О		R"	H
	I		I	I
tRNA"	- O - C - C H - N
	tRNA'	-	О -	С	-	CH	-	NH
				I		I
				О		R'
				H
	0		R"	H
	1		I	I
tRNA"	- O - C - C H - N
				С	-	CH	-	NH - ...
				О		R'
	tRNA'	-	OH

2. ЭНЕРГЕТИКА РЕАКЦИИ

Стандартная свободная энергия гидролиза сложноэфирной связи между тРНК и карбонилом аминоацильного или пептидильного остатка AG°' составляет около -30 кДж/моль (-7 —-8 ккал/моль). Стандартная свободная энергия гидролиза пептидной связи в полипептиде бесконечной длины оценивается около -2 кДж/моль (-0,5 ккал/моль). Таким образом, если бы субстраты реакции черпались бы непосредственно из раствора, а продукты реакции освобождались бы в раствор, то свободная энергия, освобождающаяся в результате транспептидации в стандартных условиях, составила бы около —30 кДж/моль (-6,5 —-7,5 ккал/моль):

Pept(n)-tRNA' + Aa-tRNA" •

• tRNA' + Pept(n + l)-tRNA" (-30 ± 2 кДж)

Такой формальный расчет обычно приводится в подтверждение энергетической обеспеченности и термодинамической спонтанности процесса транспептидации в рибосоме.

Однако на самом деле таким путем можно оценивать лишь модельные реакции, катализируемые рибосомой или 50S субчастицей между низкомолекулярными субстратами типа

	F-Met43')ACC(5') + Phe-A I ^ ^ a
	•	(5')ССА(3') + F-Met-Phe-A
Здесь субстраты	достигают	пептидилтрансферазного	центра прямо
из раствора, а	продукты немедленно и спонтанно		освобождаются
в раствор.

187

В элонгационном цикле один субстрат всегда связан с рибо-. сомой, а другой попадает в пептидилтрансферазный центр из зара-

нее связанного состояния;			один	из продуктов	реакции		не осво-
бождается в	раствор	(до	конца	трансляции), а	другой		продукт
освобождается	не в	результате		транспептидации, а		в результате
последующего,	более	или менее		независимого,	шага	элонгацион-

ного цикла (транслокации). Все это делает невозможным даже приблизительную оценку изменения свободной энергии в самой реакции транспептидации в процессе нормального элонгационного цикла на рибосоме. Конечно, из того факта, что реакция протекает, и быстро, следует вывод об уменьшении свободной энергии

рибосомного комплекса		при транспептидации.		Однако	это умень-
шение не может	быть	столь	значительным,	как -30	кДж/моль
(-7 ккал/моль) в	стандартных		условиях, а должно быть меньше

по следующим соображениям. Во-первых, свободная энергия гидро-

лиза	связанного субстрата, при условии освобождения										продуктов
гидролиза,		должна		быть	меньше		таковой		свободного		субстрата,
так как часть энергии должна						была	освободиться			при связывании,
если	оно было		спонтанным. Во-вторых, свободная энергия гидро-
лиза	субстрата,		когда продукт задерживается в связанном виде,
тоже	должна		быть	меньше		таковой		в	случае,	когда	продукт
освобождается,			так как в		связанном состоянии продукта аккуму-
лирована		часть	свободной		энергии, если				освобождение		продукта
является в принципе термодинамически								спонтанным. Можно счи-
тать,	что свободная			энергия около -30 кДж/моль						(-7 ккал/моль),

которая освободилась бы в реакции транспептидации в случае, когда субстраты и продукты свободны, здесь распределяется на предыдущую стадию связывания аминоацил-тРНК и последующую стадию транслокации, таким образом питая весь элонгационный цикл.

3. ИНГИБИТОРЫ

Существует много специфических ингибиторов пептидилтрансферазной реакции, катализируемой как прокариотическими, так и эукариотическими рибосомами. Все они, как и можно было ожидать, действуют на большую (50S или 60S соответственно) субчастицу рибосомы и имеют к ней большее или меньшее сродство. Многие классические антибиотики, используемые для лечения бактериальных инфекций,— ингибиторы пептидилтрансферазы прокариотической 70S рибосомы.

Хлорамфеникол. Самый известный ингибитор пептидилтрансферазы 70S рибосомы это, пожалуй, хлорамфеникол (хлоромицетин) (рис. 103). Он является бактериостатическим антибиотиком широкого спектра действия. На эукариотические 80S рибосомы он не действует. В химическом отношении он представляет собой N-блокированный аминоспирт с ароматическим радикалом. Дихлорметильная группа не обязательна для активности: она может быть заменена на многие умеренно массивные радикалы. Ароматическая

188

			H 3 C - S ^	^ »
	CH2OH		но-f о	CHOH
			J ' c i T 1
	02N-<f^\-CH-fCH	I
				INH	I
				i	I
	N = / OHllilH	I
	11	I
	CHCI2
	ХЛОРАМФЕНИКОЛ		ЛИНКОМИЦИН		CH2CH2CHj

NH2 HO-CH2-C-CH3

=o

н3с сн3

NH

ГУГЕРОТИН

АМИЦЕТИН

Рис. 103. Антибиотики — ингибиторы пептидилтрансферазного центра рибосомы

нитрогруппа также может быть заменена на ряд других электроотрицательных групп без потери активности антибиотика. В связи с механизмом действия антибиотика заслуживает внимания амидная связь и стереохимия -СО—NH-группы с прилегающими атомами, по-видимому, имитирующая стереохимию пептидной группы с прилегающим Са-атомом и боковым радикалом.

Хлорамфеникол связывается с 70S рибосомой или с ее изолированной 50S субчастицей довольно нестабильно и легко может быть отмыт. Соответственно, действие антибиотика обратимо. По-видимому, он связывается с участком пептидилтрансферазного центра, ответственным за взаимодействие с акцепторным субстратом; во всяком случае, пуромицин и 3' -концевые фрагменты

189

аминоацил-тРНК конкурируют с хлорамфениколом за связывание

спептидилтрансферазным центром. Различные химически активные

ифотоактивируемые производные хлорамфеникола могут быть ковалентно сшиты с его ближайшим окружением в рибосоме, в частности с антибиотиком, когда он связан с пептидилтрансферазным центром, сшиваются белки L2, L16, L24 и L27.

Хлорамфеникол ингибирует как естественную транспептидацию между пептидил-тРНК и аминоацил-тРНК в ходе элонгационного цикла, так и реакцию пептидил-тРНК или ее аналогов с пуромицином. Простейшее объяснение состоит в том, что хлорамфеникол является неактивным аналогом акцепторного субстрата и, связываясь с пептидилтрансферазным центром, конкурентно мешает взаимодействию настоящих акцепторов. Однако имеются указания также и на неконкурентный способ ингибирующего действия хлорамфеникола; и не исключено, что, связываясь, антибиотик подавляет какую-то каталитическую функцию пептидилтрансферазного центра.

Линкомицин. Этот	антибиотик (рис. 103) также	действует толь-
ко на бактериальные	70S рибосомы, но не на	эукариотические

80S рибосомы. Место связывания антибиотика —пептидилтрансфераз- ный центр на 50S субчастице. Линкомицин конкурирует с хлорамфениколом за связывание с рибосомой. По-видимому, он ингибирует взаимодействие акцепторного субстрата с пептидилтрансферазным центром по конкурентному механизму. Химическая структура линкомицина, как и хлорамфеникола, характеризуется наличием амидной связи и группы, имитирующей пептидную группу, смежную с С"-атомом аминокислотного остатка (только вместо кислоты здесь опять спирт).

4-аминогексозо-пиримидин-нуклеозидные антибиотики. Сюда отно-

сятся такие ингибиторы рибосомной транспептидации, как гугеротин, амицетин, бластицидин S, бамицетин и некоторые другие.

Химические формулы гугеротина и амицетина даны	на рис. 103.
Все антибиотики этой группы имеют нуклеозидную	структуру и

могут рассматриваться как аналоги 3'-концевого аденозина тРНК. Кроме того, в гугеротине (и бластицидине S) можно видеть тот же структурный мотив, что в хлорамфениколе и линкомицине — пептидные группы с примыкающими Са-атомами. Антибиотики этой группы действуют на бактериальные рибосомы, но некоторые

из них (гугеротин,	бластицидин S) могут быть ингибиторами также
и эукариотических	рибосом. Все они связываются с 50S субчастицей
рибосомы и ингибируют		взаимодействие акцепторных субстратов
с пептидилтрансферазным		центром рибосомы. Интересно, что их

связывание стимулирует взаимодействие низкомолекулярных аналогов донорного субстрата с пептидилтрансферазным центром.

Анизомицин. Этот антибиотик ингибирует транспептидацию только на эукариотических рибосомах. Он связывается с 60S субчастицей и является конкурентным ингибитором пуромицина. Очевидно, он, как и вышеперечисленные антибиотики, мешает взаимодействию акцепторного субстрата с пептидилтрансферазным центром эукариотической рибосомы. Анизомицин— сильный инги-

190