Krioelectron microscopy atskleidė ribosomų skirtumų mitochondrijų ir citoplazmos • Elena Naimark • Mokslinės naujienos apie "Elementai" • Mikrobiologija, molekulinė biologija

Kryoelectron microscopy atskleidė ribosomų skirtumų mitochondrijų ir citoplazmos

Mitochondrija yra privalomos eukariotinės ląstelės organelės. Jie susideda iš dvisluoksnės membranos, kuri sudaro daugybę raukšlių, ant kurių sėdi ribosomos. Mitochondrijos ribosomos dalyvauja kelių baltymų sintezėje (tik 13 baltymų žmonėse), nes jie neatitinka citoplazminių ribosomų. Nuotraukos iš jonlieffmd.com

Dvi tarptautinės mokslininkų grupės tyrė mitochondrijų ribosomų struktūrą, naudojant krioelectron microscopy. Šis metodas leidžia pamatyti konstrukcinius elementus su didžiausia skiriamoji geba. Nauja informacija leido palyginti citoplazmo ir mitochondrijų ribosomų struktūros duomenis. Kaip paaiškėjo, mitochondrijų ribosomos yra labai specializuotos ir labai skiriasi nuo citoplazminių analogų ir bakterijų ribosomų.

Gerai žinoma, kad mitochondrijos yra buvusios alfa proteobakterijos, kurios prieš milijardą su puse milijardo metų tapo simbiozinėmis archeos ar kitos ląstelės ląstelėmis. Ten jie perėmė energijos tiekėjų funkciją, pagerindami biocheminį konvejerį ATP, pagrindinės ląstelės energijos molekulės gamybai.Tačiau kitos gyvenimo palaikymo funkcijos pradėjo atlikti ląstelę-šeimininką su savo branduoliu ir reguliatoriumi. Membranų, savaeigių DNR ir ribosomų buvimas, būtinas gaminant nedidelį mitochondrijų baltymų kiekį, primena laisvą gyvenimą, likusį mitochondrijose. Visi šie elementai yra labai specializuoti, nes jie, skirtingai nuo visų kitų ląstelių dalių, yra skirti tik dviem funkcijoms – ATP gamybai ir tinkamai reprodukcijai stabilių ląstelių sąlygomis. Todėl bet kurio iš šių elementų tyrimas pateikia idėją apie evoliucinės specializacijos procesus. Tai taip pat taikoma ribosoms, nors atrodytų, kad ši baltymų sintezės ląstelių mašina yra universali, jos darbe nieko negalima sumažinti ar pridėti. Tačiau pasirodė, kad taip nėra: mitochondrijų ribosomos skiriasi nuo ląstelių kaimynų ir protėvių alfa proteobakterijų ribosomų. Tai nustatė Ciuricho ir Ciuricho universiteto Molekulinės biologijos ir biofizikos instituto specialistai. Taip pat įdomų darbą šia tema atliko mokslininkai iš Molekulinės biologijos laboratorijos Medicinos tyrimų taryboje Kembridže.

Šiose grupėse naudojama krioelektroninė mikroskopija (krio-elektroninė mikroskopija), kuri leidžia rekonstruoti erdvinį objektų vaizdą, kurio raiška yra 3,4-3,8 angstroms. Ruošiant preparatus krioetikroninei mikroskopijai, nėra naudojamos pagalbinės medžiagos sekcijoms, kurios keičia mažų ląstelinių inkliuzų struktūrą. Tačiau iki šiol krioelectron microscopy skiriamoji geba nebuvo labai didelė, ir tik dabar ji patobulėjo iki aukšto tikslumo rentgeno kristalografijos lygio (tai leidžia nustatyti medžiagos atominę struktūrą, žr. Rentgeno kristalografiją). Naudojant šią techniką, buvo galima išsamiai išnagrinėti įvairius mitoribosomų (mitochondrijų ribosomų) subvienetus, kad būtų koreliuoti biocheminiai ir struktūriniai skirtumai su citoplazminių ribosomų skirtumais.

Ribosomos yra baltymų ir RNR kompleksai, baltymai ribosomose yra daugiausia ribozimai, o tai rodo jų pavaldžių katalizinį vaidmenį šiame tandem. Žinduolių mitoribosomos (tyrinėjo žmogaus ir kiaulių ląsteles) yra mažiau RNR ir todėl daugiau baltymų.Kai kuriais atvejais baltymai pakeičia prarastas RNR dalis, jie apima beveik visą ribosomą, tikriausiai stabilizuoja nestabilią RNR struktūrą ir apsaugo kompleksus nuo oksidacijos. Maždaug pusė mitoribosominių baltymų yra specifinės: citoplazminės ribosomos nė vienas nėra, nei susijusiose bakterijų ribosomos. Taigi, žmogus turi 80 mitoribosomų baltymų, iš kurių 36 yra specifiniai. Kaip paaiškėjo, vienas iš įdomių struktūrinių skirtumų yra toks: svarbus funkcinis ribosomos elementas – mažas 5S rRNR subvienetas (5S ribosominė RNR) – pakeičiamas mitochondrijomis pagal valino tRNR. Šis pakeitimas yra ypač svarbus atsižvelgiant į diskusijas apie 5S rRNR pobūdį (žr. G. M. Gongadze, 2011. 5S rRNR ir ribosomą), jo įtartiną panašumą į tRNą ir galimą vienos molekulės kilmę iš kitos (ir dar nėra aišku, kas kas nutiko)

Žmogaus mitoribosomos baltymai: raudona parodomi specifiniai mitochondrijų baltymai, ir mėlynas – tiems, kurių bakterijų homologai buvo rasta, geltona – modifikuotos bakterijų baltymų sritys. Mt-LSU yra didelis subvienetas (16S), mt-SSU yra mažas subvienetas (12S). Paveikslėlis iš aptariamo straipsnio A. Amuntsas ir kt., 2015 m. Žmogaus mitochondrijų ribosomų struktūra Mokslas

Kaip šios transformacijos paveikė mitoribos darbą? Mokslininkai teigia, kad jie leido mitoribosomas tapti specialistais hidrofobinių baltymų gamyboje; ir dar daugiau, lokalizuokite šią produkciją mitochondrijų membranose. Buvo specialūs kompleksai, prijungiant ribosomas prie mitochondrijų membranų; ten buvo specialūs baltymai, kurie suteikia tam tikrą pailgėjimą; buvo baltymų, kurie atpažįsta ir prideda mRNR į mitoribosomą. Visi jie skiriasi su funkciniais analogais citoplazamacinių ribosomų. Visų pirma tai susiję su mRNR ribozos įjungimu – paskutiniu iš išvardytų funkcijų. Vieta, kur messenger RNR grandinė patenka tarp dviejų subvienetų, yra išdėstyta mitoribosome visiškai kitaip nei citoplazminės ribosomos. Dėl savo specifiškumo mokslininkai negalėjo nustatyti in vitro mitochondrijų baltymų sintezės, nors citoplazminės ribosomos daugiau kaip pusę amžiaus dirbo dirbtinėmis sąlygomis. Dabar galite pradėti eksperimentuoti su mitochondrijų ribosomomis.

Mitochondrijų ribosomas.Nurodyti pagrindiniai skirtumai tarp citoplazminių kaimynų. Mažame padalinyje (kairėje) tai yra pentatricopeptidų pakartojimas (PPR), susijęs su mRNR prisijungimu prie ribosomos, ir BVP-GTP vietovės, naudojančios pailgėjimo faktorių ciklą. Dėl didelio subvieneto (dešinėje) pažymėta: membranos surišimo vieta (MRPL45), valino tRNR, pakeičianti 5S rRNR molekulę. Ryšys tarp dviejų subvienetų vyksta daugiausia baltymų ir RNR ryšių (parodyta raudonos spalvos) tarp dviejų subvienetų yra išeikvota, palyginti su citoplazminėmis ribosomomis. Schema iš aptariamo straipsnio R. Beckmannas, J. M. Herrmannas, 2015 m. Mitoribosomų keistumas Mokslas

Mititorosominių baltymų ypatumai nustato skirtingą mažųjų ir didelių subvienetų sąveikos priemonę. Dėl šios priežasties šių subvienetų konformaciniai judesiai ir posūkiai keičiasi, kai jie jungiasi prie tRNR ir skatina mRNR ir sintezuotą aminorūgščių grandinę. Kitaip tariant, mitoribosomos darbo mechanika baltymų smegenų sintezėje skiriasi nuo kanoninės citoplazminės ribosomos.

Abi tyrėjų grupės pabrėžia, kad nustatytas mitoribosomos specifiškumas paaiškina kelių klasių narkotikų šalutinį poveikį.Tai reiškia, kad norint pašalinti žalingą poveikį naujų vaistų struktūra turi būti šiek tiek pakeista. Dabar tapo aišku, kur ieškoti ir ką pakeisti. Todėl bent jau šis darbas su mitoribosomais yra aktualus. Nors teorinis mitoribosomų specifiškumo susidomėjimas yra daug platesnis: žinoma, kad mitoribosomos labai skiriasi į skirtingas rūšis, daug stipresnes nei citoplazminės ribosomos. Įvairių rūšių pokyčių trajektorijos parodys energijos metabolizmo ypatumus ir jo pritaikymo prie įvairių modifikacijų būdus.

Šaltiniai:
1) A. Amunts, A. Brown, J. Toots, S. H. W. Scheres, V. Ramakrishnan. Žmogaus mitochondrijų ribosomų struktūra // Mokslas. 2015. V. 348. P. 95-98.
2) A. Amuntsas, A. Braunas, X. Bai, J. L. Llaceris, T. Hussainas, P. Emsley, F. Long, G. Murshudov, S. H. W. Scheres, V. Ramakrishnan. Mielių mitochondrijų didelio ribosominio subvieneto struktūra Mokslas. 2014. V. 343. P. 1485-1489.
3) B. J. Greber, P. Bieri, M. Leibundgut, A. Leitner, R. Aebersold, D. Boehringer, N. Ban. Pilna 55S mitybinių mitochondrijų ribosomų struktūra. Mokslas. 2015. V. 348. P. 303-307.
4) R. Beckmann, J. M. Herrmann. Mitoribosomų keistumai / Mokslas. 2015. V. 348. P. 288-289.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: