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Dados de alta resolução novos no ribosome intacto

Uma imagem nova, mais afiada da nano-máquina que traduz nosso programa genético em proteínas promete ajudar pesquisadores a explicar como alguns tipos de antibióticos trabalham e poderiam conduzir ao projecto dos melhores.

Os instantâneos de alta resolução do ribosome bacteriano foram capturados por cientistas no University of California, Berkeley, e pelo laboratório nacional de Lawrence Berkeley (LBNL) com a fonte luminosa avançada do laboratório, que gera feixes intensos dos raios X que podem revelar detalhe estrutural inaudito de tais grandes e moléculas complexas.

Os dados novos, de alta resolução no ribosome intacto permitem que os pesquisadores construam uns modelos mais detalhados e mais realísticos do ribosome que sejam até aqui impossíveis com “as imagens distorcido” disponíveis.

Quando as imagens afiadas das duas partes principais do ribosome já fornecerem a grande introspecção em como os antibióticos específicos trabalham, muitos antibióticos, tais como os aminoglycosides, simplesmente interfira com a máquina molecular inteira, inteiramente montada.

“Muitos antibióticos visam somente a máquina intacto, descodificação ou movimento de interrupção do RNA de mensageiro,” disse o autor principal Jamie Cate, professor adjunto da química e de molecular e da biologia celular em Uc Berkeley e em um cientista do pessoal na divisão física das ciências biológicas em LBNL. “Nós estamos agora em uma posição para olhar algumas destas drogas e para descobrir as coisas que não têm sido sabidas antes.”

Cate, um membro do instituto de Califórnia para a pesquisa biomedicável quantitativa (QB3) em Uc Berkeley, e seus colegas relatam a estrutura detalhada do ribosome de Escherichia Coli, as bactérias intestinais comuns, na introdução do 4 de novembro da ciência.

O ribosome, aproximadamente 21 a 25 nanômetros transversalmente, é o nanomachine original, tomando a informação genética retransmitida pelo RNA de mensageiro, descodificando a e cuspindo para fora proteínas. Os Ribosomes são dispersados nas centenas de milhares durante todo a pilha, e em algumas pilhas altamente activas, os ribosomes são responsáveis para produzir milhões de proteínas pela acta.

Os Ribosomes são encontrados em todos os organismos, variando das bactérias aos seres humanos, e elevararam provavelmente quase 2 bilhão anos há. Mudaram tão pouco com a evolução que um ribosome bacteriano pode frequentemente traduzir genes humanos na proteína. Suspeito alguns povos que os ribosomes, que em seu núcleo consistem no ácido ribonucléico (RNA), uma irmã do ADN que compreende nossos genes, elevararam quando o RNA, não ADN, levou nosso dote genético.

Devido a sua importância à vida, e ao facto de que as drogas importantes visam o ribosome, recebeu lotes da atenção. Somente quatro anos há, Cate era parte de uma equipe que publicasse uma imagem do ribosome com uma definição de 5,5 ångströms, onde um ångström, sobre o tamanho de um átomo de hidrogênio, é um décimo de um nanômetro. As imagens novas têm uma definição de 3,5 ångströms, permitindo que Cate e seus colegas considerem os nucleotides individuais nas costas do RNA do ribosome e das espinhas dorsais do ácido aminado das proteínas que cercam o núcleo do RNA.

As imagens velhas e novas foram obtidas com o cristalografia do raio X usando os beamlines avançados de fonte luminosa, que fornecem fontes extremamente brilhantes do raio X. Ter a fonte luminosa em seu quintal, Cate disse, facilitou obter a melhor imagem crystallographic com o detalhe tridimensional o mais afiado. E seus colegas do laboratório crescem cristais dos ribosomes, verificam sua qualidade na fonte luminosa, a seguir na emenda os cristais e tentam-na outra vez.

“Nós queimamo-nos com os milhares de cristais nos últimos cinco anos,” disse.

Os pesquisadores obtiveram dois instantâneos de alta resolução do ribosome intacto de Escherichia Coli e compararam-nos com uma vasta gama de conformações de outros ribosomes. Estes outros dados vieram das imagens crystallographyic do raio X da baixo-definição de Thermus thermophilus e os ribosomes de Escherichia Coli, mais a microscopia de elétron de Escherichia Coli, de fermento e dos ribosomes mamíferos. Junto, renderam o que Cate chama “instantâneos globais” e concedeu o e seus colegas deduzir como as peças individuais do ribosome funcionam durante o processo da translocação.

O que a estrutura nova mostra até agora é como as duas grandes partes do ribosome se dobram, se ratchet e se giram enquanto o ribosome atravessa o processo repetitivo de fabricação da proteína.

A subunidade “pequena” do ribosome primeiramente reconhece e trava no RNA de mensageiro (mRNA), que contem uma cópia da parte do ADN cromossomático. Uma vez que a subunidade pequena encontra a posição de começo, a “grande” subunidade move-se dentro e trava-se sobre, apertando o mRNA entre eles. A máquina combinada desliza ao longo do mRNA, lendo cada codon da três-letra, combinando este código ao ácido aminado apropriado, e então adicionando que o ácido aminado - um de 20 blocos de apartamentos possíveis - à corrente de alongamento da proteína.

Enquanto esta tradução ocorre, o RNA de transferência (tRNA) traz constantemente em blocos de apartamentos do ácido aminado, quando as moléculas defornecimento sob a forma de GTP (triphosphate do guanosine) derem um ciclo completamente.

Encontraram que depois que a ligação - chamou uma ligação de peptide - formulários entre a corrente crescente e o ácido aminado recentemente adicionado, a subunidade pequena ratchets no que diz respeito à grande subunidade. Então a cabeça da subunidade pequena gira sobre um eixo à vista de deslocar o mRNA para a frente por um codon. Ao mesmo tempo, um sulco abre que permita que o mRNA se movam realmente e o tRNA, esgotado de seu ácido aminado, para flutuar afastado.

Então, a subunidade pequena inverte seus movimentos, restaurações, e está pronta para adicionar o ácido aminado seguinte. Esta imagem da translocação - ratcheting, giro sobre um eixo, abrindo o sulco, invertendo então estas três etapas - é repetida 10 a 20 vezes cada segundo nas bactérias.

Baseado na análise dos pesquisadores dos dados novos, Cate disse que parece, também, que o RNA helicoidal no ribosome actua como uma mola para suportar o esforço destes giros reversíveis. Também, o ribosome abriga um número surpreendente de íons positivos do magnésio - centenas em tudo - que neutraliza aparentemente a carga altamente negativa do RNA. Sem estes íons do magnésio, Cate disse, a repulsa da carga negativa do RNA fundiria o ribosome separado. Alguns dos íons do magnésio formam um líquido salgado na relação entre as grandes e subunidades pequenas do ribosome, talvez lubrificando a máquina.

Estes e outras hipóteses precisam uma exploração mais adicional, disse.

“Todas as interacções que nós vemos para ter sido vistos antes em uma mais baixa definição, mas não era claro como interpretá-los,” disse. “Tomou estes estudos de alta resolução para coalescer nossas ideias.”