В новом изучении команда во главе с Йоханом Полссоном, учителем системной биологии в Медицинской школе Гарварда, математически показала, что рибосомы совершенно верно структурированы, дабы произвести дополнительные рибосомы как возможно стремительнее, дабы поддержать подразделение и эффективный рост клеток.Теоретические предсказания изучения совершенно верно отражают замечаемые широкомасштабные изюминки рибосом – показывающий, из-за чего они сделаны из необычно громадного количества мелких, однородно размерных белков и нескольких берегов РНК, каковые варьируются существенно по размеру – и снабжают взор на эволюцию необыкновенной молекулярной автомобили.
«Рибосома – один из самых серьёзных молекулярных комплексов во всей жизни, и это было изучено через научные дисциплины на протяжении многих лет», сообщил Полссон. «Я постоянно озадачивался тем, что казалось, что мы имели возможность растолковать его более красивые подробности, но у рибосом имеется эти причудливые изюминки, каковые не довольно часто обращались, либо раз так неудовлетворяющим методом».Любая живая клетка, ли единственная бактерия либо человеческий нейрон, есть биологической совокупностью, столь же динамичной и сложной как какой-либо город. Содержавший в клетках стенки, шоссе, электростанции, библиотеки, перерабатывая центры и намного больше, все сотрудничающие в унисон, дабы обеспечивать продолжение судьбы.
Большинство этих бесчисленных структур сделано из и сделано белками. И те белки сделаны рибосомами.
Загадочные особенностиХотя ученые открыли, как рибосомы превращают генетическую данные в белки в ядерной резолюции, показывая молекулярную машину, совершенно верно настроенную для точности, контроля и скорости, не было ясно, что преимущества заключаются в нескольких из его широкомасштабных изюминок.Рибосомы складываются из puzzlingly громадного количества разных структурных белков – где угодно от 55 до 80, в зависимости от типа организма. Эти белки не просто более бессчётные, чем ожидалось, они необычно малы и однородны в длине.
Рибосомы кроме этого складываются из двух – трех берегов РНК, каковые составляют до 70 процентов неспециализированной массы рибосомы.«Не осознавая, из-за чего коллективные изюминки существуют, это мало похоже на рассмотрение понимание и леса как работа и хлоропласты фотосинтеза, и не бывший способный объяснять, из-за чего имеется деревья вместо травы», сообщил Полссон.Так Полссон и его сотрудники Шломи Реувени, на работе ее величества армии Англии постдокторант, и Укомплектовывает Эренберг Уппсальского университета в Швеции, решенной, дабы взглянуть на рибосому в противном случае.
«Отечественный прорыв произошёл, поменяв масштаб изображения из ядерного и смотря на рибосому с новой точки зрения», сообщил Реувени. «Мы не думали о рибосоме как о машине, которая создаёт белки, а скорее как продукт производственного процесса белка».Лес для деревьевДля клетки, дабы разделиться, у этого должно быть два полных комплекта рибосом, дабы сделать все белки, в которых нуждаются дочерние клетки. Скорость, на которой рибосомы смогут сделать себя, исходя из этого, устанавливает тяжёлую границу того, как стремительное клеточное деление происходит.
Полссон и его сотрудники создали теоретические математические модели для того, на что должны быть похожими особенности рибосомы, если бы скорость была первичным селективным давлением, которое стимулировало его эволюцию.Команда вычислила, что, распределяя задачу создания новой рибосомы среди многих рибосом – любой делающий мелкую часть конечного продукта – может расширить темп производства на целых 30 процентов, поскольку любая новая рибосома оказывает помощь сделать больше рибосом, когда они созданы, ускорив процесс.Это воображает огромное преимущество для клеток, каковые должны разделиться скоро, такие как бактерии.
Но производственный процесс белка занимает время, дабы начать, и данный накладной расход ограничивает количество белков, которыми рибосома возможно сделана из, в соответствии с математике.Модели команды предсказали, что для большой самопроизводственной эффективности рибосома должна быть сделана из между 40 и 80 белками. Любой из этих белков должен быть примерно втрое меньшим, чем средний клеточный белок, и они должны все быть приблизительно подобными в размере.
Выясняется, что теория исследователей, созданная всецело независимо от лаборатории, совершенно верно отражает замечаемый состав белка рибосомы.«Аналогия для отечественных результатов должна была бы думать о рибосомах не как о группе плотников, каковые большое количество строений, но как плотники, каковые кроме этого строят вторых плотников», сообщил Полссон. «Имеется тогда стимул поделить работу на многие мелкие части, каковые смогут быть сделаны параллельно, дабы более скоро собрать другого полного плотника, дабы оказать помощь в ходе».
Теория и действительностьПолссон и его коллеги кроме этого изучили рибосомную РНК, которая действует как структурный компонент и осуществляет ферментативную деятельность рибосомы соединения аминокислот в белки.Их анализ продемонстрировал, что, чем больше РНК рибосома сделано из, тем более скоро это возможно произведено. Это позвано тем, что клетки смогут сделать рибосомную РНК намного стремительнее, чем белок.
Так, тогда как ферменты РНК, как думают, менее действенны, чем ферменты белка, у рибосом имеется огромное давление, дабы применять как возможно больше РНК, дабы максимизировать уровень, по которому возможно сделано больше рибосом.«Любое место, рибосоме может сойти с рук применение РНК, это должно применять его, по причине того, что самопроизводственная скорость может по существу быть удвоена либо утроена», сообщил Полссон. «Кроме того в случае если РНК была низшей если сравнивать с белком для ферментативной функции, имеется все еще громадное преимущество для применения РНК, в случае если клетка пробует произвести рибосомы максимально скоро».Это наблюдение было предсказано, дабы держаться, в первую очередь, для самопроизводства рибосом, согласно данным команды.
Большая часть вторых структур в клетке не самопроизводит и может пожертвовать производственной скоростью за эффективность и стабильность, обеспеченную при помощи белка вместо РНК.Забранный совместно, теория команды совершенно верно предвещает широкомасштабные изюминки рибосомы, каковые увидены через области судьбы.
Это растолковывает, из-за чего у самый скоро растущих организмов, таких как бактерии, имеется самые маленькие рибосомные белки и самые громадные количества рибосомной РНК. В противоположном финише спектра митохондрии – электростанции эукариотических клеток, каковые, как думают, когда-то были бактериями, каковые вошли в постоянное симбиотическое страну.
У митохондрий имеется собственные рибосомы, каковые не создают себя. Без этого давления митохондриальные рибосомы вправду сделаны из громадных белков и значительно меньшего количества РНК, чем клеточные рибосомы.«В то время, когда мы начали данный проект, у нас не было долгого перечня изюминок, каковые мы пробовали растолковать через теорию», сообщил Реувени. «Мы начали с теории, и показались определенные изюминки. В то время, когда мы взглянуть на эти, дабы соответствовать тому, что предсказала отечественная математика, мы нашли как правило, что они соответствовали тому, что увидено по собственной природе».
Вместо того, дабы быть несложными реликвиями эволюционного прошлого, необыкновенные изюминки рибосом так, думается, отражают дополнительный слой функциональной оптимизации, действующей на коллективные особенности ее частей, пишет команда.«Тогда как это изучение – фундаментальная наука, мы обращаемся к чему-то, что поделено всей судьбой», сообщил Полссон. «Принципиально важно, дабы мы осознали, куда ограничения на функцию и структуру прибывают из, по причине того, что как большинство фундаментальной науки, это непредсказуемо, что последствия нового знания смогут открыть в будущем».