Обнаружены ключевые этапы синтеза белков

Видео: ДНК – ключ к информации

Учёные из Университета Калифорнии сумели найти рибосому, «молекулярную машину по производству белков», в ключевом переходном состоянии, чего раньше сделать долго не удавалось.

Впервые исследователи могут увидеть как рибосома выполняет точные механические движения, необходимые для безошибочной трансляции генетического кода.

«Это открытие учёные, занятые в данной области, пытались сделать на протяжении последнего десятилетия», говорит профессор молекулярной биологии Гарри Ноллер (Harry Noller).

«Мы зафиксировали рибосому на промежуточном этапе её движения при транслокации, что является наиболее интересной и сложной из выполняемых рибосомами функций».

Понимание процесса функционирования рибосом важно не только из-за их важной роли живых фабрик по производству
белков в клетках, но и потому, что многие антибиотики работают, воздействуя на бактериальные рибосомы. Исследования рибосом Ноллером и его коллегами привело к разработке новых антибиотиков, которые обещают победу в борьбе с неподдающимися сейчас лекарствам бактериями.



Чтобы создать новый белок, генетические инструкции сначала копируются из последовательности ДНК гена в информационную молекулу РНК. Затем рибосома «считывает» последовательность в информационной РНК, сравнивая каждые трёхсимвольные кодоны генетического кода со специальным строительным блоком белка, одной из двадцати аминокислот. Таким образом, рибосома строит молекулу белка в точной последовательности аминокислот, определяемой геном. Совпадение кодонов с аминокислотами обеспечивается посредством молекул транспортной РНК, каждая из которых несёт специфическую аминокислоту к рибосоме и выстраивает её в соответствии с кодоном информационной РНК.

«Под большим вопросом было понимание того, как информационная РНК и транспортная РНК двигаются синхронно через рибосому, когда информационная РНК считывается для создания белка. Транспортные РНК представляют собой большие макромолекулы и рибосома обладает движущимися частями, которые позволяют обрабатывать эти молекулы с частотой 20 единиц в секунду».



Ключевой этап, называемый транслокацией, происходит после формирования связи, подсоединяющей новую аминокислоту к растущей цепочке белка. Транспортная РНК оставляет данную аминокислоту и переходит в другую область рибосомы вместе с синхронным продвижением информационной РНК, приносящей следующий кодон и связанную с ним аминокислоту на нужную позицию. Исследование показывает состояние рибосомы посреди данного процесса.

«Это даёт нам «скриншот» промежуточного состояния при движении», рассказывает Ноллер. «Теперь мы рассмотрели, как рибосома совершает вращательные движения своего небольшого блока, и можем видеть нечто похожее на «собачку храпового механизма», который предотвращает отставание трансляционного читающего блока».

Многие антибиотики вмешиваются в функционирование бактериальных рибосом, предотвращая или замедляя это транслокационное движение. Понимание структуры и динамических деталей этого движения может помочь создать новые усовершенствованные антибиотики.

Транслокация состоит из двух частей. Первая фаза – передвижение конечного акцептора транспортной РНК, которая несёт аминокислоту. Это приводит к гибридному состоянию, когда два конца транспортной РНК находятся в двух разных местах рибосомы: антикодон всё ещё синхронизирован с информационной РНК, а акцептор перешёл к следующему участку. Фаза номер два – движение антикодона транспортной РНК вместе с информационной РНК, продвигающейся на один кодон вперёд.

Для второго этапа требуется катализатор под названием фактор элонгации G. Исследование показало состояние рибосомы в середине второго процесса с данным катализатором и транспортной РНК на полпути между гибридным и окончательным состояниями.

Ноллер потратил десятилетия, работая над пониманием принципа работы рибосомы. «Это станет одним из самых значительных открытий биологии, ключом ко всему механизму трансляции генетического кода, и мы разобрались в нём на молекулярном уровне. Этот механизм лежит в основе происхождения жизни в том виде, каком мы её знаем».