"Wytwórnia białek" w komórkach sfilmowana w akcji :: Artykuły / Polski Serwis Naukowy

Polecamy również:

Badania finansowane ze środków unijnych doprowadzają do opracowania nanofilmu

Na UJ rozpoczęła działalność pracownia Towarzystwa Maxa Plancka

Naukowcy odkrywają sposób na tworzenie nowych leków na mózg

Raport WCB pokazuje, w jaki sposób ekstremalna pogoda nie wpłynie na plony

Jaki to kształt? Klocki do budowy wszechświata 5D

Nareszcie! Naukowcy zaglądają do wnętrza molekuł

Naukowcy, których badania są finansowane ze środków unijnych, sfilmowali wytwórnie białek w komórkach, czyli rybosomy, w akcji. Prace dają bezprecedensowe wyobrażenie o tym, jak funkcjonują te kluczowe elementy mechanizmu komórkowego, przez co mogą przyczynić się do opracowania nowych leków.

Badania, których wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Nature, otrzymały wsparcie unijne za pośrednictwem projektu 3D-REPERTOIRE (Interdyscyplinarne podejście do określania budowy kompleksów wielobiałkowych w organizmie modelowym), który został dofinansowany z tematu "Nauki o życiu, genomika i biotechnologia na rzecz zdrowia" Szóstego Programu Ramowego (6PR).

Jeżeli DNA jest modelem życia, to rybosomy są zakładami, w których model ten zamieniany jest na białka budujące nasze mięśnie, transportujące substancje w komórkach i między nimi, wysyłające i odbierające sygnały, uruchamiające reakcje chemiczne i wykonujące wiele innych zadań.

Cały proces rozpoczyna się od DNA. Sekwencja DNA, która niesie w sobie kod genetyczny danego białka jest kopiowana w pojedynczą nić matrycowego kwasu rybonukleinowego (mRNA). Kwas mRNA zostaje dołączony do rybosomu, który przesuwa molekułę mRNA. Każdy blok trzech liter w mRNA tworzy kod genetyczny konkretnego aminokwasu. Różnego rodzaju molekuły RNA, zwane transferowym RNA (tRNA), "odczytują" ten kod genetyczny i doprowadzają odpowiedni aminokwas do rybosomu. Aminokwasy są budulcem białek, a wraz z przesuwaniem się rybosomu wzdłuż mRNA powstaje łańcuch aminokwasów i białko zaczyna nabierać kształtu.

Rybosomy są wyjątkowo małe, bowiem ich długość wynosi zaledwie 25 nanometrów, czyli są mniej więcej takiej wielkości, jak najmniejsze wirusy. Dlatego też badanie ich budowy wcale nie jest łatwe, a zespół, któremu ostatecznie udało się ustalić ich kształt zdobył w 2009 r. Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w uznaniu za swoje osiągnięcia. Wcześniejsze badania również wyjaśniły, w jaki sposób rybosomy łączą aminokwasy w łańcuch oraz jak tRNA odczytują informacje zakodowane w mRNA.

Chociaż rybosomy są swego rodzaju maszynami z ruchomymi częściami, do tej pory wszystkie ich zdjęcia były nieruchome. W konsekwencji wiele aspektów funkcjonowania rybosomów pozostało tajemnicą.

W ramach ostatnich badań naukowcy z Instytutu Chemii Biofizycznej im. Maxa Plancka w Niemczech oraz z Instytutu Fizyki Jądrowej w Petersburgu w Rosji znaleźli sprytny sposób na "sfilmowanie" rybosomów w akcji.

"Sztuka polegała na tym, że udało nam się przede wszystkim zmusić rybosomy do pracy w roztworze" - wyjaśnia Holger Stark, kierownik Grupy 3D (trójwymiarowej) Kriomikroskopii Elektronowej przy Instytucie Chemii Biofizycznej im. Maxa Plancka. Próbki roztworu były pobierane o różnych porach i szybko zamrażane. To skutecznie zatrzymywało mechanizm molekularny na różnych etapach procesu.

"Z tych próbek mikroskop elektronowy dostarcza serię zdjęć rybosomów na różnych etapach wytwarzania białek, na których różni się ich trójwymiarowa budowa" - mówi profesor Stark.

W sumie zespół zrobił ponad dwa miliony zdjęć rybosomów przy pracy. Do sklasyfikowania obrazów wykorzystano program komputerowy, a uzyskane grupy zdjęć odpowiadają różnym etapom wytwarzania białek. Następnie komputer wyliczył budowę 3D tych grup. Na koniec obrazy zostały uporządkowane w kolejności, aby stworzyć film, który pokazuje, w jaki sposób mRNA przechodzi przez rybosom niczym przenośnik taśmowy oraz jak molekuły tRNA dostarczają aminokwasy do rybosomu zanim zostaną uwolnione.

"Możemy śledzić krok po kroku ścieżkę molekuł tRNA przez rybosom i obserwować, w jaki sposób ruchy tRNA są powiązane z dynamicznymi zmianami rybosomu" - komentuje Niels Fischer, który pracuje w laboratorium profesora Starka.

Marina Rodnina z Wydziału Biochemii Fizycznej Instytutu Chemii Biofizycznej im. Maxa Plancka dodaje: "Analiza tego połączenia pokazuje, że nanomaszyny takie jak rybosomy pracują inaczej niż mechanicznie sprzężone maszyny, które spotykamy na co dzień. Samorzutne ruchy rybosomu i molekuł tRNA są stosunkowo słabo sprzężone."

Ponadto zespół odkrył, że rybosomy funkcjonują optymalnie w temperaturze ciała na poziomie około 37°C, wykorzystując to ciepło to zasilania swoich działań.

"Rybosom może przekształcić energię cieplną bezpośrednio w ruch" - mówi profesor Stark. "Energia cieplna dostępna w warunkach fizjologicznych w pełni wystarcza rybosomom do wykonania wszystkich ruchów wymaganych do wytworzenia białek."

Wyniki prac mogą również przyczynić się do opracowania nowych leków. Rybosomy człowieka różnią się od rybosomów bakterii, stąd skuteczność niektórych antybiotyków, które blokują wytwarzanie białek w rybosomach bakterii, pozostawiając bez szwanku rybosomy człowieka. Pogłębienie naszej wiedzy na temat budowy i funkcji rybosomów ma zatem kluczowe znaczenie dla opracowania nowych antybiotyków.

Aktualizacja (21.07.2010): Film obrazujący rybosomy w akcji można zobaczyć pod adresem: http://www.mpg.de/video/mpibpc/ribo.swf

Za: CORDIS

komentuj publikację

Czy wiesz że...?

wersja BETA

Rybosomy - organelle służące do produkcji białek w ramach translacji. Są zbudowane z rRNA i białek. Katalityczna aktywność rybosomu związana jest właśnie z zawartym w nim rRNA, natomiast białka budują strukturę rybosomu i działają jako kofaktory zwiększające wydajność translacji. pełny tekst

Ergastoplazma - (gr. ergazomai = praca; plazma pracująca) bazofilne (zasadochłonne) obszary cytoplazmy wokół jądra komórkowego, charakteryzujące się nagromadzeniem ER-g (retikulum endoplazmatycznego granularnego, inaczej siateczki śródplazmatycznej szorstkiej), wraz z tym retikulum. Na siateczce znajdują się rybosomy, syntetyzujące białka (translacja) na podstawie kwasu mRNA, który nadaje środowisku wnętrza komórki odczyn kwaśny (zasadochłonność) przez obecność reszt fosforanowych. pełny tekst

tRNA - transportujący, transferowy RNA (z ang. transfer RNA) - cząsteczki kwasu rybonukleinowego (RNA), których zadaniem jest przyłączanie wolnych aminokwasów w cytoplazmie i transportowanie ich do rybosomów, gdzie w trakcie procesu translacji zostają włączone do powstającego łańcucha polipeptydowego. tRNA cechuje wysoka specyficzność w stosunku do aminokwasów. Każdy z aminokwasów syntetyzowanego białka może być transportowany przez jeden, a niektóre przez kilka różnych tRNA. Cząsteczki tRNA występują w komórkach w stanie wolnym bądź też związane ze specyficznym aminokwasem. Kompleks tRNA-aminokwas nosi nazwę aminoacylo-tRNA. pełny tekst

Rybosomy - organelle służące do produkcji białek w ramach translacji. Są zbudowane z rRNA i białek. Katalityczna aktywność rybosomu związana jest właśnie z zawartym w nim rRNA, natomiast białka budują strukturę rybosomu i działają jako kofaktory zwiększające wydajność translacji. pełny tekst

Antykodon jest to sekwencja nukleotydów, których zasady są komplementarne do zasad kodonu. Występuje on w cząsteczce tRNA biorącej udział w translacji. Podczas tego procesu przyłącza się on do komplementarnej trójki zasad w mRNA wraz ze znajdującym się na przeciwnym końcu cząsteczki tRNA aminokwasem. pełny tekst

Moduł "Czy wiesz że...?" (wersja testowa, beta): definicje/pojęcia wygenerowane w obrębie tego modułu pochodzą z Wikipedii i udostępniane są na licencji Creative Commons: uznanie autorstwa, na tych samych warunkach, z możliwością obowiązywania dodatkowych ograniczeń. Dostęp do pełnej wersji każdego hasła (oraz dokładnch informacji na temat licencji, autora oraz edycji) możliwy jest po kliknięciu w odnośnik opisany jako "pełny tekst".