Учёные зафиксировали ключевой этап синтеза белка

Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Крузе впервые «поймали» рибосому — молекулярную машину для сборки белков — в ключевом переходном состоянии. Это позволило увидеть, как рибосома выполняет точные механические движения для трансляции генетического кода в белки без ошибок.

«Это то, к чему стремилось всё научное сообщество последние десять лет. Мы зафиксировали рибосому в середине её движения во время транслокации — самого интересного и сложного процесса, который она выполняет», — заявил профессор молекулярной биологии Гарри Ноллер.

• Значение исследования: Понимание работы рибосом важно из-за их роли как «белковых фабрик» всех живых клеток. Многие антибиотики действуют, нацеливаясь на бактериальные рибосомы. Ранее работа Ноллера уже привела к разработке новых антибиотиков против устойчивых бактерий.
• Метод: Лаборатория Ноллера, известная своей работой по определению атомной структуры рибосомы (состоящей из РНК и белков), использовала рентгеноструктурный анализ. Новое исследование под руководством постдока Цзе Чжоу опубликовано в журнале Science (28 июня).

Как работает транслокация

Для создания белка рибосома «считывает» последовательность матричной РНК (мРНК), сопоставляя каждый трёхбуквенный кодон с определённой аминокислотой. Это сопоставление осуществляется с помощью транспортных РНК (тРНК), которые доставляют аминокислоты.

Ключевой вопрос: Как мРНК и тРНК синхронно перемещаются через рибосому со скоростью до 20 раз в секунду?

Ответ даёт процесс транслокации:

1. После присоединения новой аминокислоты к растущей белковой цепи тРНК высвобождает эту аминокислоту и перемещается на следующий сайт рибосомы.
2. Одновременно сдвигается мРНК, подводя следующий кодон для образования новой связи.

Новое исследование впервые показывает рибосому в середине этого процесса. Учёные увидели:

• Промежуточное состояние движения.
• Вращательное движение малой субъединицы рибосомы.
• Структуры, похожие на «собачки» храпового механизма, которые предотвращают сдвиг рамки считывания.

Детали механизма

Транслокация состоит из двух шагов (как показала лаборатория Ноллера ещё в 1989 году):

1. Шаг 1: Перемещение акцепторного конца тРНК (который несёт аминокислоту). Это создаёт гибридное состояние, когда два конца тРНК находятся в разных сайтах рибосомы.
2. Шаг 2: Перемещение антикодонового конца тРНК вместе с мРНК на один кодон вперёд. Этот шаг требует катализатора — фактора элонгации G (EF-G).

Новое исследование зафиксировало рибосому в середине шага 2, со связанным EF-G и тРНК, находящейся на полпути между гибридным и конечным состоянием.

«Теперь мы понимаем один из самых фундаментальных процессов в биологии на молекулярном уровне. Этот механизм должен был существовать уже у истоков жизни», — заключил Ноллер.