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Posted in | Nanomaterials | Nanoanalysis

Los Estudios Revelan Cómo el Ribosoma Obra Recíprocamente con Otras Moléculas

Published on November 23, 2009 at 6:18 PM

Dos nuevos estudios revelan en detalle sin precedente cómo el ribosoma obra recíprocamente con otras moléculas para ensamblar las nuevas proteínas y para conducirlas hacia su destino en células biológicas. Los estudios utilizaron el herraje flexible de la dinámica molecular (MDFF) para examinar la acción recíproca del ribosoma con dos socios moleculares prominentes.

El canal de la proteína de SecY (gris, verde, anaranjado y marrón) reside en la membrana. Haber: Grupo Teórico y De Cómputo de la Biofísica, Instituto de Beckman de la Universidad de Illinois.

El primer estudio, en Procedimientos de la National Academy Of Sciences, Se refiere a la transmisión de señales íntima entre el ribosoma y un factor de la elongación (EF-Tu) que sea esencial para el ensamblaje acertado de una proteína creciente. El segundo, en la Estructura del gorrón, se centra en una proteína de la membrana llamada SecY que cierre sobre el ribosoma y conduzca a veces una proteína nuevamente de formación hacia su destino final.

MDFF combina datos a partir del dos segura pero fuentes limitadas de la información del atómico-nivel: Radiografíe la cristalografía, que puede dar un retrato de alta resolución de un único tipo de molécula, pero solamente en una estructura estática, cristalina; y microscopia del cryo-electrón (cryo-EM), que puede imagen el dinámico, acción recíproca de la vida real de dos o más moléculas en la célula, pero en la resolución inferior.

El problema con cristalografía de la Radiografía es que las moléculas, en este caso los ribosomas, se quitan artificial del ambiente de la célula y “pila de discos juntos como las sardinas,” dijo a profesor Klaus Schulten, autor de la física de la Universidad de Illinois en ambos papeles e investigador principal en el estudio en Estructura. Esto da los investigadores una imagen muy detallada de los componentes del ribosoma, pero a ofertas ningunas pistas sobre su comportamiento cuando encuentra otras moléculas.

El Cryo-EM ofrece una gran cantidad de información sobre el ribosoma en su hábitat natural en la célula, pero el retrato es mucho menos quebradizo. Como una fotografía borrosa de un futbolista que maniobra abajo del campo, el cryo-EM da un contorno general, una foto tridimensional de la molécula o de las moléculas del interés en una punta dada a tiempo, Schulten dijo.

“Es como una nube que le dé el volumen dentro del cual usted encuentra el 90 por ciento de todos los electrones del sistema,” él dijo. Las nubes capturan el ribosoma en la acción, pero requieren calcular para revelar al detalle químico.

Los investigadores comenzaron construyendo automatizada, modelos de la atómico-escala de los complejos de la ribosoma-proteína basados en las estructuras cristalinas de las moléculas, y entonces dirigido el ordenador utilizar esta información “ajustó” las estructuras en las nubes de electrón vistas en los estudios cryo-EM. Las Simulaciones siguieron su trayectoria el comportamiento de 2,7 millones de átomos en el estudio de SecY, haciéndole “el más grande, o uno del más grande, las simulaciones por ordenador que se publicarán hasta ahora,” Schulten dijo.

En el primer estudio, los investigadores podían detectar el molecular exacto maniobrando eso permiten que el ribosoma y el EF-Tu reconozcan y obren recíprocamente con otra molécula, transferencia-ARN (tRNA). Esta acción recíproca es dominante al ensamblaje acertado de proteínas porque el ribosoma y sus socios deben reconocer el tRNA que lleva el aminoácido correcto que se agregará al encadenamiento creciente de la proteína.

Los investigadores en esto estudian, llevado por Joaquín Frank, de la Universidad de Columbia (quién también proporcionó a los datos cryo-EM), encontraron pruebas estructurales que cuando el ribosoma reconoce el tRNA correcto induce un cambio en la forma del EF-Tu. Una entrada en los voltajes de entrada alternativos EF-Tu se abre, permitiendo una cascada de las acciones recíprocas químicas que llevan a la adición del aminoácido a la proteína.

El segundo estudio proporcionó pruebas robustas que cuando el ribosoma está traduciendo una proteína de la membrana, o una proteína destinada para la excreción, él engancha hacia arriba con un único canal de la membrana de SecY poco después de que la traslación de la proteína comienza.

Los lazos de SecY al ribosoma insertando dos colocaron hilos en el canal de la salida del ribosoma. Esta acción recíproca afloja un enchufe que tape normalmente el canal de SecY. El enchufe mueve apartado, permitiendo que el ribosoma concentre la proteína creciente a través del canal de la membrana.

“Simulamos el proceso del desplazamiento de a (proteína) fuera del ribosoma y en el canal de SecY,” dijo a James (J.C.) Gumbart, investigador postdoctoral en Illinois y primer autor en el estudio de la Estructura. “Y encontramos tan que aunque estos bucles se insertan en el túnel de la salida (del ribosoma), no están perturbados, ni consiguen de la manera de una proteína naciente que sale.”

Schulten dirige al grupo teórico y de cómputo de la biofísica en el Instituto de Beckman para la Ciencia y la Tecnología Avanzadas. Él y sus colegas promovieron la aproximación de MDFF y, los gracias al soporte del Centro Nacional por Recursos de la Investigación en los Institutos de la Salud Nacionales, han puesto su software libremente a disposición más de 160.000 utilizadores, él dijo.

Crystallographers y ésos que hacen el cryo-EM están abrazando entusiasta MDFF, Schulten dijo, como este software se puede utilizar para tomar el pelo fuera los detalles evasivos de datos de otra manera ambiguos.

En éstos y otros estudios próximos, Schulten y sus colegas están utilizando el ordenador como microscopio para conseguir un retrato más sin obstrucción de la dinámica del ribosoma, que es quizás la célula más esencial, y de la mayoría de la máquina compleja, molecular.

Last Update: 13. January 2012 10:51

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