Для производства белков в каждой клетке есть собственный механизм: рибосомы. Молекулы-мессенджеры из клеточного ядра служат чертежами. Обычно несколько рибосом объединяются, образуя полисому. Ученым впервые удалось выяснить трехмерную структуру полисом: они устроены таким образом, что образующиеся белки сохраняют максимально возможное расстояние, чтобы не запутаться.
Ранее считалось, что неправильное сворачивание можно предотвратить только с помощью специализированных белков. Кроме того, пространственная структура позволяет молекуле-мессенджеру быть защищенной и передаваться на короткие расстояния, как сообщают исследователи из Института биохимии Макса Планка в Мартинсриде в последнем выпуске специализированного журнала Cell.
Цепь рибосом
В каждом белке выстроено несколько сотен или тысяч аминокислот, которые связаны в рибосомах в определенном порядке. Нитевидная информационная молекула, мРНК (информационная РНК), переносит схему отдельных белков от ДНК в ядре клетки к рибосомам. Они шаг за шагом сканируют мРНК и переводят генетическую информацию в аминокислотную последовательность белков: как только участок прочитан и соответствующая аминокислота вставлена в цепь, молекула-мессенджер движется дальше, а за ней следует следующая аминокислота.
Чтобы процесс был особенно эффективным и из одной мРНК продуцировалось множество белков, в клетке выстраиваются несколько рибосом, образуя так называемую полисому: В полисоме мРНК идет от одной рибосомы к следующему как на конвейерной ленте, так что несколько белков образуются одновременно. Как выглядит эта цепочка рибосом в деталях, ранее не было известно.
Криоэлектронная томография в действии
Ученые Макса Планка во главе с Вольфгангом Баумейстером и Ульрихом Хартлем теперь использовали метод криоэлектронной томографии, разработанный в Мартинсриде, для визуализации архитектуры этих молекулярных фабрик.
Криоэлектронная томография - это метод, с помощью которого можно непосредственно исследовать трехмерные структуры клетки. Хитрость: вся клетка или отдельные компоненты клетки «замораживаются» мгновенно, так что их пространственная структура сохраняется. Затем делаются двумерные электронно-микроскопические изображения объекта под разными углами, из которых затем реконструируется трехмерное «изображение».
Плотно упакованные рибосомы
По словам исследователей, исследования показали, что рибосомы в полисоме плотно упакованы и расположены таким образом, что определенные компоненты - так называемые малые субъединицы - ориентированы внутрь полисомы и лицом друг к другу. Они предпочитают две конфигурации: либо рибосомы смещены в одной плоскости - субъединицы стоят «голова к голове», - либо повернуты друг к другу на 180°.
В обоих случаях вход и выход мРНК соседних рибосом расположены близко друг к другу, так что молекула-мессенджер может переходить от одной рибосомы к другой без больших окольных путей. По мнению ученых, если все рибосомы полисомы обращены друг к другу в конфигурации «голова к голове», образуется ярко выраженная винтообразная структура. При чередовании с конфигурацией «голова к концу» получается плоская полисомная структура.
Максимальное расстояние
Чтение мРНК, важный перенос генетической информации в структуру белков, происходит защищенным внутри полисомы, при этом оба входа, через которые аминокислоты достигают места в рибосомах, где они сцеплены, а выходы готовых белков обращены в клеточное пространство и поэтому легкодоступны.
«Выяснив нашу структуру, мы показали, что расположение полисом гарантирует, что белки, продуцируемые в соседних рибосомах, находятся как можно дальше друг от друга. Это предотвращает «запутывание» вновь образованных белков и их слипание», - объясняет Хартл.
Новое задание для сопровождающих
Предыдущее предположение о том, что за это ответственны в основном определенные белки - так называемые шапероны, предстает в новом свете на фоне этих результатов: они могут меньше служить для предотвращения слипания белков, образующихся в полисоме вместе - структурное расстояние между нитями белка уже защищает от этого.
Скорее, они служат для того, чтобы избежать ошибочной укладки внутри белка и предотвратить слипание с белками, образованными в других полисомах - дефект, возникающий в переполненной клеточной среде, где полисомы плотно упакованы, легко может возникнуть. случаться.