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Nuovi dati ad alta definizione sul ribosoma intatto

Una nuova, maschera più marcata del nano-commputer che traduce il nostro programma genetico in proteine promette di aiutare i ricercatori a spiegare come alcuni tipi di antibiotici funzionano e potrebbero piombo alla progettazione di quelle migliori.

Le istantanee ad alta definizione del ribosoma batterico sono state catturate dagli scienziati all'università di California, al Berkeley ed al laboratorio nazionale di Lawrence Berkeley (LBNL) con la sorgente luminosa avanzata del laboratorio, che genera i raggi intensi dei raggi x che possono rivelare il dettaglio strutturale senza precedenti di tali grandi e molecole complesse.

I nuovi, dati ad alta definizione sul ribosoma intatto permettono che i ricercatori sviluppino i modelli più dettagliati e più realistici del ribosoma che finora erano impossibili con “le maschere sfocate„ disponibili.

Mentre le immagini marcate dei due pezzi principali del ribosoma già hanno fornito la grande comprensione in come gli antibiotici specifici funzionano, molti antibiotici, quali i aminoglycosides, solo interferisca con l'intero, commputer molecolare completamente montato.

“Molti antibiotici mirano soltanto al commputer intatto, decodifica o movimento d'interruzione del RNA messaggero,„ ha detto l'autore principale Jamie Cate, assistente universitario di chimica e di molecolare e di biologia cellulare a Uc Berkeley e ad uno scienziato del personale nella divisione fisica di scienze biologiche a LBNL. “Siamo ora in una posizione per esaminare alcune di queste droghe e per scoprire le cose che non sono state conosciute prima.„

Cate, un membro dell'istituto della California per la ricerca biomedica quantitativa (QB3) a Uc Berkeley ed i suoi colleghi riferiscono la struttura dettagliata del ribosoma da Escherichia coli, i batteri intestinali comuni, nell'emissione del 4 novembre di scienza.

Il ribosoma, circa 21 - 25 nanometri attraverso, è il nanomachine originale, catturante le informazioni genetiche trasmesse dal RNA messaggero, decodificante li e sputante fuori le proteine. I ribosomi sono dispersi nelle centinaia di migliaia in tutto la cella ed in alcune celle altamente attive, i ribosomi sono responsabili della produzione dei milioni di proteine al minuto.

I ribosomi sono trovati in tutti gli organismi, variando dai batteri agli esseri umani e probabilmente sono sorto quasi 2 miliardo anni fa. Hanno cambiato così piccolo con evoluzione che un ribosoma batterico può tradurre spesso i geni umani in proteina. Un certo sospetto della gente che i ribosomi, che alla loro memoria consistono dell'acido ribonucleico (RNA), una sorella del DNA che comprende i nostri geni, hanno sorto quando il RNA, non DNA, ha portato la nostra dote genetica.

A causa della sua importanza a vita e del fatto che le droghe importanti mirano al ribosoma, ha ricevuto i lotti dell'attenzione. Soltanto quattro anni fa, Cate fa parte di un gruppo che ha pubblicato una maschera del ribosoma con una risoluzione di 5,5 angstrom, in cui un angstrom, circa la dimensione di un atomo di idrogeno, è un decimo di un nanometro. Le nuove immagini hanno una risoluzione di 3,5 angstrom, permettendo che Cate ed i suoi colleghi vedano i diversi nucleotidi nei fili del RNA del ribosoma e delle spine dorsali dell'amminoacido delle proteine che circondano la memoria del RNA.

Sia le vecchie che nuove immagini sono state ottenute con cristallografia a raggi x facendo uso dei beamlines avanzati di sorgente luminosa, che forniscono le sorgenti estremamente luminose dei raggi x. Avendo la sorgente luminosa nel suo cortile, Cate ha detto, lo ha reso più facile ottenere la migliore maschera cristallografica con il dettaglio tridimensionale più marcato. Lui ed i suoi colleghi del laboratorio coltivano i cristalli dei ribosomi, controllano la loro qualità nella sorgente luminosa, quindi nel ritocco i cristalli e provano ancora.

“Abbiamo bruciato con migliaia di cristalli durante i cinque anni ultimi,„ ha detto.

I ricercatori hanno ottenuto due istantanee ad alta definizione del ribosoma intatto di Escherichia coli e le hanno paragonate a una vasta gamma di conformazioni di altri ribosomi. Questi altri dati sono venuto dalle immagini crystallographyic dei raggi x di basso-risoluzione di Thermus termofile e ribosomi di Escherichia coli, più microscopia elettronica di Escherichia coli, di lievito e dei ribosomi mammiferi. Insieme, hanno reso che cosa Cate chiama “istantanee globali„ e che hanno permesso che lui ed i suoi colleghi deducessero come diverse parti della funzione del ribosoma durante il trattamento dello spostamento.

Che cosa la nuova struttura mostra finora è come i due grandi pezzi del ribosoma piegano, ratchet e girano mentre il ribosoma passa con il trattamento ripetitivo di fabbricazione della proteina.

L'sottounità “piccolo„ del ribosoma in primo luogo riconosce e chiude sul RNA messaggero (mRNA), che contiene una copia della parte del DNA cromosomico. Una volta che il piccolo sottounità trova la posizione di inizio, “il grande„ sottounità si muove dentro e si aggancia, premendo il mRNA loro. Le diapositive a macchina combinate lungo il mRNA, leggendo ogni codone di tre lettere, abbinando questo codice all'amminoacido appropriato e poi aggiungendo che amminoacido - una di 20 particelle elementari possibili - alla catena d'allungamento della proteina.

Mentre questa traduzione ha luogo, il RNA di trasferimento (tRNA) porta costantemente in particelle elementari dell'amminoacido, mentre le molecole difornitura sotto forma di GTP (guanosintrifosfato) ciclano da parte a parte.

Hanno trovato che dopo che l'obbligazione - ha chiamato un legame peptidico - moduli fra la catena crescente e l'amminoacido aggiunto di recente, il piccolo sottounità ratchets riguardo al grande sottounità. Poi la testa di piccolo sottounità gira in preparazione dello spostamento del mRNA in avanti da un codone. Allo stesso tempo, una scanalatura si apre che permette che il mRNA realmente si muovano e il tRNA, vuotato del suo amminoacido, per fluttuare via.

Poi, il piccolo sottounità inverte i sui moti, risistemazioni ed è pronto ad aggiungere l'amminoacido seguente. Questa maschera dello spostamento - ratcheting, girare, aprente la scanalatura, poi invertente questi tre punti - è ripetuta 10 - 20 volte ogni secondo in batteri.

Sulla base dell'analisi dei ricercatori di nuovi dati, Cate ha detto che sembra, anche, che il RNA elicoidale nel ribosoma fungesse da sorgente per resistere allo sforzo di queste parti girevoli reversibili. Inoltre, il ribosoma harbors un numero sbalordente degli ioni positivi del magnesio - centinaia in tutti che neutralizzano apparentemente la carica altamente negativa del RNA. Senza questi ioni del magnesio, Cate ha detto, la repulsione della carica negativa del RNA soffierebbe il ribosoma diverso. Alcuni degli ioni del magnesio formano un liquido salato all'interfaccia fra i grandi e piccoli sottounità del ribosoma, forse lubrificando il commputer.

Questi ed altre ipotesi hanno bisogno di ulteriore prospezione, ha detto.

“Tutte le interazioni che vediamo per essere veduti prima a risoluzione più bassa, ma non era chiaro come interpretarli,„ ha detto. “Ha catturato questi studi ad alta definizione per fondersi le nostre idee.„