Os pesquisadores resolvem um longo quebra -cabeça para o lançamento de proteínas nas células

É conhecida como Doutrina Central da Biologia: Informações genéticas são armazenadas para todos os organismos no DNA, que são copiados para o RNA, que se traduzem em proteínas que executam quase todas as tarefas básicas na célula. Uma pequena máquina celular chamada ribossomo constrói uma proteína até que seja indicada e a proteína é liberada na célula através de uma interação com uma molécula de água.

Mas os cientistas estão confusos há muito tempo sobre os detalhes: se tudo o que requer é uma molécula de água para liberar a proteína final, então por que isso não acontece por acaso?

Pesquisadores da Universidade de Illinois Chicago descobriram o mecanismo químico detalhado por trás desse processo. O estudo, publicado em CiênciasAjuda a responder a uma longa pergunta na biologia e explica como todos os organismos vivos implementam a produção de proteínas, que é uma das operações de vida mais importantes.

Do disco rígido para a impressora 3D

O DNA é semelhante ao disco rígido que armazena a informação genética do organismo na forma de genes. Cada gene contém instruções para fazer uma proteína específica, e as proteínas controlam a maioria das funções na célula, seja na digestão no intestino, transmitindo oxigênio no sangue ou na contração muscular.

Mas as células não podem usar essas instruções diretamente. Primeiro, uma versão é feita na forma de RNA mensageiro (mRNA). Em seguida, o ribossomo diz que somos flexíveis e combinamos a proteína correspondente, vinculando os aminoácidos em uma sequência precisa.

“O processo de fabricação de proteínas é muito essencial para a vida”, disse Yuri Policanov, professor de ciências biológicas do UIC College of Libeal Arts and Sciences e o primeiro autor do estudo.

Na célula, as proteínas do ribossomo e a “linguagem” assistente dos nucleotídeos são lidas em nosso flexível e traduzido para a “linguagem” dos aminoácidos na proteína.

O ribosom é semelhante a uma impressora celular 3D que já recebe as instruções de exomino do genoma e produz proteínas. “

Yuri Policanov, professor de ciências biológicas da Faculdade de Artes Liberais e Ciências Liberais

O ribossomo interrompe a “impressão” de uma nova proteína assim que enfrenta um sinal especial em Marana, conhecida como código de parada. Nesse ponto, uma molécula assistente é chamada de fator de lançamento no ribossomo e leva à liberação da proteína final da molécula transportadora que carrega, chamada RNA (tRNA).

Este último passo inclui quebrar a ligação entre a proteína final e o tRNA através da decomposição da água, que é uma reação química com uma molécula de água.

Policanov disse que quando você para de “imprimir” a cadeia de proteínas, não é menos importante do que saber quando começar.

“A interrupção desse processo pode levar a consequências muito graves”, disse ele, como a produção de proteínas erradas ou perigosas. Por exemplo, mutações nos códigos de parada podem levar a condições fatais, como fibrose cística ou atrofia muscular.

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Anteriormente, os pesquisadores não conseguiram saber exatamente o que estava acontecendo durante esse lançamento de títulos. Se a decomposição da água requer apenas água, por que a ligação não se quebra automaticamente de uma molécula aleatória de água ao seu redor?

Alguns imaginaram que o fator de lançamento na molécula de água foi o que começou a quebrar. No entanto, essa etapa ocorreu muito rapidamente para os cientistas buscarem e monitorarem. Policanov disse que qualquer tentativa de montar todos os ingredientes no tubo de ensaio e congelar o ribossomo imediatamente antes das paradas da “impressão” levará à liberação de proteínas.

Felizmente, Policanov e seu laboratório tiveram um truque. Em 2022, eles desenvolveram uma técnica para criar uma molécula que imita o RNA, mas não quebrada por uma molécula de água “não hidrólica”. Usando uma simulação não -hidráulica, a equipe Policanov tirou imagens detalhadas da reação quase ofensiva de proteínas com um método chamado cristais de raios X. O que eles descobriram mudou o livro aceitável em larga escala: não há moléculas de água no lugar certo para quebrar o vínculo.

Em vez disso, o fator de lançamento muda o tRNA o suficiente para iniciar seu potencial químico oculto. Uma pequena parte do RNA atinge a ligação e quebra a ligação, que libera a proteína final do ribossomo.

“Na verdade, é um tipo de preparação ou chute para melhorar a própria decomposição da água”, disse Policanov.

O resultado explica por que o fator de lançamento precisa ser encerrado. Este pequeno lote garante que as proteínas não se divorciem prematuramente e têm comprimentos específicos com precisão pelos genes correspondentes.

Policanov disse que o mecanismo de lançamento de proteínas descoberto pelos pesquisadores da UIC opera em todas as formas de vida – de bactérias a humanos. Também destaca a precisão e a elegância das máquinas celulares.

“Descobrimos como um dos processos biológicos mais simples já operou”, disse Policanov. “Não é apenas que o fator de lançamento traga os ingredientes certos; ele recoloca as peças atuais para que o sistema possa concluir a tarefa sozinha”.

Entre os outros autores da UIC no artigo Elena Aleksandrova e Egor Syrogin.