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Nuevos datos de alta resolución sobre el ribosoma intacto

Un nuevo, más afilado retrato de la nano-máquina que traduce nuestro programa genético a las proteínas promete ayudar a investigadores a explicar cómo algunos tipos de antibióticos trabajan y podrían llevar al diseño los mejores.

Las fotos de alta resolución del ribosoma bacteriano fueron capturadas por los científicos en la Universidad de California, el Berkeley, y el laboratorio nacional de Lorenzo Berkeley (LBNL) con la fuente de luz avance del laboratorio, que genera haces intensos de las radiografías que pueden revelar el detalle estructural sin precedente de tales moléculas grandes y complejas.

Los nuevos, de alta resolución datos sobre el ribosoma intacto permiten que los investigadores construyan modelos más detallados y más realistas del ribosoma que hasta ahora eran imposibles con los “retratos confusos” disponibles.

Mientras que las imágenes afiladas de los dos pedazos principales del ribosoma han ofrecido ya gran discernimiento en cómo los antibióticos específicos trabajan, muchos antibióticos, tales como los aminoglycosides, sólo interfiera con la máquina molecular entera, completo montada.

“Muchos antibióticos apuntan solamente la máquina intacta, el decodificar o movimiento del ARN de mensajero que rompe,” dijo al autor importante Jamie Cate, profesor adjunto de la química y de molecular y de la biología celular en Uc Berkeley y un científico del estado mayor en la división física de las ciencia biológicas en LBNL. “Ahora estamos en una posición para observar algunas de estas drogas y para descubrir las cosas que no se han sabido antes.”

Cate, una pieza del instituto de California para la investigación biomédica cuantitativa (QB3) en Uc Berkeley, y sus colegas denuncian la estructura detallada del ribosoma de Escherichia Coli, las bacterias intestinales comunes, en la aplicación del 4 de noviembre la ciencia.

El ribosoma, cerca de 21 a 25 nanómetros a través, es el nanomachine original, tomando la información genética retransmitida por el ARN de mensajero, decodificándola y punta fuera las proteínas. Los ribosomas se dispersan en los centenares de millares en la célula, y en algunas células altamente activas, los ribosomas son responsables de producir millones de proteínas por minuto.

Los ribosomas se encuentran en todos los organismos, colocando de bacterias a los seres humanos, y se presentaron probablemente hace casi 2 mil millones años. Han cambiado tan poco con la evolución que un ribosoma bacteriano puede traducir a menudo genes humanos a la proteína. Algún sospechoso de la gente que se presentaron los ribosomas, que en su base consisten en el ácido ribonucleico (ARN), una hermana de la DNA que comprende nuestros genes, cuando el ARN, no DNA, llevó nuestra dote genética.

Debido a su importancia para la vida, y el hecho de que las drogas importantes apunten el ribosoma, ha recibido lotes de atención. Hace solamente cuatro años, Cate era parte de las personas que publicaron un retrato del ribosoma con una resolución de 5,5 angstromes, donde está un décimo un angstrom, sobre la talla de un átomo de hidrógeno, de un nanómetro. Las nuevas imágenes tienen una resolución de 3,5 angstromes, permitiendo que Cate y sus colegas consideren los nucleótidos individuales en los cabos del ARN del ribosoma y de las espinas dorsales del aminoácido de las proteínas que rodean la base del ARN.

Las viejas y nuevas imágenes fueron obtenidas con la cristalografía de la radiografía usando los beamlines avanzados de la fuente de luz, que ofrecen fuentes extremadamente brillantes de la radiografía. Tener la fuente de luz en su patio trasero, Cate dijo, ha hecho más fácil conseguir el mejor retrato cristalográfico con el detalle tridimensional más afilado. Él y sus colegas del laboratorio crecen cristales de ribosomas, verifican su calidad en la fuente de luz, después pellizcan los cristales e intentan otra vez.

“Hemos quemado con millares de cristales en los cinco años pasados,” él dijo.

Los investigadores obtuvieron dos fotos de alta resolución del ribosoma intacto de Escherichia Coli y las compararon con una amplia gama de conformaciones de otros ribosomas. Estos otros datos vinieron de las imágenes crystallographyic de la radiografía de la inferior-resolución de Thermus termófilas y los ribosomas de Escherichia Coli, más la microscopia electrónica de Escherichia Coli, de la levadura y de los ribosomas mamíferos. Junto, rindieron lo que llama las “fotos globales” y admitió Cate lo y sus colegas deducir cómo las piezas individuales del ribosoma funcionan durante el proceso del desplazamiento.

Qué la nueva estructura muestra hasta ahora es cómo los dos pedazos grandes del ribosoma doblan, ratchet y giran mientras que el ribosoma pasa con el proceso repetidor de la fabricación de la proteína.

La “pequeña” subunidad del ribosoma primero reconoce y cierra sobre el ARN de mensajero (mRNA), que contiene una copia de la parte de la DNA cromosómica. Una vez que la pequeña subunidad encuentra la posición de comienzo, la subunidad “grande” se mueve hacia adentro y cierra conectado, embridando el mRNA entre ellos. La máquina combinada resbala a lo largo del mRNA, leyendo cada codón de la tres-carta, igualando esta clave al aminoácido apropiado, y después agregando que el aminoácido - uno de 20 bloques huecos posibles - a la cadena de alargamiento de la proteína.

Mientras que ocurre esta traslación, el ARN de la transferencia (tRNA) trae constante en bloques huecos del aminoácido, mientras que las moléculas de energía-abastecimiento bajo la forma de GTP (trifosfato de la guanosina) completan un ciclo a través.

Encontraron que después de que la ligazón - llamó una ligazón de péptido - las formas entre la cadena creciente y el aminoácido nuevamente adicional, la pequeña subunidad ratchets en cuanto a la subunidad grande. Entonces el jefe de la pequeña subunidad gira sobre un eje con objeto de cambio el mRNA adelante por un codón. Al mismo tiempo, una ranura se abre que permite que el mRNA se muevan real y el tRNA, agotado de su aminoácido, para conectar de distancia.

Entonces, la pequeña subunidad invierte sus movimientos, restauraciones, y está lista para agregar el aminoácido siguiente. Este retrato del desplazamiento - ratcheting, el girar sobre un eje, abriendo la ranura, entonces invirtiendo estos tres pasos - se relanza 10 a 20 veces cada segundo en bacterias.

De acuerdo con el análisis de los investigadores de los nuevos datos, Cate dijo que aparece, también, que el ARN espiral en el ribosoma actúa como muelle para soportar la tensión de estos eslabones giratorios reversibles. También, el ribosoma abriga un número asombroso de iones positivos del magnesio - centenares en todos - que neutralizan al parecer la carga altamente negativa del ARN. Sin estos iones del magnesio, Cate dijo, la repulsión de la carga negativa del ARN soplaría el ribosoma separado. Algunos de los iones del magnesio forman un líquido salado en el interfaz entre las subunidades grandes y pequeñas del ribosoma, quizás lubricando la máquina.

Éstos y otras hipótesis necesitan la exploración adicional, él dijo.

“Todas las acciones recíprocas que vemos para haber sido vistos antes en una resolución más inferior, pero no estaba sin obstrucción cómo interpretarlos,” él dijo. “Tomó estos estudios de alta resolución para unirse nuestras ideas.”