Mikroskopi Cryoelectron mendedahkan perbezaan ribosom dalam mitokondria dan sitoplasma • Elena Naimark • Berita sains mengenai "Unsur" • Mikrobiologi, Biologi Molekul

Mikroskopi Cryoelectron mendedahkan perbezaan ribosom dalam mitokondria dan sitoplasma

Mitokondria adalah organel wajib sel eukariotik. Mereka terdiri daripada membran bilayer yang membentuk banyak lipatan di mana ribosomes duduk. Ribosom mitokondria terlibat dalam sintesis protein beberapa (hanya 13 protein pada manusia), kerana mereka tidak menyerupai ribosom sitoplasma. Foto dari jonlieffmd.com

Dua kumpulan saintis antarabangsa menyiasat struktur ribosom mitokondria menggunakan mikroskopi cryoelectron. Kaedah ini membolehkan anda melihat unsur-unsur struktur dengan resolusi tertinggi. Maklumat baru memungkinkan untuk membandingkan butiran struktur ribosom sitoplasma dan mitokondria. Seperti yang ternyata, ribosom mitokondria sangat khusus dan sangat berbeza dari kedua-dua analogi sitoplasma dan ribosom bakteria.

Adalah diketahui bahawa mitokondria adalah bekas alpha proteobakteria yang, kira-kira satu bilion dan setengah bilion tahun yang lalu, menjadi sel symbiotic archaea atau sel lain. Di sana, mereka mengambil alih fungsi pembekal tenaga dengan meningkatkan penghantar biokimia untuk pengeluaran ATP, molekul tenaga utama sel.Tetapi fungsi sokongan kehidupan lain untuk mereka mula menjalankan sel tuan rumah dengan teras dan pengawal selia sendiri. Kehadiran membran, DNA diri dan ribosom yang diperlukan untuk pembuatan set kecil protein mitokondria mengingatkan kembali kehidupan bebas di mitokondria. Semua elemen ini sangat khusus, kerana ia bertujuan, tidak seperti semua bahagian lain sel, untuk melaksanakan hanya dua fungsi – pengeluaran ATP dan pembiakan yang tepat dalam keadaan intraselular yang stabil. Oleh itu, kajian mana-mana unsur-unsur ini memberikan idea mengenai proses spesialisasi evolusi. Ini juga berlaku untuk ribosom, walaupun, nampaknya, mesin sel ini untuk sintesis protein adalah sejagat, dalam apa-apa kerja boleh dikurangkan atau ditambah. Tetapi ternyata ini tidak berlaku: ribosom mitokondria berbeza daripada jiran sel dan ribosom leluhur alpha proteobakteria. Ini telah dijumpai oleh pakar dari Institut Biologi Molekul dan Biofisika di Zurich dan Universiti Zurich. Juga kerja menarik mengenai topik ini dilakukan oleh saintis dari Laboratorium Biologi Molekul Majlis Penyelidikan Perubatan di Cambridge.

Kumpulan ini menggunakan mikroskopi cryoelectron (mikroskopi Cryo-electron), yang membolehkan untuk membina semula objek imej tiga dimensi dengan resolusi 3.4-3.8 angstroms. Apabila menyediakan persediaan untuk mikroskopi cryoelectron, tiada bahan bantu tambahan bagi bahagian yang mengubah struktur inklusi selular kecil digunakan. Walau bagaimanapun, sehingga kini resolusi mikroskopi cryoelectron tidak begitu tinggi, dan kini kini telah bertambah baik ke tahap crystallography X-ray ketepatan tinggi (yang membolehkan anda menetapkan struktur atom bahan tersebut, lihat: crystallography sinar-X). Menggunakan teknik ini, adalah mungkin untuk memeriksa secara terperinci pelbagai subunit mitoribosomes (ribosom mitokondria), untuk mengaitkan perbezaan biokimia dan struktur dengan ribosom sitoplasma.

Ribosom adalah kompleks protein dan RNA; protein dalam ribosom terutamanya ribozim, yang menunjukkan peranan pemangkin bawahan mereka dalam tandem ini. Dalam mitoribosom mamalia (sel manusia dan porcine telah dikaji) terdapat RNA yang kurang dan, oleh itu, lebih banyak protein.Dalam sesetengah kes, protein menggantikan bahagian RNA yang hilang, mereka merangkumi hampir keseluruhan ribosom, mungkin untuk menstabilkan struktur RNA yang tidak stabil dan melindungi kompleks daripada pengoksidaan. Kira-kira separuh daripada protein mitoribosomal adalah spesifik: tidak terdapat ribosom sitoplasma, atau ribosom bakteria yang berkaitan. Oleh itu, seseorang mempunyai 80 mitoribosomal protein, di mana 36 adalah spesifik. Salah satu perbezaan struktur yang ingin tahu, seperti yang ternyata, adalah elemen fungsional penting dari ribosom – subunit kecil rRNA 5S (RNA ribosomal 5S) – diganti dalam mitokondria oleh tRNA valensi. Penggantian ini sangat penting memandangkan perbincangan tentang sifat rRNA 5S (lihat: G.M. Gongadze, 2011. RRNA 5S dan ribosom), persamaan yang mencurigakan kepada tRNA, dan asal mungkin satu molekul dari yang lain (dan belum jelas lagi apa yang berlaku).

Manusia mitoribosome proteins: merah protein mitokondria tertentu ditunjukkan, dan biru – mereka yang didapati homolog bakteria, kuning – kawasan diubah suai protein bakteria. Mt-LSU adalah subunit besar (16S), mt-SSU adalah subunit kecil (12S). Gambar dari artikel yang dibincangkan A. Amunts et al., 2015. Struktur ribosom mitokondria manusia dalam Sains

Bagaimanakah transformasi ini mempengaruhi kerja mitoribos? Para saintis mencadangkan bahawa mereka yang membenarkan mitoribosom menjadi pakar dalam pengeluaran protein hidrofobik; dan lebih lagi, menyetempatkan pengeluaran ini pada membran mitokondria. Terdapat kompleks khas yang melampirkan ribosom ke membran mitokondria; ada protein khas yang memberikan pemanjangan tertentu; terdapat protein yang mengenali dan melampirkan mRNA ke mitoribosome. Kesemuanya berbeza dengan analog berfungsi ribosom sitoplasamatik. Khususnya, ini menyangkut permulaan pengikatan mRNA kepada ribosom – yang terakhir dari fungsi yang disenaraikan. Tempat di mana sehelai RNA utusan memasuki antara dua subunit disusun dalam mitoribosome dengan cara yang sama sekali berbeza daripada ribosom sitoplasma. Ia adalah kerana kekhususannya bahawa saintis tidak dapat menubuhkan sintesis protein mitokondria dalam vitro, walaupun ribosom sitoplasma telah bekerja dalam keadaan buatan selama lebih dari setengah abad. Sekarang anda boleh mula bereksperimen dengan ribosom mitokondria.

Ribosom mitokondria.Perbezaan utama dari jiran sitoplasma ditunjukkan. Pada subunit kecil (di sebelah kiri) ini adalah pengulangan pentatricopeptide (PPR) yang terlibat dalam pengikatan mRNA kepada ribosom, dan tapak GDP-GTP yang menyelenggara kitaran faktor pemanjangan. Pada subunit yang besar (di sebelah kananditandai: tapak pengikat membran (MRPL45), tRNA valine, menggantikan molekul rRNA 5S. Sambungan antara kedua-dua subunit itu dilakukan terutamanya oleh protein, dan ikatan RNA (ditunjukkan dalam ungu) antara dua subunit yang berkurangan berbanding dengan ribosom sitoplasma. Skim dari artikel yang dibincangkan R. Beckmann, J.M. Herrmann, 2015. Mirdibosome Oddities in Sains

Keistimewaan protein mititorosomal menentukan peranti interaksi yang berbeza antara subunit kecil dan besar. Oleh sebab itu, pergerakan konformasi dan perubahan subunit ini berubah ketika mereka mengikat tRNA dan mempromosikan mRNA dan rantai asid amino yang disintesis. Dalam erti kata lain, mekanik kerja mitoribosome dalam sintesis benang protein berbeza dari ribosom sitoplasma kanonikal.

Kedua-dua pasukan penyelidik menekankan bahawa kekhususan yang dikesan oleh mitoribosome menerangkan kesan sampingan beberapa kelas ubat.Ini bermakna struktur dadah baru perlu sedikit diubahsuai untuk menghapuskan kesan-kesan berbahaya. Sekarang ia menjadi jelas di mana untuk melihat dan apa yang perlu diubah. Oleh itu, sekurang-kurangnya, kerja ini dengan mitoribosom adalah relevan. Walaupun minat teoritikal terhadap kekhususan mitoribosomes jauh lebih luas: diketahui bahawa mitoribosomes sangat berbeza dalam spesies yang berbeza, jauh lebih kuat daripada ribosom sitoplasma. Lintasan perubahan dalam spesies yang berbeza akan menunjukkan keunikan metabolisme tenaga dan cara penyesuaiannya kepada pelbagai modifikasi.

Sumber:
1) A. Amunts, A. Brown, J. Toots, S.H.W. Scheres, V. Ramakrishnan. Struktur ribosom mitokondria manusia // Sains. 2015. V. 348. P. 95-98.
2) A. Amunts, A. Brown, X. Bai, J. Llaccer, T. Hussain, P. Emsley, F. Long, G. Murshudov, S.H.W. Scheres, V. Ramakrishnan. Struktur Ragi Ribosomal Besar Mitokondria Ragi // Sains. 2014. V. 343. P. 1485-1489.
3) B. J. Greber, P. Bieri, M. Leibundgut, A. Leitner, R. Aebersold, D. Boehringer, N. Ban. Struktur lengkap ribosom mitokondria mamalia 55S // Sains. 2015. V. 348. P. 303-307.
4) R. Beckmann, J. M. Herrmann. Kemuliaan Mitoribosome // Sains. 2015. V. 348. P. 288-289.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

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