Premiul Nobel pentru Chimie din acest an a fost acordat americanului Tom Staytsu de la Universitatea Yale, savantul britanic Venkatramanu Ramakrishnan de la Laboratorul de Biologie Moleculara din Cambridge, si profesor de la Institutul Weizmann (Israel) Ada Yonath. Acești cercetători au determinat structura ribozomului.
Ce este un ribozom și cum funcționează? De ce este necesar să o studiem și, în special, de ce a fost atât de important să determinăm structura acestui complex macromolecular imens? Cum poți folosi aceste cunoștințe în practică? Vom încerca să răspundem la aceste întrebări.
Nucleotida și aminoacidul "ALPHABETS"
Probabil că toată lumea a auzit că informațiile despre cum se construiește un organism sunt stocate în ADN - un fel de "bibliotecă" a unei celule vii. Proteina - este principala moleculara „muncitori“ în celulă: ele efectuează transformarea materiei și energiei, sunt responsabile pentru mișcarea celulelor pentru a forma sa de „schelet“, participă la transferul de informații genetice, efectua multe alte funcții. Pentru viata sa in orice moment, celula foloseste doar o mica parte din informatia genetica. "Liniile directoare actuale" sunt copiate din secțiuni separate ale ADN-ului sub forma unor "mesaje" scurte - molecule ARNm (ARN-matrice).
Ribosomul - o formă mică intracelulară de formă neregulată, compusă din două "jumătăți" inegale. Ea îndeplinește o funcție foarte importantă: "citește" mesajele mRNA și apoi sintetizează moleculele de proteine prin aceste "mesaje". Acest proces se numește traducere. Problema cu care se confruntă ribozomul este foarte complicată. La urma urmei, proteinele nu constau în nucleotide, ci din alte blocuri fundamentale - aminoacizi. Și sunt doar patru nucleotide și douăzeci de aminoacizi.
Cum se transformă informațiile conținute în cele patru nucleotide într-un cod de aminoacizi? Faptul este că fiecare aminoacid este criptat cu trei "litere" - nucleotide. Din patru litere ale alfabetului de nucleotide este posibil să se facă 64 de cuvinte "cu trei litere" - un codon. Fiecare codon are propriul său aminoacid specific. Deoarece codonii (64) sunt mai mari decât aminoacizii (20), unii aminoacizi sunt codificați prin mai mulți codoni. Pentru a descifra codul genetic lui Marshall Nirenberg. Gobindu Koran și Robert Holly au primit premiul Nobel pentru medicină în 1968.
TRANSMISIE ÎN RIBOSOM
Prin ce criterii ribozomul recunoaște codonii, cum "își amintește" ce codon corespunde aminoacidului? Paradoxal, ribozomul nu "cunoaște" nimic și nu "ține minte" nimic. În celulă, există molecule mici de ARN mici numite transport sau ARNm care poartă "pe ei înșiși" aminoacizi și recunosc codonul corespunzător corespunzător acestui aminoacid pe molecula ARNm. Fiecare tARN transferă numai "propriul" aminoacid. Ideea că ARNt poate fi un fel de „adaptor“ între codonul și de aminoacizi, a fost propusă în anii cincizeci de savantul american, laureat al Premiului Nobel viitor Francis Crick.
Translația informațiilor genetice în ribozomă are loc după cum urmează. Enzimele speciale cu o legătură chimică puternică "coase" cu molecula tARN aminoacidul corespunzător. În acest caz, tARN este pliat într-o structură similară unui bagel sau literei G. La capetele unui astfel de "bagel" sunt un aminoacid și așa-numitul anticodon. Anticodonul recunoaște codonul corespunzător în ARNm, dând astfel aminoacidul la locul "asamblării" moleculei de proteină.
De fapt, tARN-urile servesc ca "traducători" celulari de la "limba" nucleotidelor la aminoacizi. Lucrarea ribozomului este de a selecta o molecula de tRNA corespunzând aminoacidului necesar pentru a construi un lanț proteic la un moment dat. Acest proces de citire a informațiilor se numește decodificare. Ea se realizează de către cele mai mici dintre cele două subcapitole inegale, din care se compune ribozomul. Pe subtitrarea mai mare, aminoacizii sunt reticulați într-un lanț - o nouă moleculă de proteine.
CUM RIBOSOME ESTE DESIGNAT. ÎNCEPÂND CALEA
Cum trateaza ribozomul un numar imens de molecule interactiune si cum este aranjata aceasta planta moleculara? Din punct de vedere chimic, ribozomul este un amestec de ARN și proteine. Se compune din trei soiuri de molecule de ARN, cu numeroase proteine ribozomale asociate cu ARN ribozomal. În bacterii, compoziția unei subtipuri mici include 21 de proteine unice, iar cea mare - 33. Masa totală a unui ribozom este măsurată prin megadaltoni. Spre deosebire de particulele virale comparabile, ribozomul nu are elemente de simetrie, ceea ce face extrem de dificilă studierea structurii sale.
aproximativ 25 nm în dimensiune. Unii dintre ei sunt atașați
la membranele reticulului endoplasmatic,
altele sunt localizate în citoplasmă
Oamenii de știință au început să investigheze aranjamentul ribozomului pentru o lungă perioadă de timp. Inițial, această metodă a fost utilizată pentru microscopie electronică, care, în Uniunea Sovietică folosit cu succes RAS membru corespondent Nikolai Andreevici Kiselev (șeful Laboratorului Institutului de Cristalografie. VA Shubnikova Academia de Științe) și profesorul Victor D. Vasiliev (Institutul de proteine de Cercetare RAS). În prezent, se utilizează o tehnică îmbunătățită, numită microscopie crioelectronică. Cu această metodă, la sfârșitul anilor '90 ai secolului XX, cele două laboratoare de conducere - Marina Van Hill în Anglia și Joachim Frank din SUA - au depășit pragul de 20 de rezoluția angstromi. Acum, rezoluția microscopiei crioelectronice se apropie de 5-7 angstromi. A devenit posibil să se „vadă“ spirala ARN-ului și a domeniilor individuale de proteine, dar încă nu este suficient pentru a înțelege detaliile structurii ribozomului.
În același timp s-au efectuat studii chimice asupra structurii ribozomului. Deci, în laboratorul de academician Alexei Alekseevich Bogdanov. în grupul profesorului Olga Anatolevny Dontsova (Departamentul de Chimie MSU) printr-un produs chimic de reticulare a fost definit cu precizie ARNm mediu molecular în ribozom. În Germania, Richard Brimakomb (Institutul de genetica moleculara. Max Planck), compararea rezultatelor microscopie cryoelectron și reticulare chimică, a creat un model al structurii ribozomului, așa cum sa dovedit mai târziu, destul de precisă.
NOBEL RACE PENTRU STRUCTURĂ
De ce este necesar să cunoaștem structura ribozomilor
Ei bine, structura ribozomului a fost dificil de determinat. O altă întrebare este dacă acest lucru are sens. Fără îndoială, structura ribozomului nu numai că a îmbogățit înțelegerea interacțiunii dintre ARN și proteine, a ridicat această înțelegere la un nivel fundamental nou. Confirmat este ceva pe care oamenii de știință l-au ghicit de mult timp: în ribozom, nu numai structurale, ci și toate celelalte funcții de bază sunt realizate de ARN. De ce este interesant? Acest lucru demonstrează că ribozomul a venit la noi din proteina, așa-numita ARN-lume.
O lungă perioadă de timp nu a fost clar pentru oamenii de știință cum au apărut mecanismele de transmitere a informațiilor ereditare într-o celulă vie. ADN-ul nu se poate copia singur, pentru că are nevoie de molecule de proteine. La rândul său, pentru sinteza proteinelor, este necesar ARN-ul care le codifică, care este citit cu ADN, de asemenea, folosind proteine. Ca rezultat, toate cele trei biomolecule de bază se dovedesc a fi relații cauzale înrudite.
Ideea lumii ARN este că, înainte de apariția proteinelor și a ADN-ului ulterior, atît funcțiile catalitice, cît și funcțiile de stocare a informațiilor ereditare au fost realizate de moleculele de ARN. Acum, datorită deschiderii unor noi laureați ai Nobelului, în cele din urmă a fost clar că ribozomul a venit la noi din lumea ARN-ului. De fapt, aspectul său a marcat începutul lumii proteinelor, deoarece ribozomul este o mașină bazată pe ARN pentru producerea de proteine.
Determinarea structurii unui ribozom cu rezoluție atomică reprezintă o descoperire necondiționată în domeniul științei fundamentale, precum și o oportunitate unică de a proiecta și crea noi preparate medicinale. Se poate admira din nou această realizare a laureaților de la Nobel și le dorim să le descoperim în continuare.
LUCRAREA RIBOZOMELOR: DE LA TRADUCERE LA TRADUCERE
Mecanismul de traducere este destul de complicat. Pe scurt, în timpul funcționării ribozom ARNt trece prin diferența dintre cele două subunități ribozomale care intră succesiv în trei ARNt obligatorii „buzunar“. În primul „buzunar“ (A situs) se leagă ARNt complex și aminoacizi (aminoacil-ARNt), al doilea „buzunar“ (R-porțiune) este ARNt la ribozom a venit la citirea codonul precedent (peptidil-ARNt). Cu această ARNt nu este legată numai de „proprii“ un aminoacid, dar întreaga moleculă de proteină sintetizată în acest moment. De fapt, lanțul de aminoacizi reticulare proces este transferul peptidei în formare de ARNt la aceasta tocmai a sosit pentru prima „buzunar“ al ARNt complex cu un aminoacid. În acest caz, tARN nou sosit se alătură întregii proteine sintetizate de ribozom. ARNm care transporta molecula de proteine devine "gol".
Doctor în științe chimice Peter Sergiev. Universitatea de Stat din Moscova. M.V. Lomonosov
Evaluați articolul: