Разгадана загадка предотвращения преждевременного высвобождения белков в клетках

/ НаукаНовости / Наука

Фактор терминации распознает стоп-кодон в матричной РНК (мРНК) и высвобождает новосинтезированную пептидную цепь через реакцию гидролиза. Автор: Александра и др.

В биологии существует центральная догма: генетическая информация всех живых организмов хранится в ДНК, которая транскрибируется в РНК, а затем транслируется в белки, выполняющие практически все жизненно важные функции клетки. Крошечная клеточная машина — рибосома — синтезирует белок до тех пор, пока не получит сигнал остановиться, после чего белок высвобождается в клетку через реакцию с молекулой воды.

Однако ученые долгое время не могли понять одну деталь: если для высвобождения готового белка достаточно молекулы воды, почему это не происходит случайно?

Теперь исследователи из Университета Иллинойса в Чикаго раскрыли химический механизм этого процесса. Исследование, опубликованное в журнале Science, помогает ответить на давний вопрос биологии и объясняет, как все живые организмы осуществляют синтез белков — один из важнейших процессов жизни.

От жесткого диска к 3D-принтеру

ДНК можно сравнить с жестким диском, хранящим генетическую информацию организма в виде генов. Каждый ген содержит инструкции для создания определенного белка, а белки контролируют большинство функций клетки — будь то пищеварение в кишечнике, перенос кислорода в крови или сокращение мышц.

Но клетки не могут использовать эти инструкции напрямую. Сначала создается копия в виде матричной РНК (мРНК). Затем рибосома считывает эту мРНК и собирает соответствующий белок, соединяя аминокислоты в строгой последовательности.

«Процесс синтеза белков абсолютно фундаментален для жизни», — сказал Юрий Поликанов, профессор биологических наук в Колледже свободных искусств и наук UIC и старший автор исследования.

В клетке рибосома и вспомогательные белки «читают» «язык» нуклеотидов в мРНК и переводят его в «язык» аминокислот в белке.

«Рибосома похожа на клеточный 3D-принтер, который получает инструкции из генома и создает белок», — пояснил Поликанов.

Рибосома прекращает «печать» нового белка, когда встречает в мРНК специальный сигнал — стоп-кодон. В этот момент в рибосому входит специальная молекула-помощник, называемая фактором терминации, и запускает высвобождение готового белка из транспортной РНК (тРНК), которая его удерживает.

Этот финальный этап включает разрыв связи между готовым белком и тРНК через гидролиз — химическую реакцию с молекулой воды.

Знать, когда остановить «печать» белковой цепи, так же важно, как и знать, когда начать, отметил Поликанов.

«Нарушение этого процесса может привести к серьезным последствиям», например, к производству дефектных или опасных белков, сказал он. Например, мутации в стоп-кодонах могут вызывать смертельные заболевания, такие как муковисцидоз или мышечная дистрофия Дюшенна.

Полная картина

Ранее исследователи не могли точно понять, что происходит во время этого процесса разрыва связи. Если для гидролиза нужна только вода, почему связь не разрывается спонтанно от случайной молекулы воды?

Некоторые предполагали, что фактор терминации приносит молекулу воды, которая инициирует разрыв. Однако этот этап происходил слишком быстро, чтобы ученые могли его зафиксировать. Любая попытка собрать все компоненты в пробирке и заморозить рибосому прямо перед остановкой «печати» приводила к высвобождению белка, объяснил Поликанов.

К счастью, у Поликанова и его лаборатории был козырь в рукаве. В 2022 году они разработали методику создания молекулы, имитирующей связь тРНК-белок, но которую нельзя было разорвать молекулой воды — она была «негидролизуемой». Используя эту имитацию, команда Поликанова сделала детальные снимки реакции высвобождения белка с почти атомарным разрешением с помощью метода рентгеновской кристаллографии. Их открытие изменило общепринятое объяснение: в нужном месте не оказалось молекул воды для разрыва связи.

Вместо этого фактор терминации заставляет тРНК изменить свою форму ровно настолько, чтобы высвободить скрытый химический потенциал. Небольшая часть тРНК «дотягивается» и разрывает связь, освобождая готовый белок из рибосомы.

«Фактически он подталкивает или «пинает» субстрат, чтобы тот сам способствовал гидролизу», — сказал Поликанов.

Это открытие объясняет, почему фактор терминации необходим для завершения синтеза. Этот небольшой «толчок» гарантирует, что белки не высвобождаются преждевременно и имеют длину, строго определенную соответствующими генами.

Механизм высвобождения белка, обнаруженный исследователями UIC, похоже, работает у всех форм жизни — от бактерий до человека, отметил Поликанов. Это также подчеркивает точность и элегантность клеточных механизмов.

«Мы раскрыли, как работает один из самых базовых биологических процессов», — сказал Поликанов. «Дело не только в том, что фактор терминации приносит нужные ингредиенты — он перестраивает существующие части, чтобы система могла завершить работу самостоятельно».

Среди соавторов исследования также Елена Александра и Егор Сыроегин.

Больше информации: Elena V. Aleksandrova et al, Mechanism of release factor–mediated peptidyl-tRNA hydrolysis on the ribosome, Science (2025). DOI: 10.1126/science.ads9030

Источник: University of Illinois at Chicago

Подписаться на обновления Новости / Наука
Зарегистрируйтесь на сайте, чтобы отключить рекламу

ℹ️ Помощь от ИИ

В статье есть ошибки или у вас есть вопрос? Попробуйте спросить нашего ИИ-помощника в комментариях и он постарается помочь!

⚠️ Важно:

• AI Rutab читает ваши комментарии и готов вам помочь.
• Просто задайте вопрос 👍
• ИИ может давать неточные ответы!
• ИИ не скажет «Я не знаю», но вместо этого может дать ошибочный ответ.
• Всегда проверяйте информацию и не полагайтесь на него как на единственный источник.
• К ИИ-помощнику можно обратиться по имени Rutab или Рутаб.

Топ дня 🌶️


0 комментариев

Оставить комментарий


Все комментарии - Наука