Fehérjegyárak akció közben - alapvető sejtfolyamatok felderítése<br/>

Az utóbbi években a kutatók nagyszerű eredményeket értek el a riboszómák vizsgálatában. Egyre jobb minőségű és részletesebb képeket sikerült készíteni e minden sejtben megtalálható, kulcsfontosságú sejtalkotókról, amelyek a fehérjeszintézis színhelyei. A Science tudományos hetilap 2001. május 11-i számában két beszámoló is megjelent a riboszómákról, amelyek egyrészt új információkat nyújtanak, másrészt az antibiotikumok hatásmechanizmusáról is részletesebb képet tárnak elénk.

A riboszómák és a fehérjeszintézis

A sejtek fehérjegyárai, a riboszómák két alegységből állnak: egy nagyobb (50S) és egy kisebb (30S) alkotórészből. Együttes átmérőjük mintegy 200 Angström (1 Angström = 10^-10 méter). Aktív állapotban, vagyis a fehérjeszintézis folyamatakor a két alegységet kémiai kötések sorozata kapcsolja össze.

A fehérjeszintéziskor a két alegység közötti árokszerű térrészbe van befűződve a DNS-ről másolódó hírvivő RNS-molekula (mRNS), amely a DNS-ben tárolt genetikai információ átírásával jön létre. Ezen információk alapján készülnek a fehérjék, vagyis a fehérjéket a DNS kódolja (pontosabban annak génjei), de az mRNS közbeiktatásával.

A fehérjeszintézis folyamata során az mRNS bázishármasaihoz (kodonok) a riboszómákon kapcsolódnak hozzá a szállító RNS (tRNS) molekulák bázishármasai (antikodonok). A tRNS molekulák a fehérjelánc alkotórészeit, az aminosavakat szállítják a riboszómákhoz. Adott kodonhoz adott antikodon tartozik: ez biztosítja, hogy a genetikai információ megfelelő módon fejeződik ki a fehérjeláncban. Amikor a kodon és az antikodon összekapcsolódik, a tRNS "lerakja" aminosav-szállítmányát, a riboszóma pedig egy olyan reakciót katalizál, amelynek révén az aminosav az épülő fehérjelánchoz kapcsolódik.

A riboszómák fehérjemolekulákból és riboszomális RNS-ből (rRNS) állnak. A riboszómák szerkezetének és működésének pontosabb felderítése és megértése alapvető fontosságú a biológiai kutatásokban, mivel az egyik alapvető sejtfolyamatot, a fehérjeszintézist végzik.

Feltárul a riboszómák szerkezete

1999-ben Harry Noller ( Kaliforniai Egyetem, Santa Cruz) és kollégái új röntgen-krisztallográfiás eljárással a riboszomák 7,8 Angström felbontású képét állították elő. Tavaly augusztusban Peter Moore, Thomas Steitz és kollégái (Yale Egyetem) még részletesebben térképezték fel az 50S alegységet. Egy másik csoport a Max Planck Intézetből Ada Yonath vezetésével a 30S alegységet tanulmányozta mélyebben.

Venki Ramakrishnan és munkatársai (Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology, Nagy-Britannia) most arról számoltak be a Science-ben, hogy a 30S alegységet 3,1-3,3 Angström felbontással tudták feltérképezni, és ami még fontosabb: szerkezetének vizsgálatakor mRNS és tRNS is kapcsolódott az alegységhez (vagyis a fehérjeszintézis nyitó struktúráját, az ún. 30S iniciációs komplexet tanulmányozták). A riboszóma-alegység szerkezetét ebben az állapotban egy antibiotikum jelenlétében és hiányában is feltérképezték.

A másik Science cikkben Harry Noller és kollégái arról számoltak be, hogy az egész riboszóma 5,5 Angström felbontású képét állították elő - szintén tRNS és mRNS jelenlétében.

Antibiotikumok hatása a fehérjeszintézisre

Ramakrishnan és csoportja első ízben tárta fel a riboszómának azt a négy alkotórészét, amely biztosítja, hogy az antikodon megfelelően kapcsolódjon a kodonhoz. A kutatók azt találták, hogy két különböző riboszóma alkotórész - A1492 és A1493 jelzéssel - a kötődéskor megváltoztatja alakját, és ellenőrzi a kodon - antikodon kapcsolódás geometriáját, pontosabban azt, hogy a bázishármasok első két tagja megfelelően összeillik-e. Megfigyeléseik szerint a harmadik bázispár számára nagyobb térbeli szabadság megengedett, ami alátámasztja Francis Crick "lötyögő" bázis elméletét. Ez a rugalmasság segít megmagyarázni, hogyan kapcsolódhat egy adott antikodon egynél több kodonhoz.

A kutatók az antibiotikumok hatásmechanizmusának vizsgálata céljából a Thermus thermophilus baktériumfaj riboszómáit vizsgálták (a baktériumok és az ember riboszómái jelentősen különböznek egymástól). A riboszómákhoz a paromomycin nevű antibiotikumot adták. Ezt és más, hozzá hasonló szereket már évtizedek óta használnak, de pontos hatásmechanizmusuk eddig nem volt tisztázott. Most azonban kiderült, hogy a paromomycin néhány ugyanolyan szerkezeti változást idéz elő az A1492 és A1493 jelzésű riboszóma-részleteken, mint amelyek az mRNS és a tRNS összekapcsolódásakor keletkeznek.

A kutatók ebből azt a következtetést vonták le, hogy az antibiotikum képessé teszi a riboszómát arra, hogy az mRNS kodonjaihoz ne feltétlenül a megfelelő antikodonok kapcsolódjanak. Így végeredményben hibás aminosavak épülhetnek be a baktériumok készülő fehérjéibe, amelyek ezáltal működésképtelenné válnak. Sok hibás fehérje felhalmozódása pedig a baktérium pusztulásához vezet.

Noller és kollegái is újabb jelentős eredményekről számoltak be. A minden eddiginél jobb felbontású szerkezeti vizsgálatok során az eddig ismert tíz mellett további két kapcsolatra derült fény a két alegység között. E kémiai hidak egyrészt stabilizálják a bekötődő szállító RNS molekulákat, másrészt elősegíthetik a két alegység közötti együttműködést, például az mRNS molekula hosszú láncán való szinkronizált elmozdulást.

A sejt- és molekuláris biológia egyik legnagyobb utóbbi eredménye, hogy egyre jobban feltárul előttünk a riboszómák szerkezete és működése, amelyekből kiderül: a riboszóma sokkal "élőbb", sokkal dinamikusabb, mint azt korábban feltételeztük.

S. T.

Ajánló:

A Scientific American cikke Noller és kollégái 1999-es eredményeiről. A Scientific American cikke az új eredményekről. Az oldalon részletes magyar nyelvű leírást olvashatunk a fehérjeszintézisről. Látványos magyar nyelvű oldal a Sejtbiológia c. honlapról.