naranja), el ARNt del sitio E (verde), el ARNm (amarillo) y el factor de elongación G (rojo) en el estado POST. PDB ID: 4W29

Función en la elongación de proteínas.

El EF-G cataliza la translocación del ARNt y del ARNm a lo largo del ribosoma al final de cada ronda de elongación del polipéptido. [1] En este proceso, el centro de la peptidil transferasa (PTC) ha catalizado la formación de un enlace peptídico entre aminoácidos, moviendo la cadena polipeptídica del ARNt del sitio P al ARNt del sitio A. Las subunidades ribosómicas 50S y 30S pueden ahora rotar una respecto de la otra 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 desplazarse. Este intermedio ribosómico rotado, en el que el primer ARNt ocupa una posición híbrida A/P y el segundo ARNt ocupa una posición híbrida P/E, es un sustrato para el EF-G-GTP. [1] [13]

Como GTPasa , EF-G se une al ribosoma rotado cerca del sitio A en su estado unido a GTP e hidroliza GTP, liberando GDP y fosfato inorgánico:

GTP + yo 2 Oh ⟶ PIB + PAG i {\displaystyle {\ce {GTP + H2O -> PIB + P_{i}}}}

La hidrólisis de GTP permite un gran cambio conformacional dentro de EF-G, obligando al ARNt A/P a ocupar completamente el sitio P, al ARNt P/E a ocupar completamente el sitio E (y salir del complejo ribosomal) y al ARNm a desplazarse tres nucleótidos hacia abajo en relación con el ribosoma. La molécula de EF-G unida al GDP se disocia del complejo, dejando otro sitio A libre donde el ciclo de elongación puede comenzar de nuevo. [1] [15]

Estructura cristalina del ribosoma con dos ARNt (naranja y verde) y EF-G (en cian) después de la translocación. PDB ID: 4W29.

Función en la terminación de proteínas

La elongación 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 terminación, lo que induce la hidrólisis del enlace ARNt-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 ribosoma (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 A del ribosoma. EF-G hidroliza GTP y sufre un gran cambio conformacional para empujar a RF3 hacia abajo en el ribosoma, lo que ocurre junto con la disociación del ARNt y promueve la rotación de la subunidad ribosomal. Este movimiento divide activamente el puente B2a/B2b, que conecta las subunidades 30S y 50S, de modo que el ribosoma pueda dividirse. [16] Luego, IF3 aísla la subunidad 30S para evitar la reasociación de las subunidades grande y pequeña. [18]

Importancia clínica

La EF-G en bacterias patógenas puede inhibirse mediante antibióticos que impiden que la EF-G se una al ribosoma, [19] realice la translocación [20] o se disocie del ribosoma. [21]

Por ejemplo, el antibiótico tiostreptona impide que el EF-G se una de forma estable al ribosoma, [19] mientras que los antibióticos ditiromicina y GE82832 inhiben la actividad del EF-G al impedir la translocación del ARNt del sitio A. Sin embargo, la ditiromicina y GE82832 no afectan la unión del EF-G al ribosoma. [20]

Se sabe que el antibiótico ácido fusídico inhibe a 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 paralógicas del factor presentes en bacterias, lo que sugiere la subfuncionalización de diferentes variantes de EF-G. [25]

Los factores de elongación existen 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 las 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 pirochaetota , Planctomycetota y δ - Proteobacteria (que desde entonces se ha dividido y renombrado Bdellovibrionota , Myxococcota y Thermodesulfobacteriota ), 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] Los dos roles de EF-G en la elongación 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 .

Véase también

Referencias

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Lectura adicional

  • Carbone, Christine E.; Loveland, Anna B.; Gamper, Howard B.; Hou, Ya-Ming; Demo, Gabriel; Korostelev, Andrei A. (diciembre de 2021). "La crio-EM resuelta en el tiempo visualiza la translocación ribosómica con EF-G y GTP". Nature Communications . 12 (1): 7236. doi : 10.1038/s41467-021-27415-0 . PMC  8668904 .
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