Cryoelektronmikroskopi afslørede ribosomforskelle i mitokondrier og cytoplasma • Elena Naimark • Videnskabsnyheder om "Elements" • Mikrobiologi, Molekylærbiologi

Cryoelektronmikroskopi afslørede ribosomforskelle i mitokondrier og cytoplasma

Mitokondrier er obligatoriske organeller af en eukaryot celle. De består af en dobbeltlagsmembran, der danner talrige folder på hvilke ribosomer sidder. Mitokondrie ribosomer er involveret i syntese af nogle få proteiner (kun 13 proteiner hos mennesker), fordi de ikke ligner cytoplasmatiske ribosomer. Billeder fra jonlieffmd.com

To internationale hold af forskere undersøgte strukturen af ​​mitokondrie ribosomer ved anvendelse af cryoelektronmikroskopi. Denne metode giver dig mulighed for at se strukturelementerne med den højeste opløsning. Nye oplysninger gjorde det muligt at sammenligne detaljerne af strukturen af ​​de cytoplasmatiske og mitokondrie ribosomer. Som det viste sig, er mitokondrie ribosomer højt specialiserede og meget forskellige fra både cytoplasmiske analoger og bakterielle ribosomer.

Det er velkendt, at mitokondrier er tidligere alfa-proteobakterier, der for omkring en milliard og en halv milliard år siden blev symbiotiske celler af arkæa eller en anden celle. Der overtog de energileverandørernes funktion ved at forbedre den biokemiske transportør til produktion af ATP, cellens vigtigste energimolekyle.Men andre funktioner i livsstøtten for dem begyndte at udføre værtscellen med sin egen kerne og regulatorer. Tilstedeværelsen af ​​membraner, selvd DNA og ribosomer, der er nødvendige til fremstilling af et lille sæt af mitokondriale proteiner, minder om det frie liv tilbage i mitokondrierne. Alle disse elementer er højt specialiserede, da de i modsætning til alle andre dele af cellen har til formål at udføre kun to funktioner – produktionen af ​​ATP og korrekt reproduktion under stabile intracellulære forhold. Derfor giver undersøgelsen af ​​et af disse elementer en ide om de evolutionære specialiseringers processer. Dette gælder også for ribosomer, selvom det ser ud til, at denne celleautomat til syntese af proteiner er universel, i sit arbejde kan intet reduceres eller tilføjes. Men det viste sig, at dette ikke er tilfældet: mitokondrie ribosomer adskiller sig fra celle naboer og forfædre ribosomer af alpha proteobakterier. Dette blev fundet ud af specialister fra Institut for Molekylærbiologi og Biofysik i Zürich og Zürich Universitet. Også interessant arbejde på dette emne blev udført af forskere fra Molecular Biology Laboratory of Medical Research Council i Cambridge.

Disse grupper anvendte cryoelektronmikroskopi (Cryo-elektronmikroskopi), som gør det muligt at rekonstruere et tredimensionelt billede af objekter med en opløsning på 3,4-3,8 Ångstrøm. Ved fremstilling af præparater til cryoelektronmikroskopi anvendes ingen hjælpematerialer til sektioner, der ændrer strukturen af ​​småcellede indeslutninger. Indtil nu var opløsningen af ​​cryoelektronmikroskopi imidlertid ikke særlig høj, og kun nu er den forbedret til nøjagtige røntgenkrystallografi (som giver dig mulighed for at indstille stoffets atomstruktur, se: Røntgenkrystallografi). Ved anvendelse af denne teknik var det muligt i detaljer at undersøge de forskellige underenheder af mitoribosomerne (mitokondrie ribosomer) for at korrelere de biokemiske og strukturelle forskelle med dem for de cytoplasmatiske ribosomer.

Ribosomer er komplekser af proteiner og RNA; proteiner i ribosomer er hovedsageligt ribozymer, hvilket indikerer deres underordnede katalytiske rolle i denne tandem. I mammale mitoribosomer (mennesker og svineceller er blevet undersøgt) er der mindre RNA og følgelig flere proteiner.I nogle tilfælde erstatter proteiner tabte dele af RNA, de dækker næsten hele ribosomet, sandsynligvis for at stabilisere den ustabile struktur af RNA og beskytte komplekserne mod oxidation. Omkring halvdelen af ​​mitoribosomale proteiner er specifikke: der er ingen i de cytoplasmatiske ribosomer eller i de beslægtede bakterielle ribosomer. Så, en person har 80 mitoribosomale proteiner, hvoraf 36 er specifikke. En af de nysgerrige strukturelle forskelle, som det viste sig, er dette: et vigtigt funktionelt element i ribosomet – den lille underenhed af 5S rRNA (5S ribosomal RNA) – erstattes i mitokondrier med valint tRNA. Denne substitution er særlig vigtig i lyset af diskussioner om arten af ​​5S rRNA (se: G. M. Gongadze, 2011. 5S rRNA og ribosomet), dens mistænkelige lighed med tRNA og den mulige oprindelse af et molekyle fra en anden (og det er endnu ikke klart, hvilken hvad der skete).

Humane mitoribosomproteiner: rød specifikke mitokondrie proteiner er vist, og blå – dem, for hvilke bakterielle homologer blev fundet gul – modificerede områder af bakterielle proteiner. Mt-LSU er en stor underenhed (16S), mt-SSU er en lille underenhed (12S). Figur fra diskuteret artikel A. Amunts et al., 2015. Strukturen af ​​det humane mitokondrielle ribosom i Videnskab

Hvordan påvirker disse transformationer mitoribos arbejde? Forskere foreslår, at det var dem, der tillod mitoribosomer at blive specialister i produktionen af ​​hydrofobe proteiner; og endnu mere, lokaliser denne produktion på mitokondrie membraner. Der var særlige komplekser, der binder ribosomer til mitokondrie membraner; der var specielle proteiner, der giver specifik forlængelse; der var proteiner, som genkender og vedhæfter mRNA til mitoribosomet. Alle afviger fra funktionelle analoger af cytoplasmatiske ribosomer. Dette vedrører især indledningen af ​​bindingen af ​​mRNA til ribosomet – den sidste af de angivne funktioner. Stedet hvor messenger RNA træder ind mellem de to underenheder er arrangeret i mitoribosomet på en helt anden måde end i det cytoplasmatiske ribosom. Det er på grund af dets specificitet, at forskere ikke kunne etablere syntesen af ​​mitochondriale proteiner in vitro, selvom cytoplasmatiske ribosomer har arbejdet på kunstige betingelser i mere end et halvt århundrede. Nu kan du begynde at eksperimentere med mitokondrie ribosomer.

Mitokondrielt ribosom.De vigtigste forskelle fra de cytoplasmatiske naboer er angivet. På den lille underenhed (til venstre) dette er pentatricopeptidrepetionen (PPR) involveret i bindingen af ​​mRNA til ribosomet, og BNP-GTP-stederne tjener cyklusserne af forlængelsesfaktorerne. På den store underenhed (til højre) mærket: membranbindingssted (MRPL45), valintriRNA, som erstatter 5S-rRNA-molekylet. Forbindelsen mellem de to underenheder udføres hovedsageligt af proteiner, og RNA-bindingerne (vist i lilla) mellem de to underenheder er udtømt sammenlignet med cytoplasmatiske ribosomer. Skema fra artiklen under drøftelse R. Beckmann, J.M. Herrmann, 2015. Mitoribosome Oddities in Videnskab

Særlige egenskaber af mititorosomale proteiner bestemmer en anden indretning af interaktion mellem de små og store underenheder. På grund af dette ændres de konformationsbevægelser og svingninger af disse underenheder, når de binder til tRNA og fremmer mRNA og den syntetiserede aminosyrekæde. Med andre ord adskiller mekanikken i mitoribosoms arbejde i syntesen af ​​en proteintråd sig fra det kanoniske cytoplasmatiske ribosom.

Begge teams af forskere understreger, at den opdagede specificitet af mitoribosomet forklarer bivirkningerne af flere klasser af stoffer.Det betyder, at strukturen af ​​nye lægemidler skal ændres lidt for at eliminere de skadelige virkninger. Nu blev det klart, hvor de skulle se og hvad de skulle ændre. I det mindste er derfor dette arbejde med mitoribosomer relevant. Selvom den teoretiske interesse for specificiteten af ​​mitoribosomer er meget bredere, er det kendt, at mitoribosomerne varierer meget i forskellige arter, langt stærkere end de cytoplasmatiske ribosomer. Baneerne for ændringer i forskellige arter vil vise egenskaberne ved energimetabolisme og måderne af dens tilpasning til forskellige modifikationer.

kilder:
1) A. Amunts, A. Brown, J. Toots, S.H.W. Scheres, V. Ramakrishnan. Strukturen af ​​det humane mitokondrie ribosom // Videnskab. 2015. V. 348, s. 95-98.
2) A. Amunts, A. Brown, X. Bai, J. L. Llácer, T. Hussain, P. Emsley, F. Long, G. Murshudov, S.H.W. Scheres, V. Ramakrishnan. Struktur af den Yeast Mitochondrial Large Ribosomal Subunit // Videnskab. 2014. V. 343, s. 1485-1489.
3) B. J. Greber, P. Bieri, M. Leibundgut, A. Leitner, R. Aebersold, D. Boehringer, N. Ban. Den komplette struktur af 55S pattedyr mitokondrielle ribosom // Videnskab. 2015. V. 348, s. 303-307.
4) R. Beckmann, J. M. Herrmann. Mitoribosome Oddities // Videnskab. 2015. V. 348, s. 288-289.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: