Codificado por el gen fusA en el operón stro , [2] EF-G se compone de 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 que EF-G se una al ribosoma y contiene el extremo N de la cadena polipeptídica . [3] [4] El dominio IV es importante para la translocación, ya que sufre un cambio conformacional significativo y ingresa al sitio A en la subunidad ribosomal 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. 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 previo a la translocación (PRE) al estado post-translocación (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]
El Centro Asociado de GTPasa (GAC) es una región de la subunidad ribosómica grande que consta de dos regiones más pequeñas de ARN ribosomal 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 del GTP. Existe cierta 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 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 del 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 se acopla con el movimiento de los extremos 3' de ambas moléculas de ARNt en la subunidad grande desde los sitios A y P hasta los sitios P y E, respectivamente, mientras que los bucles de anticodón permanecen sin cambios. 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 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:
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 ribosomal) 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 nuevamente. [1] [15]
Función en la terminación de proteínas.
El alargamiento de la proteína continúa hasta que aparece un codón de parada 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 ARNt-péptido en el sitio P, permitiendo 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 ribosomal 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 pueda dividirse. [16] IF3 luego aísla la subunidad 30S para evitar la reasociación de las subunidades grandes y pequeñas. [18]
Importancia clínica
EF-G en bacterias patógenas puede inhibirse con antibióticos que evitan que EF-G se una al ribosoma, [19] lleve a cabo una translocación [20] o se disocia del ribosoma. [21]
Por ejemplo, el antibiótico tiostreptón impide que EF-G se una de forma estable al ribosoma, [19] mientras que los antibióticos ditiromicina y GE82832 inhiben la actividad de EF-G al impedir la translocación del ARNt del sitio A. Sin embargo, la ditiromicina 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 disocia. [21] [22] Sin embargo, algunas cepas bacterianas han desarrollado resistencia al ácido fusídico debido a mutaciones puntuales en el gen fusA , que impide 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 presentes en bacterias, lo que sugiere una subfuncionalización de diferentes variantes de EF-G. [25]
Existen factores de elongación en los tres dominios de la vida con funciones similares 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 como 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] Las dos funciones de EF-G en el alargamiento y la 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 el reciclaje ribosomal con RRF mitocondrial .
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Lectura adicional
Carbone, Christine E.; Loveland, Anna B.; Gamper, Howard B.; Hou, Ya-Ming; Demostración, Gabriel; Korostelev, Andrei A. (diciembre de 2021). "El crio-EM de resolución temporal visualiza la translocación ribosómica con EF-G y GTP". Comunicaciones de la naturaleza . 12 (1): 7236. doi : 10.1038/s41467-021-27415-0 . PMC 8668904 .