Rybonukleaza E
| Identyfikatory | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| rybonukleazy E | |||||||||
| nr WE | 3.1.26.12 | ||||||||
| Nr CAS | 76106-82-6 | ||||||||
| Bazy danych | |||||||||
| IntEnz | Widok IntEnz | ||||||||
| BRENDA | Wpis BRENDY | ||||||||
| EXPASY | Widok NiceZyme | ||||||||
| KEGG | Wpis KEGG | ||||||||
| MetaCyc | szlak metaboliczny | ||||||||
| PRYAM | profil | ||||||||
| Struktury WPD | RCSB PDB PDBe PDBsum | ||||||||
| |||||||||
Rybonukleaza E jest rybonukleazą bakteryjną , która bierze udział w przetwarzaniu rybosomalnego RNA (9S do 5S rRNA) i chemicznej degradacji masowego RNA komórkowego.
Lokalizacja komórkowa
Sugerowano, że RNaza E jest częścią kompleksu białek błony komórkowej, ponieważ osadza się z rybosomami i surowymi błonami. Mikroskopia zlokalizowała znakowaną RNazę E w wewnętrznej błonie cytoplazmatycznej lub helikalnej strukturze cytoszkieletowej ściśle związanej z warstwą wewnętrzną.
Struktura białka
Enzym ten zawiera 1061 reszt i dzieli się na dwa odrębne regiony funkcjonalne, którymi są duża domena zlokalizowana na 5'N-końcu i mała domena zlokalizowana na 3'C-końcu. Podczas gdy N-końcowa tworzy domenę katalityczną, połowa C-końcowa tworzy domenę rusztowania degradosomu . Kieszeń wiążąca metal oddziela je w środku struktury białka RNazy E. Chociaż tworzenie degradosomu nie odgrywa kluczowej roli we wzroście E. coli, stwierdzono, że delecja C-końcowej połowy zmniejsza szybkość rozkładu niektórych substratów RNazy E.
Rybonukleaza E działa w konformacji tetramerycznej, która zawiera cztery podjednostki powiązane ze sobą, tworząc strukturę wyglądającą jak dwie nożyczki połączone w obszarze uchwytu. Ostrze nożyczki wykonane jest z dużej domeny, a rękojeść z małej domeny. W miejscu katalitycznym dużej domeny znajdują się cztery subdomeny, które obejmują subdomenę RNazy H, subdomenę DNazy I, subdomenę S1 i region wykrywający 5'. Te cztery podjednostki są podzielone na podstawie ich funkcji i podobieństwa do homologicznych fałd strukturalnych. RNaza H znajduje się na początku N-końca i nosi nazwę endorybonukleazy RNazy H rodzina, ponieważ mają podobną strukturę; jednakże RNaza H pełni raczej funkcję strukturalną niż katalityczną, ponieważ nie ma reszty w miejscu aktywnym. Następnie subdomena S1 i region wyczuwający 5' są wszczepiane w fałd RNazy H. Domena RNazy E S1 przyjmuje fałd OB, w którym elastyczne pętle są przyłączone do dobrze uporządkowanego pięcioniciowego rdzenia β-beczułki . W rybonukleazie E domena S1 nie tylko pomaga w tworzeniu tetramerycznej struktury czwartorzędowej poprzez dimeryzację, ale także służy jako miejsce wiązania substratu w celu ułatwienia hydrolizy RNA przez domeny katalityczne w obrębie tego tetramerycznego enzymu. W przypadku subdomeny S1 region wyczuwający 5' funkcjonuje jako miejsce wiązania substratu, które pomaga ustabilizować docelową cząsteczkę RNA na jednej podjednostce, tak aby druga podjednostka w dimerze mogła rozszczepić będący przedmiotem zainteresowania RNA. Region czujnikowy 5' położony w pewnej odległości od miejsca katalitycznego, który znajduje się w subdomenie DNazy I. Ostatnią subdomeną miejsca katalitycznego RNazy E jest DNaza I, której nazwa pochodzi od jej podobieństwa konformacyjnego do struktury endonukleazy, która rozszczepia dwuniciowy DNA. W rybonukleazie E subdomena DNazy I ulega samokomplementacji, dominując na interfejsie dimeru. Istnieją również dwa miejsca wiązania jonów magnezu, które pośredniczą w rozszczepianiu poprzez atak hydrolityczny szkieletu RNA i dwa miejsca wiązania jonów cynku, które pomagają w stabilizacji dimeru złożonego z dwóch podjednostek.
Funkcjonować
Escherichia coli ma istotny wpływ na ekspresję genów. Jest niezbędny nie tylko do dojrzewania rybosomalnego RNA (rRNA) i transferowego RNA (tRNA), ale także do szybkiej degradacji informacyjnego RNA (mRNA) w wyniku reakcji hydrolizy .
Podczas dojrzewania prekursora rRNA substratami do obróbki nie są nagie RNA, ale nieco niekompletne, niezmodyfikowane kompleksy pre-rRNA-białko rybosomalne. Zarówno rRNA pre- 16S , jak i pre- 23S są wycinane z pierwotnego kompleksu RNA-białko przez RNazę III , która aktywuje kolejne etapy dojrzewania rRNA poprzez wytwarzanie 5'monofosforylowanych produktów rozszczepienia. RNaza E dodatkowo skraca prekursor 17S 16S rRNA . Działanie to pomaga ułatwić dojrzewanie 5' rRNA przez RNazę G i dokonać dwóch cięć w celu wycięcia rRNA pre-5S. W przypadku tRNA około 50 z 86 gatunków tRNA w E. coli wymaga RNazy E. Rybonukleaza E rozszczepia pierwotne transkrypty zawierające tRNA na końcu 3' tRNA. Te cięcia służą do oddzielenia poszczególnych prekursorów tRNA i oddzielenia tRNA od mRNA lub sekwencji terminatorowych. Podstawową funkcją rybonukleazy E jest rozszczepienie w miejscu poza dojrzałym końcem 3', aby umożliwić dostęp egzonukleazom 3'.
Podczas degradacji mRNA rybonukleaza E rozpoznaje i przecina jednoniciowy RNA w regionach bogatych w A i U. Domena katalityczna RNazy E wiąże się selektywnie z końcami 5′-monofosforanu RNA, ale ulega rozszczepieniu w kierunku od 3′ do 5′. RNaza E może identyfikować miejsca rozszczepienia za pomocą mechanizmu skanującego od 3′ do 5′. Kotwica RNazy E na 5'-monofosforylowanym końcu tych substratów orientuje enzym w kierunku rozszczepień kierunkowych, które zachodzą w trybie procesowym. W przypadku braku RNA, subdomena S1 i miejsce wykrywania 5' RNazy E są wystawione na działanie otaczającego rozpuszczalnika, umożliwiając łatwe wiązanie RNA. W obecności RNA docelowy RNA wiąże się z połączoną subdomeną S1 i czujnikiem 5′ w konfiguracji otwartej. RNA jest zakotwiczony głównie przez powinowactwo wiązania czujnika 5′ i zorientowany przez hydrofobowa plama powierzchniowa na subdomenie S1. Podczas gdy subdomena S1 działa w celu zorientowania cząsteczki, kieszeń czujnikowa 5' prawdopodobnie przyczynia się do znacznej części powinowactwa wiązania substratu. Te dwa miejsca utrzymują RNA, podczas gdy subdomena fuzyjna 5/S1 przemieszcza się jako pojedynczy kompleks do konfiguracji zamkniętej. Przybliża substrat do miejsca katalitycznego , gdzie grupa hydroksylowa atakuje szkielet fosforanowy poprzez reakcję nukleofilową reakcja ataku. W tej odpowiedzi pośredniczy jon magnezu. Kiedy żądany RNA zostanie rozszczepiony, a produkty reakcji zostaną ostatecznie uwolnione, gdy RNaza E powróci do konfiguracji otwartej. Poza tym RNaza E może podlegać samoregulacji, dzięki czemu mRNA rybonukleazy E służy jako czujnik całkowitej aktywności komórkowej RNazy E, a tym samym ogranicza aktywność RNazy E ze względu na dostępność substratów i zmiany szybkości wzrostu.
Porównanie rybonukleazy E E. coli i innych organizmów
W oparciu o dopasowanie sekwencji różnych bakterii skorelowanych z rybonukleazą E Escherichia coli wydaje się, że około 70% sekwencji jest wysoce konserwatywnych na początku sekwencji i słabo konserwatywnych pod koniec sekwencji. Porównując sekwencje pięciu innych organizmów z sekwencją rybonukleazy E, wygląda na to, że większość sekwencji ma te same reszty na N -końcu ponieważ członek rodziny rybonukleaz E/G ma tę samą funkcję hydrolizy. Innymi słowy, duża domena katalityczna członka rodziny rybonukleaz E/G jest prawie taka sama. W przeciwieństwie do tego mała domena strukturalna, która znajduje się na C-końcu , jest zróżnicowana dla różnych organizmów, ponieważ mała domena zawiera sekwencję strukturalną, która służy jako rusztowanie dla innych enzymów. Na przykład rybonukleaza E występująca w Cedecea davisae pochodzi z genu S3JYP0. Obserwując strukturę rybonukleazy E w Cedecea davisae , domena katalityczna zawiera motyw S1 umiejscowiony przy reszcie 31-119 sekwencji i miejsce wiązania metalu umieszczone przy reszcie 404-407 w sekwencjach, które mają tę samą pozycję co domena S1 i domena wiążąca metal na RNazie E Escherichia coli .
Historia ewolucji
Rodzina białek rybonukleaz (RNazy) zaangażowana głównie w metabolizm RNA , odgrywająca zasadniczą rolę w dojrzewaniu RNA, zmianie końca RNA i degradacji nieprawidłowych RNA lub wygasłych gatunków w komórce. Ze względu na ich aktywność degradacyjną dzielimy je na egzorybonukleazy i endorybonukleazy . Rybonukleazę E (RNazę E) odkryto początkowo jako endorybonukleazę ze szczepu K12 Escherichia coli . Na podstawie analizy sekwencji DNA, ortolodzy Przewidywano, że RNaza E E. coli występuje wśród kilkudziesięciu ewolucyjnie różnych gatunków bakterii. W E. coli enzym rybonukleaza E odgrywa zasadniczą rolę w kontrolowaniu żywotności komórek poprzez regulację metabolizmu RNA, np. rozpadu większości mRNA, i aktywuje przetwarzanie pre-tRNA. Oprócz funkcji degradacyjnej, RNaza E jest niezbędna do dojrzewania prekursorów rybosomalnego RNA 5S , tRNA i składnika RNA M1 rybozymu RNazy P.
Linki zewnętrzne
- Rybonukleaza + E w Narodowej Bibliotece Medycznej Stanów Zjednoczonych Nagłówki tematów medycznych (MeSH)
