在信使RNA （mRNA）翻譯為蛋白質(zhì)的過程中，轉(zhuǎn)移RNA （tRNA）和mRNA必須同步移動(dòng)通過核糖體的內(nèi)部通道，否則就會(huì)有移碼突變風(fēng)險(xiǎn)，生成異常的蛋白質(zhì)。科學(xué)家們已經(jīng)了解了這一過程背后的一些生物化學(xué)機(jī)制，證實(shí)糖核體具有一些移動(dòng)的元件，使得它以每秒20次輕微移動(dòng)的速率讓tRNA快速地通過。然而，解析中間狀態(tài)時(shí)核酸、核糖體和酶之間的并非是易事。
一期（6月27日）的《科學(xué)》（Science）雜志上同期發(fā)表了3篇研究論文，闡明了時(shí)間為50毫秒的過程。通過捕獲核糖體易位（translocation）幾個(gè)中間階段的晶體結(jié)構(gòu)，科學(xué)家們將這一復(fù)雜分子機(jī)器的移動(dòng)元件進(jìn)行了成像。
“這是十多年來我們的一個(gè)重要目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)它非常的困難。這些動(dòng)態(tài)的復(fù)合物并不會(huì)坐下來等著你給它們拍照，”加州大學(xué)圣克魯斯分校教授Harry Noller說。他的實(shí)驗(yàn)室一直在針對(duì)核糖體和核糖體RNA開展一些zui基礎(chǔ)的研究。
在這一易位舞蹈過程中有4個(gè)重要的參與因子需要進(jìn)行捕獲，它們分別是核糖體、tRNA、mRNA和延伸因子EF-G。EF-G催化了復(fù)合物移動(dòng)通過核糖體。Noller實(shí)驗(yàn)室將前三者進(jìn)行了共同培育，而讓EF-G仍然附著在核糖體上以對(duì)其進(jìn)行結(jié)晶至關(guān)重要。Noller和同事們將EF-G與不可水解GTP類似物GDPNP，或抗生素*（fusidic acid）一起進(jìn)行了孵育，后兩者可以阻止EF-G與核糖體分離。
研究小組在捕獲了正易位的核糖體后，利用10天時(shí)間結(jié)晶出了這一復(fù)合物。收獲晶體之后，研究人員將它們冷凍在液氮中，用X射線進(jìn)行了掃描。對(duì)衍射數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。
在以往的研究中，Noller課題組曾證實(shí)tRNA的一端首先沿著大亞基移動(dòng)，而另一端則處于一種所謂的混雜（hybrid）狀態(tài)。這一步涉及核糖體30s亞基的旋轉(zhuǎn)，可自然發(fā)生。當(dāng)前的研究證實(shí)，在接下來的步驟中，mRNA和tRNA移動(dòng)通過核糖體需要能量；30S亞基頭部旋轉(zhuǎn)15-18度。“30S亞基頭部使得tRNA旋轉(zhuǎn)，mRNA與之一起移動(dòng)。這就是第二步發(fā)生的經(jīng)過，”Noller說。
如果mRNA和tRNA不*同步，密碼子將會(huì)被錯(cuò)誤翻譯，導(dǎo)致潛在無功能或是有毒的蛋白質(zhì)。Noller發(fā)現(xiàn)兩個(gè)普遍保守的核糖體RNA （rRNA）堿基插入到了mRNA的堿基之間，阻止了易位倒退。
在另外兩篇研究論文中，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Venkatraman Ramakrishnan，和劍橋MRC分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的同事們報(bào)告了處于易位過程中另一中間狀態(tài)的一個(gè)核糖體的晶體結(jié)構(gòu)。而來自加州大學(xué)伯克利分校的Arto Pulk和同事們則描述了不同版本的核糖體亞基旋轉(zhuǎn)的中間狀態(tài)晶體結(jié)構(gòu)。
Noller說：“我們現(xiàn)在擁有了處于易位周期幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。你可以說我們獲得了四種不同的狀態(tài)。但Disney想獲得400個(gè)結(jié)構(gòu)，你現(xiàn)在可以開始在現(xiàn)實(shí)生活中觀看到這一易位電影。”
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