Prokaryotlar (membrana bilan bog'langan ribosomalar yoki erkin ribosomalar)

Uolberg, JM. Va Spiess, M. Bir nechta determinantlar signal ankraj oqsillarining yo'nalishini boshqaradi: hidrofobik signal domenining topogen roli. J Hujayra biologiyasi 137: 555-562.
Sinov qilingan zaryadlangan aminokislotalar va hidrofobik signal ketma-ketligining uzunligi. "Ijobiy ichki qoida" hidrofobik langar ketma-ketligining sitozolik tomoniga eng yaqin joylashgan aminokislota qoldiqlari lümenal tomonga eng yaqin bo'lganlarga qaraganda ijobiyroq ekanligini bildiradi. Shunday qilib, qaysi uchi signal langari yamog'i yaqinida eng kam musbat zaryadga ega bo'lsa, ER lümeniga o'tadi. Proteinni mutatsiyaga solish va boshqa uchining langar yamog'i yaqinida ko'proq musbat zaryadlangan guruhlar hosil qilish orqali oqsilning translokatsiya yo'nalishini o'zgartirish mumkin (uni teskari). Quyida multfilm shuni ko'rsatadiki, bu II toifadagi oqsilni (COOH uchi ER lümeniga kiradi) III toifaga (uning amino terminali lümenga kiradi) o'zgartirish uchun amalga oshirilishi mumkin.
Washburn va Speiss (JCB 137: 555-562, 1997) shuningdek, hidrofobik signal langar ketma-ketligining uzunligini sinab ko'rdilar. Quyidagi multfilm shuni ko'rsatadiki, uzunroq hidrofobik langar ketma-ketligi (membrana orqali o'tadigan qism sifatida ko'riladi) lumenga olib boradigan aminokislota bilan kirishga yordam beradi..

Ion kanallari yoki retseptorlari kabi membranalarga kiritish uchun mo'ljallangan oqsillar membranadan bir necha marta o'tishga imkon beruvchi boshlash va to'xtatish ketma-ketligi uchun mRNK kodlariga ega. Signal ketma-ketliklari (yamoqlar) yuqoridagi multfilmda tasvirlanganidek tuzilishi mumkin. Bu qo'pol endoplazmatik retikulum ichidagi halqa bilan ikki tomonlama transmembran oqsilining kiritilishini ko'rsatadi. Qizil signal patchi sitozol yaqinida + zaryadiga ega va kiritish jarayonini boshlaydi. Bu hidrofobik to'xtash signali patchiga yetguncha davom etadi. Bu ikkinchi membrana o'tishini bog'laydi. E'tibor bering, ikkala C va N terminal qismlari sitozolda joylashganki, agar bu protein plazma membranasi uchun mo'ljallangan bo'lsa, ER lümenidagi bu halqa oxir-oqibat hujayradan tashqariga chiqadi.
Membranadan bir necha marta o'tadigan membrana oqsillari ("ko'p o'tkazuvchi transmembran oqsillari" deb ataladi) bir nechta boshlash va to'xtash signallariga ega. Ular membranalar haqidagi ma'ruzada tasvirlanganidek, lipid ikki qavatining hidrofilik va hidrofobik qismlari bilan mos keladi. Bu quyida ko'rsatilgan. multfilm

Tadqiqotchilar kriyo-EM yordamida ribosoma tarjimasining yangi holatini tasavvur qilishadi

Kredit: Pixabay/CC0 jamoat mulki
Ribosomalar hayotni qo'llab-quvvatlovchi oqsillarni sintez qilish bosqichlari UMass tibbiyot maktabining strukturaviy biologlari, f.f.d. Andrey Korostelev va fanlar nomzodi Anna Loveland tomonidan real vaqt rejimida misli ko'rilmagan tafsilotlarda aniqlangan. Ularning ushbu asosiy molekulyar mexanizm haqidagi yangi tadqiqoti, eng zamonaviy, vaqt talab qilinadigan, krio-elektron mikroskopiya yordamida olingan. Tabiat 1 iyulda.
Ribosomalar - bu messenjer RNK (mRNK) tomonidan olib boriladigan genetik ko'rsatmalarni o'qiydigan va turli xil aminokislotalarni birlashtirib, ko'rsatmalarni oqsillarga aylantiradigan molekulyar mashinalar. (Aminokislotalar ribosomalarga mos keladigan RNKlar [tRNKlar] orqali keltiriladi.)
"Ribosomalar mRNKni qanday qilib aniq dekodlashini va ularga yetkazilgan har bir tRNKni "tekshirishini" tushunish qiyin edi", dedi RNK terapevtikasi dotsenti doktor Korostelev. "Ribosomadagi oqsil sintezining vaqt bo'yicha hal qilingan krio-EM ko'rsatishi tarjimani qanday qilib butun hayot uchun zarur bo'lgan juda aniq jarayonga aylantirganini ko'rsatdi."
Tadqiqot guruhi, shu jumladan, sobiq Korostelev laboratoriyasi postdok, Ph.D. Gabriel Demo, hozirda Masaryk universitetida guruh rahbari, aminokislotalar bilan bog'langan tRNKning ribosomaga yetkazilishini vizualizatsiya qilish uchun kriyo-EMdan foydalangan. Strukturaviy ansambllarni turli vaqt nuqtalarida vizualizatsiya qilish to'liq reaktsiyaning misli ko'rilmagan ko'rinishini taqdim etdi, dastlabki tanlovdan tRNKni tekshirish va o'sayotgan oqsilga aminokislota qo'shilishigacha. Reaksiyalarni to'g'ri va noto'g'ri tRNKlar bilan taqqoslash shuni ko'rsatdiki, kichik ribosoma bo'linmasi to'g'ri tRNKni kuchli ushlab turadi va uning katta bo'linmadagi ribosomaning katalitik markaziga o'tishini ta'minlash uchun aylanadi. Aksincha, kichik bo'linma dastlabki tanlovdan so'ng noto'g'ri tRNKni deyarli qo'llab-quvvatlamaydi, shuning uchun u tushib ketadi va o'sayotgan oqsilga noto'g'ri aminokislota qo'shilishiga yo'l qo'ymaydi.
"Men juda ko'p turli tuzilmalar yoki shtatlarni, shu jumladan qisqa muddatli vaqtinchalik holatlarni ko'rib hayajonlandim", dedi Korostelev. "Ushbu vaqtinchalik holatlar juda muhim, chunki ular ribosoma to'g'ri tRNKlarni qabul qilishi va noto'g'rilarini rad etishi uchun qaror qabul qiladigan holatlardir."
Cryo-EM - bu strukturaviy biologiya va dori-darmonlarni loyihalashda keng qo'llanilishi bilan batafsil hujayra tuzilmalarini, shu jumladan viruslar va ribosomalarni atomga yaqin o'lchamdagi vizualizatsiya qilishning yutuq texnologiyasi. Korostelev 2016-yilda UMMSda Massachusets krio-elektron mikroskopiya zavodini tashkil etish taklifi ustida ishlagan professor-o‘qituvchilardan biri edi. Doktor Loveland postdok bo‘lgan Korostelev laboratoriyasi hujayralar oqsillarni hosil qilish uchun ribosoma komplekslaridan qanday foydalanishini o‘rganadi.
"Hozirgi ish va oldingi ish o'rtasidagi katta farq shundaki, biz ilgari ko'rinmaydigan batafsilroq holatlarni kuzatishga muvaffaq bo'ldik", dedi Loveland. "To'g'ri reaktsiyani noto'g'ri reaktsiya bilan taqqoslash orqali biz ribosoma qanday qilib to'g'ri oqsillarni hosil qilishini ko'rishimiz mumkin. Ilgari biz va boshqalar jarayonning turli qismlarini ingibitorlar tomonidan to'xtatib qo'yilgan suratlarga ega bo'lgan bo'lsak, hozir biz umumiy natijani tasavvur qildik. Ushbu yo'l bo'ylab 33 ta shtat bor va biz buni batafsilroq tushunamiz."
Hujayrada ribosomalar soniyada o'ndan ortiq aminokislotalarga qo'shilishi mumkin, shuning uchun aminokislota bilan bog'langan tRNK tanlashning to'liq reaktsiyasini atomga yaqin detallarda ko'rish qiyin. Loveland UMMS cryo-EM inshootida kriyo-EM bilan bu reaktsiyalarni vizualizatsiya qilish uchun yondashuvni ishlab chiqdi.
"Biz va boshqalar ilgari bitta holatni ko'rish uchun ribosoma reaktsiyalarini inhibe qilishimiz kerak edi, boshqacha qilib aytganda, to'xtab qolishimiz kerak edi", deb tushuntirdi u. "Endi biz kriyo-EM dan oldin muzda sovutish orqali reaktsiyani sekinlashtirib, biz shu qadar ko'p holatlarni hal qila olishimizni aniqladikki, bizga bu inhibitorlar kerak emas. Bu yondashuv bizga bir vaqtning o'zida nima sodir bo'lishini kuzatish imkonini beradi. butun reaktsiya, bu hujayrada sodir bo'ladigan narsaga ko'proq o'xshaydi.
Ushbu tadqiqotlar shuni ta'kidlaydiki, yuqori aniqlikdagi, vaqt bilan hal qilingan kriyo-EM ingibitorlarsiz murakkab biokimyoviy yo'llarni vizualizatsiya qilish uchun ishonchli tizimli biokimyo usuliga aylanishi mumkin. Reaksiyalarni ko'proq aniqlik, o'ziga xoslik va tafsilot bilan tasavvur qilish qobiliyati kelajakdagi tadqiqotlar uchun imkoniyatlarni taklif qiladi.
Vaqt o'tishi bilan hal qilingan kriyo-EMning kelajakdagi ko'plab potentsial ilovalari orasida ushbu texnika genetik kodni o'qiyotganda ribosomalarning messenjer RNK bo'ylab qanday harakatlanishini ko'rish uchun ishlatilishi mumkin. Ribosomalar viruslarning turli xil oqsillarni hosil qilishiga yordam berish uchun ribosomalar virusli mRNKlarda vites kabi sirpanishi mumkin bo'lgan ramka o'zgarishi ba'zi viruslarning omon qolishi va replikatsiyasi uchun zarurdir. Bularga hozir keng tarqalgan COVID-19 virusi kiradi, shuning uchun uning ramkani o'zgartirish mexanizmi kelajakdagi dori maqsadi bo'lishi mumkin.
70S boshlash majmuasi
Protein sintezining boshlang'ich bosqichi ribosoma bo'linmalari, mRNK shabloni va tRNAfmet o'rtasida kompleks hosil bo'lishini o'z ichiga oladi (8.5-rasm). 30S subunit yuqorida aytib o'tilganidek, ribosomani bog'lash joyiga biriktiriladi. Keyin tRNAfmet AUG boshlash kodoni bilan o'zaro ta'sir qiladi va nihoyat 50S ribosoma bo'linmasi biriktiriladi. Ribosoma hozir tugallangan va birinchi tRNK va uning aminokislotalari ribosomaning P joyida joylashgan. 70S boshlash kompleksi shakllandi va oqsil sintezi boshlanishi mumkin. Ribosoma shunday yo'naltirilganki, u mRNK bo'ylab mRNK molekulasida kodlangan ma'lumot o'qiladigan yo'nalish bo'yicha 5' dan 3' gacha yo'nalishda harakat qiladi.
70S boshlang'ich kompleksi shakllanishiga yordam berish uchun 1, 2 va 3 boshlash omillari deb ataladigan uchta oqsil va guano-sin trifosfat nukleotidlari kerak. Boshlanish omillari 1 va 3 30S subunitiga biriktirilgan. Initiatsion omil 3 mRNKdagi ribosomalarni bog'lash joyini tanib olishga yordam beradi. Boshlanish omili 2 tRNAfmetni maxsus taniydi va uni ribosoma bilan bog'laydi. 50S bo'linmasi biriktirilganda, uchta boshlang'ich omil chiqariladi va guanozin trifosfat gidrolizlanadi va y fosfatini yo'qotib, guanozin difosfatga aylanadi.

Ribosomalarni tushunish: Funktsiya & Ta'rifi

Ribosomalar - bu translatsiya deb nomlanuvchi jarayonda polipeptidlar deb ham ataladigan oqsillar yig'iladigan kichik uyali ustaxonalardir. DNKdan transkripsiya qilingan messenjer RNK yoki mRNK biologik funktsiya uchun zarur bo'lgan oqsillarni sintez qilish uchun shablondir. Tarjima paytida aminokislotalar chiziqli polipeptid zanjirini hosil qilish uchun birlashtiriladi. Ba'zi oqsillar mustaqil ribosomalarda ishlab chiqariladi va hujayra ichida qoladi. Boshqa oqsillar hujayra ichidagi membranalar va vesikulalar tarmog'i bo'lgan endoplazmatik retikulum yuzasiga biriktirilgan ribosomalarda hosil bo'ladi. Ushbu oqsillar hujayra membranasiga yuborilishi yoki hujayradan tashqarida ishlash uchun eksport qilinishi mumkin. Ribosomalar tarjima qilinadigan mRNKdagi har bir uch asosli kodonni tanib olish orqali oqsil biosintezini osonlashtiradi. Har bir kodon polipeptid zanjiriga qo'shilishi kerak bo'lgan ma'lum bir aminokislotani ko'rsatadi. Ribosomalar, shuningdek, har bir yangi aminokislotani o'sib borayotgan polipeptid zanjiriga ulash uchun mas'ul bo'lgan fermentativ faollikka ega. Ular mRNK bo'ylab 5′ dan 3′ gacha yo'nalishda harakatlanib, aminokislotalarni chiziqli tarzda qo'shish imkonini beradi.
Ribosomalar ikki bo'linmadan tashkil topgan oqsil/RNK komplekslaridir. Peptidil transferaza fermenti kattaroq ribosoma bo'linmasida joylashgan bo'lib, ikkita aminokislotalarni birlashtiradigan peptid bog'lanish hosil bo'lishini katalizlaydi. Tarjimaning boshida kichikroq bo‘linma mRNKning 5-uchiga bog‘lanib, 5-3-yo‘nalishda harakatlanib, mRNKni AUG boshlang‘ich kodoniga yetguncha skanerdan o‘tkazadi. Bu erda metionon (Met) aminokislotasini tashuvchi inisiator uzatish RNK ​​(tRNK) mRNKdagi boshlang'ich kodon bilan bog'lanadi. Har bir tRNKda bitta aminokislota va mRNK kodonini to'ldiruvchi antikodon mavjud. Keyinchalik katta bo'linma tugallangan ribosoma uchun kichikroq bo'linma bilan bog'lanadi va tRNK uchun ikkita bog'lanish joyi, Aminoatsil (A) va Peptidil (P) joylari mavjud. Endi Met tRNK ribosomaning P joyida boshqa aminokislota uchun tayyor.
Keyingi mRNK kodonini to'ldiruvchi aminokislotalarni o'z ichiga olgan yangi tRNK molekulasi cho'zilish omillari deb nomlanuvchi oqsillar tomonidan A joyiga yo'naltiriladi. Agar zanjir sintezi davom etishi uchun tRNKning antikodoni mRNK kodoniga komplementar bo'lishi kerak. Ribosoma boshlang'ich Met tRNKni P joyida va ikkinchi tRNKni A joyida barqarorlashtiradi, peptidil transferaza esa peptid bog'lanishini katalizlaydi. Met so'ngra boshlang'ich tRNKdan ajralib, A joyida bitta tRNKni ikkita aminokislota bilan bog'lab qo'yadi.
Ribosoma endi keyingi mRNK kodoniga o'tadi. Ribosomaning harakati ATP dan energiya kiritishni talab qiladi. Ribosoma harakatlanayotganda dipeptidni tashuvchi tRNK A joydan P joyiga siljiydi va keyingi kodonga komplementar aminokislotadan iborat yangi tRNK bo'sh A joyiga yo'naltiriladi. Keyin peptidil transferaza ikkinchi peptid bog'lanishini katalizlaydi va uchta aminokislota zanjirini hosil qiladi. Yig'ish shu tarzda polipeptid tugaguncha davom etadi. Polipeptidlarni yaratishda bir nechta ribosomalar ishtirok etishi mumkin, shuning uchun bitta mRNKdan oqsilning ko'p nusxalari hosil bo'lishi mumkin. To'xtash kodonlari yoki bema'ni kodonlar UAG, UAA yoki UGA oqsil sintezining tugashini bildiradi. Bo'shatish omili oqsillari ribosomani tRNK, mRNK va yangi polipeptiddan ajratishga yordam beradi.
Ribosomalar oqsillarni qurish uchun qurilish maydonchasini ta'minlaydi. Ribosomal mRNKni skanerlashsiz, kodon-antikodon moslashuvi qiyin va samarasiz jarayon bo'ladi, messenjer RNK ko'rsatmalari tarjima qilinmaydi va oqsillarni sintez qilib bo'lmaydi. Peptidil transferazaning katalitik faolligi bo'lmasa, bog'lanish hosil bo'lishi uchun zarur bo'lgan faollashuv energiyasi juda katta bo'ladi. Proteinlar hujayraning yashashi uchun zarur bo'lgan ishlarni, jumladan, hujayra bo'linishi, metabolizm va hujayra nafas olishini bajaradi. Biz bilganimizdek, hayot oqsillarsiz, oqsillar esa ribosoma deb ataladigan o'sha kichik hujayrali mavjudotsiz mumkin bo'lmaydi.

Hujayrada nechta ribosoma bor?

Sutemizuvchilar hujayrasida 10 milliardga yaqin oqsil molekulalari mavjud bo'lib, ularning aksariyatini ribosomalar hosil qiladi. Tez o'sib borayotgan sutemizuvchilar hujayrasida 10 millionga yaqin ribosoma bo'lishi mumkin. Bu raqam hujayralar turiga va ularning holatiga juda bog'liq.
Ribosomalar, ayniqsa, ko'p miqdorda oqsil sintez qiladigan hujayralarda ko'p. Masalan, oshqozon osti bezi bir nechta ovqat hazm qilish fermentlarini yaratish uchun javobgardir va bu fermentlarni ishlab chiqaradigan hujayralar ko'plab ribosomalarni o'z ichiga oladi. Yana bir misol - yetilmagan qizil qon tanachalari (retikulotsitlar). Ular etuk bo'lishdan oldin ko'p gemoglobinni sintez qilishlari kerak. Ushbu differentsiatsiya jarayonida ribosomalar, ayniqsa, yetilmagan retikulotsitlarda ko'p bo'ladi.