Синтез білка: дев’ять місяців на дві наносекунди

Навчання 02 серпня 2022 Перегляди: 68

Транспортна РНК (червоний) забезпечує амінокислотними «цеглинками» конструйовану білкову молекулу (жовтий). Рибосома (білий і блакитний) відбирає відповідні амінокислоти на підставі даних, що містяться в матричній РНК (зелений). Для наочності показана лише десята частина всіх молекул води (синій), а верхня частина рибосоми видалена, щоб були видні транспортні РНК. Зображення з сайту news.com.com

Співробітникам Лос-Аламоської національної лабораторії вдалося створити динамічну модель роботи рибосоми, що синтезує молекулу білка. Щоб відтворити крихітну частку одного з фундаментальних біологічних процесів, американським дослідникам знадобилася сукупна обчислювальна потужність 768 мікропроцесорів, які працювали протягом 260 днів.

На підставі інформації про склад білка, що передається за допомогою матричних РНК, у рибосомі відбувається складання білка з амінокислот, які доставляються до місця складання транспортними РНК. Попередні спроби змоделювати цей процес обмежувалися отриманням «фотографій» ключових моментів, оскільки наявних у розпорядженні вчених ресурсів просто не вистачало для побудови рухомої моделі.

Амінокислоти (зелений), доставлені молекулами транспортних РНК (жовтий), проходять через коридор рибосоми (фіолетовий). Зображення з сайту www.lanl.gov

Для нового експерименту команда вчених під керівництвом Кевіна Санбонмацу (Kevin Sanbonmatsu) вдалася до допомоги суперкомп’ютера «Q Machine». Їм довелося враховувати взаємодію 2,64 мільйонів атомів, з яких на модель власне рибосоми припала лише чверть мільйона, а решта зображували молекули води всередині і зовні рибосоми. Протягом 260 днів американським дослідникам вдалося «зняти» 20 мільйонів кадрів, що відображають лише 2 наносекунди з життя рибосоми, повідомляє CNET.

Результати експерименту особливо цікаві тим, що вченим, судячи з усього, вдалося відтворити раніше невідомий механізм відбору амінокислот, що підходять для синтезу білка. Виявлений під час моделювання «коридор» дозволяє рибосомі відфільтровувати транспортні РНК, непридатні для виконання поточного завдання. На думку пана Санбонмацу, коридор — вельми стародавня в еволюційному відношенні частина рибосоми, і цілком ймовірно, що його можна знайти у всіх живих істот на планеті, йдеться в прес-релізі Лос-Аламоської лабораторії.

При всій уявній академічності цього досвіду, організатори експерименту сподіваються, що отримані ними відомості принесуть цілком речову користь, сприяючи підвищенню ефективності антибіотиків, які впливають на рибосоми бактерій, пригнітаючи синтез білка. Динамічна модель допоможе виявити ділянки рибосом, найбільш чутливі до дії того чи іншого антибіотика.

Робота, що містить опис нової моделі, опублікована 24 жовтня в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences