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EF-G

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

Estructura

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Codificado por el gen fusA en el operón str, EF-G está compuesta de 704 aminoácidos que forman 5 dominios, referidos como Dominio I a Dominio V. El Dominio I también se le conoce como Dominio-G o Dominio I(G), ya que interactúa con guanosín trifosfato (GTP) y lo hidroliza.[2]​ El Dominio I también participa en la interacción de EF-G con el ribosoma, y contiene la región N-terminal de la cadena polipeptídica.[3]​[4]​ El Dominio IV es esencial para la translocación, pues experimenta un gran cambio conformacional y se introduce en el sitio A de la subunidad 30S del ribosoma, empujando el ARNm y ARNt del sitio A al sitio P del ribosoma.[5]​

Los cinco dominios pueden ser también separados a dos super-dominios. El super-dominio I consta de los dominios I y II, y el super-dominio II consta de los dominios III - IV. Durante la translocación, el super-dominio I se mantiene relativamente sin cambios, ya que es responsable de la estrecha interacción con el ribosoma. Sin embargo, el super-dominio II experimenta un gran movimiento rotacional del estado pre-translocacional (PRE) al estado post-translocacional (POST). El super-dominio I es similar a las secciones equivalentes de EF-Tu, mientras que el super-dominio II en el estado POST imita el ARNt del complejo ternario EF-Tu·GTP·aa-ARNt.[6]​[7]​[8]​[9]​

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

EF-G en el ribosoma

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Interacción con L7/L12

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L7/L12 es una proteína multicopia de la subunidad grande del ribosoma bacteriano que interactúa con ciertas GTPasas, como el factor de iniciación 2, factor de elongación-Tu, factor de liberación 3, y EF-G[10]​. Específicamente, el C-terminal de L7/L12 interactúa con EF-G y es necesario para la hidrólisis del GTP.[4]​

Interacción con el centro asociado de GTPasa

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El Centro Asociado de GTPasa (GAC) es una región de la subunidad grande del ribosoma que consta de dos regiones más pequeñas del ARN ribosomal llamadas el tallo L11 y el bucle sarcina-ricina (SRL, sarcin-ricin loop).[11]​ Como el SRL está altamente conservado en la evolución, el SRL es crítico para ayudar a las GTPasas a unirse al ribosoma, pero no es esencial para la hidrólisis del GTP. Hay algunas evidencias de que un oxígeno del fosfato en el residuo A2662 del SRL puede ayudar a hidrolizar GTP.[12]​

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

Función en elongación

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EF-G cataliza la translocación del ARNt y ARNm en el ribosoma al final de cada ronda de elongación polipeptídica.[1]​ En este proceso, el centro peptidil transferasa (PTC) cataliza la formación de un enlace peptídico entre aminoácidos, transfiriendo la cadena polipéptídica del ARNt del sitio P al ARNt del sitio A. Así, las subunidades 50S y 30S del ribosoma pueden rotar relativamente entre ellas aproximadamente 7°.[13]​[14]​ Esta rotación esta acompañada del movimiento de los extremos 3' de ambos ARNt de los sitios A y P en la subunidad grande a los sitios P y E respectivamente, mientras que los anticodones se mantienen en su posición original en la subunidad pequeña. Este estado intermedio del ribosoma, en el cual el primer ARNt ocupa una posición híbrida A/P y el segundo ARNt ocupa la posición híbrida P/E la posición es el substrato para EF-G-GTP.[1]​[13]​

Como GTPasa, EF-G asociada a GTP se une a este estado intermedio del ribosoma cerca el sitio A e hidroliza GTP, liberando guanosín difosfato y fosfato inorgánico:

La hidrólisis de GTP permite un gran cambio conformacional de EF-G, forzando el ARNt A/P a ocupar completamente el sitio P, el P/E tRNA a ocupar completamente el sitio E (y salir del ribosoma), y el mRNA para cambiar tres nucleótidos abajo relativos al ribosoma. El PIB-EF atado-molécula de G entonces disocía del complejo, dejando otro libre Un-sitio donde el ciclo de alargamiento puede empezar otra vez.[1]​[15]​

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

Función en terminación

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El proceso de elongación continúa hasta que un codón de terminación aparece en el ARNm. Un factor de liberación de clase I (RF1 o RF2) interacciona con el codón de terminación, el cual induce la hidrólisis del enlace péptido-ARNt en el sitio P, péptido naciente continúa plegándose y deja el ribosoma 70S, el ARNm, el ARNt (en el sitio P), y el factor de liberación de clase I (en el sitio A).[16]​[17]​

De manera GTP-dependiente, el reciclaje subsiguiente es catalizado por el factor de liberación de clase II llamado RF3/prfC, el factor de reciclaje del ribosoma (RRF), el factor de iniciación 3 (IF3) y EF-G. RF3 libera al factor de liberación de clase I para poder ocupar el sitio A del ribosoma. Un sitio. EF-G hidroliza GTP y experimenta un gran cambio conformational para empujar RF3 en el ribosoma, el cual ocurre junto a una disociación del ARNt y promueve la rotación entre las subunidades del ribosoma. Este movimiento rompe el puente B2a/B2b, el cual conecta las subunidades 30S y 50S, de modo que el ribosoma puede disociar.[16]​ IF3 entonces aísla la subunidad 30S para impedir la reasociación.[18]​

Importancia clínica

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EF-G en bacterias patógenas puede ser inhibido por antibióticos que impiden la asociación de EF-G al ribosoma, la translocación o la disociación del ribosoma.[19]​[20]​[21]​

Por ejemplo, el antibiótico tioestreptona impide a EF-G asociarse al ribosoma de forma estable.[19]​ Otros antibióticos como ditiromicina y GE82832 inhiben la translocación, pero no inhiben la asociación de EF-G al ribosoma.[20]​

El ácido fusídico inhibe el crecimiento de Staphylococcus aureus y otras bacterias mediante el bloqueo de EF-G en el ribosoma, impidiendo que se pueda disociar.[21]​[22]​ Aun así, algunas bacterias han desarrollado resistencia al ácido fusídico debido a mutaciones puntuales en el gen fusA, el cual impide la interacción del antibiótico con EF-G.[23]​[24]​

Evolución

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EF-G tiene una historia evolutiva compleja, con numerosas versiones parálogas en bacterias, sugiriendo subfuncionalización de diferentes variantes de EF-G.[25]​

Los factores de elongación existen en los tres dominios taxonómicos con una función similar en el ribosoma. Los homólogos eucariotas y arqueas de EF-G son eEF2 y aEF2, respectivamente. En bacterias (y algunas arqueas), el gen fusA que codifica EF-G está encontrado dentro del gen conservado str, con la secuencia 5′ - rpsL - rpsG - fusA - tufA - 3′.[2]​ Sin embargo, existen dos otras formas importantes de EF-G en algunas especies de espiroquetas, planctomicetos, y δ-proteobacterias, los cuales forman el grupo spd de bacterias que tienen factores de elongación spdEFG1 y spdEFG2.[25]​[26]​

De spdEFG1 y spdEFG2 evolucionaron los factores de elongación mitocondriales mtEFG1 (GFM1) y mtEFG2 (GFM2), respectivamente.[25]​[26]​ Las dos funciones de EF-G en la elongación y la terminación de traducción de proteínas están divididas entre los factores de elongación mitocondriales, con mtEFG1 responsable de la translocación y mtEFG2 responsable de la terminación y reciclaje con RRF mitocondrial.

Véase también

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Referencias

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  1. ↑ a b c d Shoji, S; Walker, SE; Fredrick, K (2009). «Ribosomal translocation: one step closer to the molecular mechanism». ACS Chem Biol 4 (2): 93-107. PMC 3010847. PMID 19173642. doi:10.1021/cb8002946. 
  2. ↑ a b Post, L. E.; Nomura, M. (25 de mayo de 1980). «DNA sequences from the str operon of Escherichia coli». The Journal of Biological Chemistry 255 (10): 4660-4666. ISSN 0021-9258. PMID 6989816. doi:10.1016/S0021-9258(19)85545-X. 
  3. ↑ Liu, Kaixian; Rehfus, Joseph E.; Mattson, Elliot; Kaiser, Christian M. (1 de julio de 2017). «The ribosome destabilizes native and non-native structures in a nascent multidomain protein». Protein Science (en inglés) 26 (7): 1439-1451. ISSN 1469-896X. PMC 5477528. PMID 28474852. doi:10.1002/pro.3189. 
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