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核糖体高度保守位点和蛋白合成无关

来源:生物通
摘要:在2004年5月28的Cell期刊上,JohnsHopkins的研究人员报道说,细胞中合成蛋白质的核糖体中相关的四个重要位点并非按照科学家长期以来假设的方式工作。这种叫做核糖体的机器是一个由蛋白质包围着RNA的球体。虽然研究人员知道核糖体制造蛋白质已经很久了,但是对于它如何将氨基酸添加到正在合成的肽链上和如何释放已经完工的......

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  在2004年5月28的Cell期刊上,Johns  Hopkins的研究人员报道说,细胞中合成蛋白质的核糖体中相关的四个重要位点并非按照科学家长期以来假设的方式工作。这种叫做核糖体的机器是一个由蛋白质包围着RNA的球体。在RNA中心,遗传指令被翻译,正确的氨基酸被加入到正在延伸的肽链上,并且在适当的时候这个肽链就会被终止和释放。

  虽然研究人员知道核糖体制造蛋白质已经很久了,但是对于它如何将氨基酸添加到正在合成的肽链上和如何释放已经完工的产品却知之甚少。

  在研究这些细节的过程中,科学家一直将注意力集中在构成核糖体内部四个保守位点的碱基上,这些碱基在从细菌到人类的所有物种中都是一样的。由于他们处在蛋白质链延伸的地方,所以核糖体中这些“普遍保守”的碱基被认为对这一过程帮助甚大。  

  出乎意料的是,Johns  Hopkins的研究者们已经发现这四个碱基位点对蛋白质的合成并不重要,而是帮助释放已经完工的蛋白质。在实验中,研究者发现在这些关键位点发生改变的核糖体能像正常核糖体一样将蛋白质装配起来,但对合成好的蛋白质释放的非常缓慢。  

  “大多数科学家曾经认为,因为所处的位置决定了这四个保守碱基对蛋白质的合成必然是至关重要的,而且我们本来期望我们的研究能够证明这种想法”,分子生物学核遗传学副教授、Howard  Hughes  Medical  Institute  的副研究员Rachel  Green博士说。“我们惊讶的发现他们似乎在合成蛋白质过程中的作用很小,而是在正常情况下加快蛋白质在适当的时候释放。”他又说,“我们发现强调了这样一个观点,即如果你建构了一个精确的系统以研究生物学问题,你将会得到与你所设想的不同的答案”。

  研究生Elaine  Youngman首先创造出12种变异的核糖体,每种都与天然的核糖体有点不同。RNA是由四种碱基组成的,每种突变核糖体的其中一个保守位点的碱基被其他三种碱基之一替换,一共得到12种突变体。

  之后,这个年轻人测定了每种提纯的突变核糖体将嘌呤霉素加入到正在合成的蛋白质链上的能力。嘌呤霉素外形及其功能都像是正常的蛋白质构成单位――氨基酸。然而,核糖体利用的每种正常的氨基酸都有一个识别RNA的“标签”,嘌呤霉素基本上没有。

  “我们预期看到其中的一种突变体真的会无法完成这一反应”,Green说。“但恰恰相反,所有的突变体都不能有效的完成这一过程,这使得我们百思不得其解。”  因此,研究者测定了核糖体运用他们的正常的起始物质――真正的有正确的RNA标签的氨基酸的能力。令研究者吃惊的是,突变的核糖体能够完美的工作。

  “嘌呤霉素与反应中使用的真正的氨基酸之间的关键区别是嘌呤霉素缺少RNA标签”,Green说。“基于很多原因,研究者一直使用嘌呤霉素研究核糖体功能。但是现在我们知道核糖体不总是将这种分子当作真正的氨基酸。”她说,因此科学家应该认真评估是否嘌呤霉素的使用歪曲了他们的实验。  

  由于能与核糖体正在阅读的信使RNA配对,氨基酸的RNA标签即转运RNA或tRNA能帮助核糖体鉴别正确的氨基酸以加入到蛋白质中。但是tRNA也可以作为这种小氨基酸的一个把手:当氨基酸被加入到蛋白质中时,tRNA的一部分被其他在核糖体中的碱基“握住”。Green指出这些碱基很可能帮助将氨基酸放置在适当的位置并进行催化。

  Green说,研究人员的工作没有证实现有关于这些保守的碱基的作用的一些观点,而是提出了一个新的模型。核糖体事实上有另外一套在进化过程中保守的碱基,离它的“结束合成”的4个碱基稍远些。Green及其同事相信这些碱基真正与催化蛋白质的合成有关,它们可正确地引导新的氨基酸和肽链。他们正在对这一观点进行验证。
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