RESUME JURNAL The Structural Basis Of Large Ribosomal Subunit Function oleh Widayu Mutiya Ramadhani ( )

Transkripsi

1 RESUME JURNAL The Structural Basis Of Large Ribosomal Subunit Function oleh Widayu Mutiya Ramadhani ( ) Jurnal ini berjudul Kegunaan Struktur Dasar dari Sub-Unit Besar Ribosom. Jurnal ini ditulis oleh Peter B. Moore dan Thomas Steitz dari Departemen Kimia, Universitas Yale, New Haven, Amerika Serikat dan merupakan jurnal biologi sel internasional. Jurnal ini diterbitkan pada 26 Januari Di dalam jurnal ini dibahas mengenai perkembangan kristalografi yang memungkinkan untuk memecahkan struktur tersebut dan membahas informasi yang diperoleh dari struktur ini tentang arsitektur tiga-dimensi dari subunit besar ribosom, mekanisme yang memfasilitasi pembentukan ikatan peptida, dan cara antibiotik menghambat fungsi subunit besar. Secara keseluruhan, telah dibuktikan bahwa ribosom merupakan enzim RNA pada sintesis protein yang mana struktur kristal ribosom diterbitkan dalam dua tahun terakhir yang telah merevolusi pemahaman kita tentang struktur ribonucleoprotein, dan lebih khusus lagi, struktur dasar dari ikatan peptida membentuk suatu aktivitas pada ribosom. Selain RNA messenger untuk setiap protein sedang dalam produksi, setiap sel mengandung RNA transfer untuk setiap asam amino yang digunakan dalam pembentukan protein, aminoasil trna sintetase untuk mengisi antikodon trna, memfasilitasi faktor protein, dan akhirnya ribosom, mengarahkan enzim yang digunakakn untuk mengkatalisis sintesis protein mrna. Kedua subunit ribosom melakukan fungsi yang jelas berbeda selama sintesis protein. Demikian pula, kristalografi ribosom tidak terhambat oleh kurangnya alat komputasi lebih daripada virus kristalografi. Superkomputer yang tersedia pada awal 1990-an akan cukup untuk melakukan semua perhitungan yang diperlukan untuk memecahkan struktur kristal ribosom, dan pada akhir 1990-an semua perhitungan yang diperlukan dapat dilaksanakan dalam beberapa hari. Secara fungsional, ribosom adalah polimerase. Seperti polimerase DNA dan RNA polimerase, mereka mengkatalisasi sintesis biopolimer dari kelas kimia tunggal, dan urutan dari anggota tertentu dari ribosom dengan ditentukan oleh interaksi dengan template asam nukleat.

2 Ada tiga situs untuk mengikat trna pada ribosom: situs A, dimana trna aminoasil disampaikan oleh mrna, situs P di mana trna peptidil, dan situs E di mana deacylated trna dilepaskan dari ribosom. Polipeptida baru terbentuk memanjang dengan proses yang dimulai dengan molekul mrna terikat pada ribosom, trna deacylated di situs E, trna peptidil di situs P, dan kosong situs A. Pada langkah pertama, sebuah trna aminoacylated antikodon yang komplementer terhadap kodon mrna disajikan dalam situs A dikirim ke ribosom oleh faktor protein yang di prokariota disebut EF-Tu, dan trna deacylated di situs E meninggalkan ribosom. Kedua subunit ribosom melakukan fungsi yang jelas berbeda selama sintesis protein. Sintesis program subunit protein ribosomal kecil, ia mengikat mrna dan memediasi interaksi antara kodon mrna dan trna antikodon. Subunit besar berisi situs transferase peptidil, situs di mana ikatan peptida terbentuk. Konsisten dengan fungsi mereka, subunit kecil berinteraksi dengan ujung antikodon yang mengandung trna, dan subunit besar berinteraksi terutama dengan termini CCA mereka. Ada situs A, situs P, dan situs E pada kedua subunit. Kedua subunit berinteraksi dengan faktor-faktor protein yang memfasilitasi fungsi ribosom, dan interaksi intersubunit penting dalam semua tahap sintesis protein. The mol wt ribosom berkisar dari sekitar 2,5 x106 di prokariota menjadi sekitar 4,5 x106 pada eukariota lebih tinggi, dan ribosom khas adalah sekitar dua - pertiga RNA dan protein satu - ketiga. Subunit besar ribosom prokariotik sedimen di sekitar 50S, dan berisi satu RNA besar (23S rrna), satu RNAS kecil (5S rrna), dan sekitar 35 protein yang berbeda, sebagian besar dari mereka dalam copy tunggal. Bentuk keseluruhan ribosom ditentukan dengan mikroskop elektron lebih dari 25 tahun yang lalu. Pada 40 resolusi Å, subunit besar sekitar 250 Å dengan diameter tiga proyeksi radial menonjol dari tepi wajah datar, satu besar di tengah (tonjolan pusat), dan dua yang lebih kecil di sekitar 02:00 dan 10:00 relatif terhadap tonjolan pusat. Tonjolan pusat termasuk 5S rrna dan protein yang terkait. Bentuk datar dari subunit dengan tonjolan sampai pusat, yang disebut tampilan mahkota, tonjolan yang tepat termasuk protein ribosom L7/L12, dan tonjolan kiri berisi L1 protein ribosom. Sekitar tahun 1995, resolusi peta kerapatan elektron mikroskopis ribosom meningkat sebagai konsekuensi dari kesempurnaan teknik rekonstruksi partikel tunggal yang dapat

3 diterapkan pada mikrograf ribosom tertanam dalam es vitreous. Selain untuk lebih menggambarkan morfologi ribosom, gambar-gambar ditingkatkan membuktikan bahwa subunit besar berisi sebuah terowongan yang membentang dari kira-kira tengah bentuk datar ke sisi jauh dari subunit kecil ribosom 70S sebagai studi elektron mikroskopi. Menunjukkan bahwa situs transferase peptidil terletak di ujung terowongan yang paling dekat dengan subunit kecil ribosom. Menggambarkan struktur atom ribosom berasal dari resolusi tinggi studi X - ray yang muncul pada Agustus 2000, dan sejak itu banyak telah diterbitkan. Struktur saat ini dikenal meliputi struktur 2,4 Å resolusi subunit besar dari Haloarcula marismortui, struktur resolusi 3.0 Å, dan struktur resolusi 3,2 Å dari subunit kecil dari Thermus thermophilus, dan 3.1 struktur resolusi Å dari subunit besar radiodurans Deinococcus dari. Selain itu, ada banyak struktur kompleks rendah substrat mol wt, inhibitor dan ligan antibiotik terikat ini subunit ribosom, serta model 70S ribosom dari T. thermophilus dengan mrna, trna, dan analog trna terikat berasal dari 5,5 Å resolusi kepadatan elektron peta. Pemaparan ini dimulai dengan penjelasan tentang bagaimana struktur kristal dari ribosom ditentukan, dan diakhiri dengan penelaahan terhadap informasi yang telah muncul itu terbatas pada subunit besar karena tidak mungkin untuk melakukan keadilan untuk kedua subunit ribosom 70S dan di satu review format ini. Informasi tambahan dapat ditemukan dalam tinjauan yang telah muncul di tempat lain dalam dua tahun terakhir. Ribosom Kristalografi Struktur subunit ribosom besar menurut Marismortui, itu adalah struktur terbesar dari perakitan asimetris ditentukan pada resolusi atom. Ribosom dapat digunakan untuk penyelidikan kristalografi. Kristal Kristal yang lentur untuk resolusi berkisar 3,5 Å, merupakan sine qua non untuk makromolekul penentuan struktur kristal. Pertama kristal tiga dimensi-sional subunit ribosom ditumbuhkan di laboratorium HG Wittman pada tahun 1980 oleh Yonath et al.

4 Kristalografi Meskipun teknologi kristalografi itu mungkin tidak sampai ke tugas ribosom penentuan struktur kristal ketika pertama kali ditanam pada tahun 1980, 10 tahun kemudian, ketika kristal yang lentur untuk resolusi tinggi telah diperoleh, semua teknologi X - ray dan komputasi yang diperlukan berada di tempat : radiasi synchrotron, pembekuan kristal, phosphorimaging deteksi, dan komputer requiste dan program. Strategi untuk memecahkan struktur subunit ribosom besar dari H. marismortui, secara singkat, adalah untuk memulai pada resolusi sangat rendah menggunakan data resolusi Å, di mana kekuatan hamburan senyawa kluster atom berat ditingkatkan hingga 100 kali lipat, dan untuk memeriksa validitas dari posisi atom berat dengan fase yang berasal dari resolusi 20 Å cryo - elektron mikroskop (EM) rekonstruksi. Hal ini menyebabkan peta pertama ribosom elektron kepadatan, pada 9 resolusi Å, yang menunjukkan kepadatan yang sesuai dengan fitur makromolekul dikenali (46). Peta ini menyediakan sarana untuk melanjutkan untuk semakin resolusi yang lebih tinggi. Komponen Ribosom Terbuat dari 2 subunit yang terdiri dari subunit besar dan subunit kecil Subunit dibuat dalam nukleolus 30S untuk ribosom pada bakteri dan 50S, 40S dan 60S untuk ribosom sel-sel eukariotik Struktur Ribosom Prokariot Ribosom pada E. coli adalah berdiameter 25 nm, memiliki massa 2520 Da, dan terdiri dari dua subunit yang tidak sama 30S subunit adalah 930 Da dengan 21 protein dan 16S rrna 50S subunit adalah 1590 Da dengan 31 protein dan dua rrna: 23S rrna dan 5S rrna Struktur Ribosom Eukariotik Ribosom pada mitokondria dan kloroplas sangat mirip dengan ribosom prokariotik Ribosom sitoplasma lebih besar dan lebih kompleks, tapi struktural dan fungsionalnya mirip 40S subunit mengandung 30 protein dan 18S RNA 60S subunit mengandung 40 protein dan rrna 3 mrna dikaitkan dengan 30S subunit

5 Dua situs mengikat trna (P dan situs A) yang terletak di rongga dibentuk oleh asosiasi dari 2 subunit. Pertumbuhan benang rantai peptida melalui "terowongan" yang melewati 40S (30S bakteri) subunit Terletak dekat dengan retikulum endoplasma atau di sitoplasma, baik secara tunggal atau dalam kelompok yang disebut polyribosomes Fungsi Ribosom Ribosom mengkatalisis dua langkah reaksi kimia yang melibatkan ikatan kovalen, yaitu pembentukan ikatan peptida dan hidrolisis ikatan ester selama proses penghentian Ribosom pada dasarnya sebuah pabrik protein. Subunit masing-masing memiliki peran dalam pembuatan protein Ribosom dan RNA mrna dengan kode untuk protein yang terletak di subunit 30S trna bertanggung jawab untuk membawa asam amino ke mrna. Setiap trna memiliki triplet nukleotida sendiri yang mengikat pencocokan triplet pada mrna, trna dengan kode AAA (triple adenin) akan cocok dengan mrna yang memiliki kode UUU (triple urasil) Sintesis Protein Proses dimulai dari DNA melalui transkripsi "Terjemahan" yang mana ribosom masuk terjadi pada saat protein yang terbentuk dari kode pada mrna Ribosom melakukan terjemahan dari tiga nukleotida DNA dan RNA memiliki nukleotida, yang menentukan jenis protein 3 nukleotida terdiri dari asam amino 1 protein Tahapan Sintesis Protein 1. Inisiasi (tahap pertama dari penerjemahan) Terjemahan dimulai ketika mrna melekat pada 30S. trna datang dan mengikat mrna mana kode nukleotida cocok. Hal ini memicu 50S mengikat 30S. 50S adalah di mana semua trna akan mengikat.

6 2. Pemanjangan (tahap kedua) Dua situs mengikat 50S: Sebuah situs situs dan P, yang membantu dalam penerjemahan terus. Pertama trna di situs A terhubung. Sekarang pindah ke situs P sebagai pendekatan trna lain. Kedua trna mengikat ke situs A. Bentuk ikatan peptida antara asam amino dari trna (metionin dan prolin). Pertama trna terlepas dari asam amino, lalu meninggalkan ribosom. Kedua trna masih memiliki prolin dan metionin. trna meninggalkan sekarang bergerak ke situs P. Ribosom siap menerima trna yang lain dan melanjutkan proses. Setiap trna menambahkan asam amino lain untuk tumbuh rantai peptida (dengan demikian perpanjangan ) 3. Terminasi (tahapan akhir) Ribosom bergerak sepanjang triplet nukleotida satu per satu. Ribosom mencapai " kodon stop, " rantai peptida selesai. trna terakhir meninggalkan ribosom, meninggalkan rantai peptida selesai. Ribosom memisahkan dari mrna. Subunit ribosom juga memisahkan, dan akan tetap seperti ini sampai mrna lain datang untuk memulai proses. Pada aktivitas dari struktural dasar subunit besar, hasil yang paling signifikan muncul dari struktur kristal besar subunit ribosom dan kompleks substrat adalah menemukan bahwa ribosom adalah ribozim. Semua komponen dari ribosom terlibat dalam berorientasi kedua situs-a kelompok amino dan situs-p terikat karbon karbonil itu adalah untuk menyerang adalah terbuat dari RNA, seperti sisa dari pusat peptidil transferase. Meskipun protein hubungi trna ribosom terikat dan tidak diragukan lagi membantu mengarahkan mereka, bisnis katalitik ribosom dilakukan sepenuhnya oleh RNA. Proses dikatalisasi oleh pusat peptidil transferase dari ribosom adalah aminolysis dari ikatan ester. Kelompok asam amino nukleofilik dari aminoasil trna terikat pada situs A dari pusat peptidil transferase menyerang karbonil karbon dari ikatan ester menghubungkan bagian peptida dari peptidil-trna terikat situs P dari pusat peptidil transferase anionik itu, tetrahedral menengah yang menghasilkan istirahat turun untuk menghasilkan trna deacylated di situs P dan A-situs terikat trna bergabung dengan ikatan ester untuk peptida yang telah diperpanjang oleh satu asam amino. Tidak hanya substrat fragmen berdifusi ke kristal ini dan mengikat, tapi subunit ini akan membuat ikatan peptida di

7 crystalo. Struktur terpisah telah diperoleh dari subunit besar kompleks dengan sebuah fragmen A-situs substrat, P-situs fragmen substrat, dan dengan produk terikat bersama-sama dalam satu. Struktur ini telah digabungkan untuk menghasilkan sebuah film yang menunjukkan bagaimana ikatan peptida proses pembentukan bisa terjadi pada subunit besar. Sebuah model pusat transferase peptidil dengan kedua situs A dan situs P-nya ditempati oleh analog substrat dihasilkan dengan melapiskan struktur subunit besar dengan substrat P- situs terikat pada struktur bebas yang ditentukan dari subunit besar dengan situs A ditempati. karena ini kristal yang enzimatik aktif dan karena aktivitas subunit dalam larutan yaitu bebas dari konsentrasi garam dan identitas kation. Struktur ini mungkin relevan untuk pembentukan ikatan peptida pemahaman oleh subunit besar. Struktur tujuh antibiotik nonmacrolide kompleks dengan baik, subunit besar menunjukkan bahwa senyawa ini mengikat untuk situs yang tumpang tindih tersebut baik peptidil trna atau aminoasil-trna, konsisten dengan mereka berfungsi sebagai inhibitor kompetitif pembentukan ikatan peptida. Virginiamycin M menempati bagian dari kedua A situs dan situs P, dan menginduksi perubahan konformasi dalam A2103, sementara blasticidin S mengeksploitasi strategi lain dengan meniru C74 dan C75 dari P-situs terikat trna dan basis pasangan dengan P-lingkaran. Banyak antibiotik ini mengikat di dekatnya tetapi, dalam beberapa kasus, nonoverlapping situs, yang menunjukkan strategi untuk desain antibiotik baru yang mungkin mengatasi banyak mutasi yang diketahui resistensi antibiotik. Satu bisa membayangkan sintesis antibiotik hybrid dengan menggabungkan bagian-bagian dari dua antibiotik mengikat bahwa lokasi yang berdekatan. Dalam setiap kasus, struktur ini memberikan arahan penting untuk desain dan sintesis antibiotik baru yang menargetkan subunit ribosom besar. Dengan demikian, sekarang mungkin untuk menggunakan struktur berdasarkan pendekatan desain obat yang sama dengan han tersebut.