Struktur der ribosomalen 30S Untereinheit von
Thermus thermophilus


Unsere Strukturbestimmung

Die kleine Untereinheit von Thermus thermophilus kristallisiert in dünnen langen Nadeln mit einer mittleren Größe von 80x80x300 μm3.
Voraussetzung für die Strukturbestimmung war in unserem Fall die Inkorporation von Wolfram-Komplexen (sogenannte W18-Cluster).
Die Unterschiede in den Positionen und Okkupanzen der Cluster erlaubte die Bestimmung der Phasen und somit einer interpretierbaren Elektronendichtekarte, deren Interpretation schliesslich die Struktur liefert (siehe Proteinkristallografie). Ganz entscheidend war aber ein weitere - unerwartete - Nebenwirkung dieser Cluster: die Stabilisierung der Kristallstruktur und dadurch eine Erhöhung der Auflösung bis zu 3Å. Erst diese hochauflösenden Kristalle ermöglichten die Modellierung der Struktur(siehe PubMed).



  Ribosomale 30S Untereinheit von Thermus thermophilus

Ansicht der Struktur
Räumliche Verteilung der Proteine
Sicht von der 50S Untereinheit

+90Grad, Plattform in front

Rückseite, von der Lösung aus gesehen

+90Grad, 'Schulter' in Front

Die 30S Untereinheit von Thermus thermophilus in verschiedenen Ansichten (PubMed). Wie im Falle der 50S Untereinheit ist die Schnittstelle zum 50S praktisch frei von ribosomalen Proteinen, und ebenso ist das wichtigste Element der 30S Untereinheit - das Dekodierungs-Zentrum - ausschliesslich aus 16S rRNA komponiert. Die Proteine haben nichtsdestotrotz einen erheblichen Einfluss auf die Präzision und die Geschwindigkeit, mit der die Dekodierung der genetischen Information auf der mRNA erfolgt.

Die 30S Untereinheit von Thermus thermophilus besitzt 22 Proteine, wovon Protein S1 in der Struktur der kristallisierten 30S und auch 70S (Noller) nicht mehr vorhanden ist.


  Übersicht der Verteilung der 16S RNA Domains

Rückseite, von der Lösung aus gesehen

+90Grad, Plattform in front



Sicht von der 50S Untereinheit

+90Grad, 'Schulter' in Front

Räumliche Verteilung der RNA-Domänen in der
30S Untereinheit von T. th.

Die 2D Struktur der 16S rRNA zeigt ein modulares Bild, das eine natürliche Einteilung der 16S rRNA in verschiedene Domänen erlaubt. Ganz im Gegensatz zur 23S rRNA spiegelt sich dieser modulare Aufbau auch in der Struktur wieder: die Domänen sind räumlich gut separiert, und die meisten Wechselwirkungen erfolgen an den Übergängen zwischen den Domänen oder werden durch ribosomale Proteine, die quasi als Klebstoff die 30S Untereinheit stabilisieren, vermittelt.

Der modulare Aufbau hat zu dem den Vorteil, dass die Interpretation der Elektornendichte, also die Bestimmung der Struktur, vergleichsweise einfach war ;-) (JMH: Verdammt, wooo bin ich? Das Modell im virtuellen Raum zu basteln wäre vielleich doch einfacher gewesen.)

Bemerkenswert ist die starke Trennung des Kopfes (Head) vom Körper (Body) der 30S Untereinheit. Die beiden Kompartments sind durch eine einzige rRNA-helix miteinander verknüpft. Das hat auch einen guten Grund: der Kopf benötigt einige Mobilität um die mRNA während der Translokation weiterzuleiten. Der schmale Durchgang zwischen Kopf (Head) und Schulter (Shoulder) dient zur Fixierung der mRNA. Nach der Dekodierung eines Codons rotiert der Kopf zur Seite und zieht die mRNA um genau ein Codon weiter.


Proteine im Einzelnen:

S2

S3

S4

S5

S6

S7

S8

S9

S10

S11

S12

S13

S14

S15

S16

S17

S18

S19

S20

THX


Eine hochausführiche Beschreibung der Proteine und deren Bindung bzw. -sstellen findet sich in:
D.E. Brodersen, W.M. Clemons, A.P. Carter, B.T. Wimberley, V. Ramakrishnan. Crystal Structure of the 30S Ribosomal Subunit from Thermus thermophilus: Structure of the Proteins and their Interactions with 16S RNA. JMB 316, 725-768, 2002.

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