Секреты жизни в рибосомах бактерий

Резистентность больше не секрет

Секреты жизни в рибосомах бактерий

Любые отклонения от нормального уровня тестостерона пагубно сказываются на мужчинах. От его повышения они теряют способность принимать верные решения… →

Появление антибиотикоустойчивых штаммов бактерий – серьезная проблема. Явление снижает терапевтическую эффективность антибиотиков, а также повышает вероятность заболевания госпитализированных больных.

В условиях стационара резистентные к антибиотикам бактерии передаются от одного больного к другому, выделяются во внешнюю среду и заражают воздух, перевязочный материал и предметы ухода за больными.

Часты внутрибольничые заражения стафилококками, устойчивыми к пенициллину, стрептомицину и другим антибиотикам.

Группа исследователей из Университета штата Пенсильвания под руководством профессора факультета биохимии и молекулярной биологии Скуайра Букера опубликовала в журнале Science работу, посвященную

первому детальному исследованию генетики процесса вырабатывания устойчивости бактерий к разнообразным препаратам.

Прививка от бешенства еще не гарантирует полной безопасности вашего питомца, так как домашние собаки и кошки переносят более 30 видов бактерий —… →

Этот шаг, считают авторы, станет ключевым в выработке новых лекарств, способных защитить организм от чрезвычайно устойчивых «суперинфектов» — непобедимых бактерий, часто встречающихся как в больницах, так и среди городского населения.

Обратите внимание

Работа началась с изучения особого белка, произведенного одним из недавно эволюционировавших «суперинфектов». С помощью генетических исследований группа Букера обнаружила, что стафилококк Staphylococcus sciuri, поражающий животных, обрел новый ген (его назвали cfr).

Белок, кодируемый этим геном, играет ключевую роль в одном из механизмов устойчивости к антибиотикам, которым пользуется бактерия.

Позднее оказалось, что такой же ген появился в Staphylococcus aureus – золотистом стафилококке – очень частом госте носа и кожи людей, вызывающем целую вереницу болезней (от безобидных прыщей до смертельно опасного менингита).

Золотистый стафилококк известен и своими способностями вырабатывать устойчивость к антибиотикам.

Особенность этого гена в том, что он располагается в мобильной части ДНК, поэтому он легко передается от неопасных для человека микробов к другим видам, уже представляющим прямую угрозу для людей.

Бактерии не имеют носа, но обладают чувством обоняния. Таким образом, у представителей одной из самых простых форм жизни нет только слуха, но есть… →

«Найденный нами ген характерен для золотистых стафилококков США, Мексики, Бразилии, Испании, Италии и Ирландии. Он обусловливает устойчивость бактерий к семи классам антибиотиков. Бактерия, обзаведшаяся этим геном, имеет уникальное эволюционное преимущество.

Однако до сегодняшнего дня детальный механизм влияния белка, кодируемого этим геном, на жизнедеятельность бактерии оставался неизвестным.

У нас не было трехмерного изображения, которое бы показывало, что происходит с этим белком на молекулярном уровне», — пояснил Букер.

Чтобы разобраться в этом механизме, Букер и его коллеги проследили, как белок Cfr решает одну важную задачу – метилирование.

Важно

В ходе этого процесса фермент добавляет небольшой «хвостик» длиной в один атом углерода к определенному участку нуклеотида – структурного элемента РНК и ДНК.

Когда у определенного нуклеотида появился этот хвостик, он способен обеспечить правильную работу рибосомы – гигантского макромолекулярного устройства, отвечающего за выработку необходимых для жизни бактерии белков.

Работа многих классов антибиотиков как раз основана на связывании с рибосомой и блокировке ее функций.

Без рибосомы любая клетка погибает, и бактериальная не исключение.

Белок Cfr способен нарастить «хвостик» ДНК таким образом, что связывание антибиотиков с рибосомой блокируется, поэтому весь механизм их работы прекращает действовать.

Бактерии, вызывающие диарею, являются одними из виновников развития гораздо более тяжелого заболевания — рака толстой кишки. →

«Обнаруженный эффект удивителен. Такой совершенно новый механизм метилирования критически важен для изучения бактерий. Теперь мы знаем, как «умные» микробы защищаются от антибиотиков», — считает Букер.

Следующим шагом работы станет использование этой информации для создания веществ, которые смогут работать в связке с обычными антибиотиками, побеждая резистентность бактерии.

«Зная механизм, с помощью которого бактерия избегает действия нескольких классов антибиотиков, мы можем придумать, как разорвать эту цепочку и позволить антибиотикам выполнять свою работу», — подытожил он.

Источник: https://www.gazeta.ru/science/2011/04/29_a_3598605.shtml

Человек на 90% состоит из микробов

В организме взрослого человека проживает около 100 триллионов одноклеточных.

Почти 500 видов бактерий и их двуногий хозяин пребывают в состоянии органического симбиоза, помогая выживать друг другу

Человеческое тело, оказывается, почти целиком состоит из микроорганизмов.

Однако пугаться прежде времени не стоит, пишет Daily Mail: эти существа – не чужеродные формы жизни. Для триллионов микроскопических жизненных форм человеческий организм является родным домом.

“Мы, по сути, лишь на 10% люди, а все остальное – микробы”, – уверяет доктор Рой Д. Слитор из ирландского Института Корка. За четыре года основательного изучения предмета он пришел к выводу о том, что истинная роль бактериальных популяций, проживающих в человеческом организме, незаслуженно умаляется.

Наши взаимосвязи с одноклеточными существами оказались настолько тесными, что прогрессивные ученые теперь рассматривают человека и населяющих его бактерий в качестве единого сверхорганизма. “На сегодняшний день бактерии рассматриваются в качестве виртуального органа, продукты жизнедеятельности которого значительно выше, чем у печени”, – объясняет доктор Слитор.

По его данным, в человеческом теле содержится порядка 500 различных видов бактерий. Благодаря их непрестанному размножению в организме взрослого человека проживает около 100 трлн одноклеточных существ – почти в десять раз больше, чем те несколько триллионов клеток, из которых состоит собственно организм человека. К примеру, только в кишечнике содержится почти 2 кг бактерий.

Совет

По словам доктора Слитора, бактерии не только наши спутники, но и незаменимые помощники. “Это бактериально-человеческое взаимодействие по большей части носит характер симбиоза, – рассказывает ученый.

– Это означает, что в обмен на продовольствие бактерии участвуют в процессах пищеварения, производства витаминов и укрепления нашей иммунной системы”.

Кроме того, дружественные микроорганизмы защищают хозяина от возбудителей инфекционных заболеваний, сражаясь с “враждебными” бактериями.

Для любителей йогуртов и других “живых” кисломолочных продуктов эта новость, безусловно, хорошая. Однако доктор Слитор предупреждает, что укрепляющие способности “пробиотических” продуктов весьма недолговечны. “Большая часть этих бактерий не задерживаются в нашем организме.

Они проходят сквозь тело, не сумев организовать колонию”, – с грустью констатирует он. С другой стороны, постоянное употребление такого рода продуктов может способствовать укреплению колоний полезных бактерий.

Особенно это касается случаев, когда организм ослаблен приемом антибиотиков.

Однако симбиоз живых организмов, напомним, возможен не только с полезными бактериями, но и с патогенными микробами. Не так давно исследовательская группа из медицинской школы Файнберга при Северо-Западном университете установила, что в геноме возбудителя гонореи, бактерии Neisseria gonorrhoeae найден фрагмент ДНК человека.

А еще раньше ученые выяснили, что бактерии могут стать отличным источником водорода, который можно использовать для экологически чистых и при этом мощных двигателей. Обнаруженный в 1993 г. на побережье Тихого океана в Техасе микроб грозит превратиться в топливо будущего.

Между прочим, некоторые ученые полагают, что самой жизнью мы обязаны микроорганизмам, занесенным из космоса.

Ведь даже самая примитивная бактерия несет в своей ДНК около 6 млн бит информации, которые могут быть скопированы в новые организмы.

Не исключено, что этот довод учитывали исследователи NASA, год назад решившие снарядить космическую экспедицию, экипажем которой были бы не люди, а, опять же, бактерии.

Источник: https://utro.ru/articles/2011/05/23/975706.shtml

Создан синтетический организм с минимальным набором генов

Из 473 генов, без которых не может обойтись новый «одноклеточный Франкенштейн», функции почти полутора сотен остаются неизвестными.

Количество генов у всех живых существ разное. С одной стороны, тут очень много зависит от сложности организации: многоклеточному червю нематоде генетической информации требуется больше, чем одноклеточной бактерии, а млекопитающему генов нужно больше, чем червю.

Колония синтетических клеток JCVI-Syn 3.0. (Фото Thomas Deerinck and Mark Ellisman / NCMIR / UCSD.)

Те же JCVI-Syn 3.0. (Фото Thomas Deerinck and Mark Ellisman/NCMIR/UCSD.)

Первые синтетические клетки JVCI-syn1.0, полученные в 2010 году. (Фото NOVA on PBS / Flickr.com.)

Обратите внимание

 С другой стороны, у любого организма геном устроен так, чтобы одни гены подстраховывали другие – если один из них выйдет из строя, это не обязательно приведёт к гибели (не так давно мы писали, как некоторые гены, которые считались для человека абсолютно необходимыми, таковыми не оказались – люди без них вполне могут прожить.

Наконец, некоторые гены нужны только в нестандартных, стрессовых ситуациях, а если обстановка вокруг более-менее нормальная и комфортная, то они как бы и не требуются. Например, та же бактерия может попасть в исключительно благоприятную питательную среду, с идеальными показателями температуры, содержания солей, питательных веществ и т. д., а может, наоборот, перейти на голодный паёк, да ещё испытать на себе повышение солёности или кислотности. И набор необходимых для выживания генов в обоих случаях будет разный.

Осознав, что одни гены могут быть нужнее других, биологи пришли к концепции минимального генома – то есть минимального набора генов, без которых организм не выживет. В 1996 году Аркадий Мушегян и Евгений Кунин оценили минимальный необходимый геном для бактериальной клетки в 256 генов; в 2004 году другими исследователями был предложен набор в 204 гена.

Минимальный геном строили на сравнительном анализе нескольких бактериальных геномов; если же говорить о конкретном организме, то здесь неизбежно приходится вспомнить о бактерии Mycoplasma genitalium, возбудителе заболеваний мочеполовой системы человека – у неё насчитывается всего 525 генов, из которых 470 кодируют белки; жизненно важных из них 375. Геном микоплазмы некоторое время считался самым маленьким, пока не были прочитаны ДНК ещё нескольких микроорганизмов, которые могут существовать только в виде симбионтов внутри клеток хозяина. Пока что чемпионом здесь является бактерия Carsonella, обитающая в клетках листоблошек – её геном содержит всего 182 гена с белковой информацией.

Некоторое время рассуждения о минимальном геноме ограничивались теоретическим анализом последовательностей ДНК, пока в 2010 году в Институте Крэйга Вентера не появился синтетический организм, собранный из двух бактерий микоплазм: из клетки Mycoplasma capricolum вытащили её собственную ДНК (напомним, что у бактерий все гены заключены в одну-единственную кольцевую хромосому), а взамен пересадили искусственно синтезированный геном, созданный на основе генов Mycoplasma mycoides. (От экспериментов с самой M. genitalium решили отказаться, так как она очень медленно растёт – в отличие от микоплазм M. mycoides и M. capricolum, которые размножаются намного быстрее.) Получившийся организм назвали JCVI-syn1.0, однако, хотя его ДНК и была синтезирована в лабораторных условиях, устройство генома JCVI-syn1.0 копировало устройство генома M. mycoides, и от минимального он был довольно далёк.

Исследователи попытались избавиться от генов, отвечающих за синтез питательных веществ (их можно было добавить в среду, чтобы клетка жила на всём готовом), а также выкинуть ещё кое-какие некодирующие области. Но из такого подхода ничего не вышло, клетки погибали. Тогда исследователи опробовали другой подход: всю ДНК разбили на несколько сегментов и начали их комбинировать друг с другом, чтобы понять, какие гены важны, а какие – не очень. Эти эксперименты привели в некотором роде к ожидаемому выводу, что даже простой бактерии для нормальной жизни нужны не только гены, которые кодируют белки, но и регуляторные последовательности ДНК, которые сами ничего не кодируют, но влияют на активность других генов.

Дальнейшие исследования позволили разделить все гены M. mycoides на три группы: существенные (то есть жизненно важные), несущественные, и «как бы существенные» – в последней группе оказались, которые, строго говоря, для выживания клетки не нужны, но без которых размножение бактерий сильно замедляется. В результате удалось собрать ДНК из 531 тысячи оснований, кодирующую 473 гена (438 – белок-кодирующие последовательности, и ещё 35 – кодирующие служебные РНК, например, РНК рибосом, без которых никакая клетка не выживет) – по сравнению с природным геномом Mycoplasma genitalium, в котором всего насчитывается 525 генов, синтезированный геном оказался «более минимальным».

Очередную синтетическую бактерию назвали JCVI-syn3.0, она оказалась вполне жизнеспособной: её колония удваивалась на три часа, что, конечно, медленнее по сравнению с микоплазмой M. mycoides, у которой на это уходит 1 час, но намного быстрее, чем M. genitalium, которая удваивается за 18 часов. Подробно новый «бактериальный Франкенштейн» описывается в статье в Science.

Важно

Конечно, JCVI-syn3.0 пришлось снабдить почти всеми питательными веществами – чтобы минимальный геном работал, клетка должна была находиться в идеальных условиях. Функции жизненно важных генов легко угадать, они занимаются синтезом ДНК, белков и мембран. Однако среди них было 149 генов, насчёт которых до сих пор непонятно, зачем они нужны. Причём многие из них оказались довольно консервативны в ходе эволюции, то есть некоторые из этих 149 в почти неизменном виде можно обнаружить даже у высших эукариот. Удивительно, конечно, что у нас до сих пор есть почти полторы сотни генов, которые абсолютно необходимы всем живым существам и о которых мы до сих пор ничего знаем, кроме их последовательности. Но, с другой стороны, как раз такие «синтетические» работы должны помочь нам узнать о таких генах как можно больше.

Читайте также:  Какова норма содержания бактерий в организме здорового человека

Говоря о синтетическом организме JCVI-syn3.0, необходимо помнить, что его получили вовсе не из неорганического «первичного супа», в котором когда-то на Земле зародилась жизнь. Здесь искусственно синтезированную ДНК для JCVI-syn3.0 поместили в готовую клетку, лишённую своего генома. Сам Крэйг Вентер полагает, что подобные эксперименты в конце концов откроют нам тайну жизни. Вентер известен своими подвигами на ниве расшифровки генома человека: сотрудники его компании Celera Genomics стали одними из первых, кто сумел полностью прочитать человеческую ДНК. Впоследствии он вплотную занялся проблемой синтетической жизни, и уже много лет подряд Вентер и его коллеги регулярно занимают первые полосы научных и научно-популярных изданий с сообщениями о новых успехах в геномике и создании искусственных организмов.

Неизвестно, узнаем ли мы, как устроена жизнь, но вот фундаментальные принципы организации генома (и не только бактериального) с помощью таких (полу-)синтетических клеток вполне можно исследовать. Возможно, в перспективе мы даже сможем создавать бактерий «под заказ», которые будут выполнять ту или иную биохимическую работу. Однако, как справедливо замечает журнал Nature, среди прочих описывающий новую синтетическую бактерию, сейчас у биологов появился мощный молекулярный инструмент CRISPR/Cas, созданный на основе бактериального противовирусного иммунитета – с его помощью можно легко редактировать как ДНК, так и РНК, наблюдая, как меняется функция гена и как это влияет на работу генома в целом. CRISPR/Cas со стороны выглядит не столь эффектно, как синтетическая бактерия, но, возможно, в смысле постижения молекулярно-генетических аспектов жизни он окажется более эффективным.

По материалам The Scientist и NatureNews.

Источник: https://www.nkj.ru/news/28446/

Белоксинтезирующая Нобелевская премия по химии (2009)

Еще в начале XX века молекулярные основы жизни были совершенно неведомы, — и тем более впечатляет скорость, с которой человечеству удаётся постигать эти тончайшие явления в наши дни.

В 2009 году Нобелевская премия по химии вручена за исследования, возможно, самой сложной молекулярной машины — рибосомы, являющейся клеточной «фабрикой» белка.

Лауреатами премии стали Ада Йонат, Томас Стейц и Венкатраман Рамакришнан.

Общая теория эволюции, опубликованная Чарльзом Дарвином в 1859, базируется на предпосылках наследуемости признаков организма и наличии постоянных случайных изменений (мутаций) в генетическом материале особи.

Изменения, дающие организму конкурентные преимущества, закрепляются в результате отбора и передаются будущим поколениям.

Когда общественность более-менее осознала идеи Дарвина, возник другой вопрос: что именно передаётся по наследству, где возникают пресловутые случайные изменения и как они могут выражаться на уровне организма?

Нобелевская премия по химии за 2009 год — уже третья по счету, которая иллюстрирует работу эволюционной теории на молекулярном уровне.

Совет

Эта трилогия стартовала со знаменитой премии 1962 года, когда Джеймс Уотсон, Фрэнсис Крик и Морис Уилкинс удостоились награды за свою модель двойной спирали ДНК.

Вторая премия из этой серии была вручена в 2006 году Роджеру Корнбергу за рентгеноструктурные исследования транскрипции (механизма «копирования» генетической информации с ДНК на матричную РНК).

Рибосома: от «слов» к «делу»

Трое лауреатов Нобелевской премии по химии за 2009 год — Ада Йонат (Ada Yonath), Томас Стейц (Thomas Steitz) и Венкатраман Рамакришнан (Venkatraman Ramakrishnan) — награждены за картирование рибосомы — одной из наиболее сложно устроенных органелл клетки — на атомном уровне.

Рибосома «считывает» информацию с матричной РНК (мРНК) и, основываясь на этой информации, синтезирует белок. (По-научному этот процесс называют трансляцией.

) В процессе этого информация переходит с «языка» нуклеиновых кислот на язык белков, и жизнь предстаёт во всей красоте своей изящной сложности.

Рибосомы присутствуют в клетках всех организмов — от бактерий до человека. Поскольку эти органеллы жизненно необходимы для любого существа, рибосомы являются прекрасной мишенью для фармацевтического действия.

Множество современных антибиотиков воздействует на бактериальные рибосомы, оставляя рибосомы человека в покое, —  а, следовательно, знания, добытые нынешними нобелевскими лауреатами, открывают прямую дорогу к антибиотикам нового поколения.

Однако подробнее об этом чуть позже, а пока — немного о химических основах жизни.

Аминокислоты в белкé — как жемчуг на нитке

В начале 1940-х уже было известно, что наследственная информация содержится в хромосомах, состоящих из ДНК и белкá, однако большинство учёных считало, что генетическую функцию несут белки, а не ДНК, поскольку они устроены сложнее, и, как на тот момент казалось, именно поэтому должны играть эту важную роль.

Научная общественность была в восторге от белков. Было известно, что они выполняют массу различных функций в клетке — от строительной и каталитической до сигнальной. И, несмотря на это, они состоят из одних и тех же 20 «строительных блоков» — аминокислот, образующих линейную молекулу, подобно жемчужинам в ожерелье (рис. 2). Соединяет аминокислоты между собой очень прочная пептидная связь.

ДНК: слишком простая для наследственности

В тех же 1940-х ДНК привлекала мало внимания. (А впервые ДНК была выделена из ядер клеток в 1871 году швейцарским учёным Фридрихом Мишером, назвавшим вещество нуклеиновой кислотой от латинского nucleus — ядро.)

Аналогично белкáм, ДНК линейна и состоит из повторяющихся «блоков» — только тут их даже не 20, а всего четыре: аденин (А), цитозин (Ц), гуанин (Г) и тимин (Т). Четыре — как казалось, слишком мало для такого важного дела, как наследственность. Поэтому долгое время считалось, что генетическую функцию несут белки хромосом, а функция ДНК — лишь структурная.

В 1944-м, впрочем, ДНК взяла своё: в результате экспериментов Эвери-Маклеода-Маккарти по переносу ДНК из мёртвых бактерий в живые — после чего последние трансформировались — стало ясно, какая именно молекула отвечает за генетическую функцию. ДНК стала привлекать всё больше и больше внимания, пока, наконец, не была установлена её пространственная организация.

Элегантная. Двойная

28 февраля 1953 года Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик в Кавендишской лаборатории в Кембридже (Великобритания) разгадали, наконец-то, секрет ДНК. В течение нескольких предшествующих лет они тщетно пытались разобраться, как молекула, состоящая из четырёх видов нуклеотидов, организована в трёхмерном пространстве.

По данным рентгенографического эксперимента, проведённого Розалинд Франклин в Кингз-колледже в Лондоне, ДНК должна была образовывать спираль, состоящую из двух нитей. А из опытов Эрвина Чаргаффа следовало, что — независимо от организма — количества нуклеотидов А-Т и Г-Ц в ДНК всегда совпадают, и что количество пуринов равно количеству пиримидинов.

Имея в руках все эти данные, Уотсон и Крик догадались, что аденин образует пару с тимином, а гуанин — с цитозином, и всё это — в рамках двойной спирали. Учёным всего мира стало ясно, что именно ДНК передаёт наследственную информацию, и информация эта закодирована в последовательности нуклеотидов.

Рнк — сестрица днк

В то же самое время, пока Уотсон и Крик делали своё знаменитое открытие, внимание исследователей обратилось и на другую нуклеиновую кислоту, встречающуюся преимущественно в цитоплазме, — РНК. Её строение схоже с ДНК, только вместо тимина (Т) РНК содержит урацил (У).

В начале 1950-х стало понятно, что бóльшая часть РНК находится в маленьких частицах в цитоплазме, содержащих кроме РНК ещё и белóк (рис. 1). Тогда же открыли, что это то самое место, где синтезируется весь белóк клетки. В 1958 году эти частицы получили название рибосом.

Рисунок 1. Схема строения клетки. Рибосома имеет в поперечнике около 25 нм. Некоторые рибосомы ассоциированы с эндоплазматическим ретикулумом. Одна клетка содержит десятки тысяч рибосом.

1960-е: расшифровка генетического кода

Итак, через 100 лет после знаменательной публикации Дарвина молекула, несущая наследственные признаки, была найдена. Последовательность нуклеотидов задаёт последовательность аминокислот в белкé, производимом рибосомой в цитоплазме клетки. Однако какова связь между ДНК и рибосомой? Ведь они находятся по разные стороны ядерной мембраны и никогда не встречаются (рис. 1).

Ответ на этот вопрос появился в начале 1960-х: открыли, что генетическая информация копируется с ДНК на молекулу РНК, называемую матричной РНК (мРНК) (рис. 2). мРНК выходит за пределы ядра, захватывается рибосомой и служит последней в качестве инструкции для белкового синтеза.

Рисунок 2. От ДНК к белку. Изображённый процесс — один из фундаментальных во всей живой Природе.

Когда всё это стало понятно, генетический код был довольно быстро расшифрован при помощи синтетических мРНК и рибосом «в пробирке».

Обратите внимание

Оказалось, что рибосома считывает мРНК по триплетам (или кодонам); первым открытым кодоном стал UUU, транслирующийся на рибосоме в аминокислоту фенилаланин.

Всего существует 64 различных кодона, что при 20 типах аминокислот означает, что многие из них кодируются несколькими кодонами.

Считывание кодонов осуществляется ещё одним типом РНК — транспортной (тРНК): с одной стороны у неё находится антикодон, распознающий по принципу комплементарности кодон мРНК, а с другой стороны — соответствующий «текущему» кодону аминокислотный остаток.

Эти открытия заложили основу центральной догме молекулярной биологии: направленному переносу информации от ДНК к РНК и от РНК к белку.

Однако схема существовала лишь на пальцах, что справедливо было отмечено Уотсоном: «К сожалению, мы не можем дать детального химического описания, как функционируют эти молекулы, до тех пор, пока не появится их структура». Появления такой структуры пришлось ждать до 2000 года.

Ада Йонат — пионер рибосомальных исследований

Частенько самые впечатляющие открытия делаются пионерами в области, ещё совершенно «не истоптанной» другими исследователями. В случае рибосомы, этим пионером была Ада Йонат. В конце 1970-х она решила получить рентгенографическую структуру рибосомы. В то время большинство считало эту задачу неразрешимой.

В рентгеновской кристаллографии луч жёсткого излучения направляют на исследуемый образец (например, высокоупорядоченное состояние белкá — кристалл) и изучают возникающее при этом рассеяние, регистрируя дифракционную картину (рис. 3).

Первоначально для регистрации использовалась светочувствительная плёнка, отдельные участки которой под действием излучения затемнялись; сейчас для этого используются ПЗС-матрицы (за которые, кстати, дали Нобелевку-2009 по физике). Анализируя дифракционную картину, можно определить точное расположение атомов в образце.

Важно

Однако качественную картину может дать только практически идеальный кристалл, получение которого может быть затруднено, и чем больше белóк — тем сложнее подобрать адекватные условия для кристаллизации.

Рисунок 3. Рентгеновская кристаллография. Рентгеновское излучение получают в основном на синхротронах (ускорителях элементарных частиц).

Когда лучи сталкиваются с кристаллом, они начинают рассеиваться, вырисовывая на детекторе картину дифракции, состоящую из миллионов отдельных точек (рефлексов).

Используя сложные математические методы, по картине дифракции можно установить трёхмерное строение молекулы.

В силу перечисленных обстоятельств, большинство отнеслось к начинаниям Йонат скептически.

Рибосома — один из сложнейших существующих комплексов РНК/белок, состоящий из большой субъединицы (одна большая молекула РНК, «инкрустированная» примерно 32 белкáми) и малой субъединицы (три молекулы РНК и около 36 белков). В сумме это составляет сотни тысяч атомов, и Йонат задалась целью определить положение каждого из них.

Когда Ада Йонат решила закристаллизовать рибосому, её выбор пал на бактерию, живущую в экстремальных условиях: Geobacillus stearothermophilus может обитать в источниках с температурой до 75 °C. По предположениям Йонат, если уж рибосомы работают в таких жёстких условиях, то и кристаллизацию они как-нибудь перенесут.

В 1980-м были получены первые кристаллы, и это было действительно крупным достижением, несмотря на то, что их дифракционное качество было невысоким.

После этого потребовалось ещё 20 лет работы, чтобы определить структуру рибосомы, в которой было бы чётко определено положение каждого атома.

Совет

Йонат использовала много разных приёмов, — в частности замораживание при −196 °C; также в экспериментах «участвовали» и другие бактерии — например, Haloarcula marismortui из чрезвычайно солёных вод Мёртвого моря.

Успехи Йонат вдохновили многих, и теперь к погоне за структурой рибосомы присоединились другие учёные, — и среди них Томас Стейц и Венкатраман Рамакришнан.

Скрытый смысл в мозаике из миллионов чёрных точек

К началу 1990-х кристаллы Йонат уже имели вполне удовлетворительное качество, чтобы по ним установить положение каждого атома в структуре, однако оставалось ещё затруднение, называемое у кристаллографов «проблемой фаз». Чтобы по картине дифракции восстановить структуру, необходимо знать фазовый угол для каждого рефлекса на картине, и как найти эти фазы, было непонятно.

Часто для аналогичной задачи в кристалл добавляют тяжёлые металлы вроде ртути и по различию дифракционных картин кристалла с металлом и без него вычисляют фазу. Однако в случае огромной рибосомы, к образцу присоединялось сразу много атомов тяжёлого металла, и вычислить фазы было сложно. Для решения проблемы требовалась дополнительная информация.

Решение проблемы предложил Томас Стейц, который использовал электронно-микроскопические изображения рибосомы, полученные Иоахимом Франком. Эти изображения помогли установить положение и примерную ориентацию рибосомы в кристалле, и, хотя не позволяли «увидеть» отдельных атомов, были использованы для восстановления набора фаз и получения рентгеновской структуры.

По итогам двадцатилетней работы

В 1998 году Томас Стейц опубликовал первую структуру большой субъединицы рибосомы, на которой можно было различить положение молекул РНК и белков, но не больше: разрешение не превышало 9 Å. Но и это стало настоящим прорывом.

Основные проблемы были решены, и оставалось только улучшать качество кристаллов и накапливать статистику.

К «финишу» лауреаты Нобелевской премии пришли практически одновременно: в августе и сентябре 2000 года они опубликовали кристаллические структуры рибосомы с атомным разрешением: Стейц — большой субъединицы Haloarcula marismortui, а Йонат и Рамакришнан — малой субъединицы Thermus thermophilus.

Учёных всегда чрезвычайно удивляла та беспрецедентная точность, с которой рибосома транслирует «нуклеиновую» информацию в белóк: ведь неправильный синтез белкá сделает его неактивным, или, ещё хуже — активным в непредсказуемом направлении.

Специфичность и точность синтеза определяется главным образом распознаванием мРНК–тРНК (рис. 2), однако этого всё же недостаточно, чтобы объяснить высочайшую точность рибосомы. Структура малой субъединицы, полученная Рамакришнаном, даёт объяснение этому феномену.

Оказывается, в рибосоме есть что-то вроде «молекулярной линейки», которая измеряет расстояние между кодоном мРНК и антикодоном тРНК. В случае если это расстояние отличается от требуемого, тРНК немедленно диссоциирует.

Двойная проверка — залог точности синтеза белка на рибосоме: не более одной ошибки на 100 000 аминокислотных остатков.

Обратите внимание

Роль большой субъединицы рибосомы — главным образом, синтез белка: она катализирует образование пептидной связи между аминокислотами. Скорость рибосомы составляет примерно 20 синтезированных звеньев полипептидной цепи в минуту, и «поймать» рибосому на промежуточной стадии очень непросто.

Читайте также:  Царства бактерий и грибов: друзья или враги человеку?

Однако Томасу Стейцу удалось сделать и это. Он проводил кристаллизацию большой субъединицы с аналогами аминокислот, и с помощью этих структур были найдены каталитические центры рибосомы и предложена схема процесса.

Исследования лауреатов помогли понять, как что-то настолько простое как цепочка из четырёх типов звеньев превращается в такую сложную вещь как жизнь, и, как это часто бывает, фундаментальные исследования находят применения на практике: в этом случае речь идёт о новых антибиотиках.

На сегодняшний день человечество располагает арсеналом антибиотиков, способных уничтожать болезнетворные бактерии; многие из них блокируют функции рибосом бактерий. Однако какое-то время спустя, бактерии выработали устойчивость против многих из этих веществ, и человечеству опять нужны новые антибиотики.

Все трое лауреатов Нобелевской премии этого года получили структуры рибосом со связанными с ними различными антибиотиками. Некоторые из них блокируют «туннель», по которому растущая полипептидная цепь покидает рибосому, другие нарушают образование пептидной связи, третьи — вносят критические ошибки в трансляцию.

Некоторые фармацевтические компании уже используют пространственную модель рибосомы (рис. 4) для разработки новых антибиотиков, и ряд препаратов уже проходит клинические испытания.

Рисунок 4. Кристаллографическая структура бактериальной рибосомы. Молекула рибосомальной РНК (рРНК) показана оранжевым, белки малой субъединицы — голубым, большой — зелёным. С малой субъединицей связана молекула антибиотика. Изучение этих структур позволит разработать более эффективные антибиотики.

Понимание принципов строения рибосом и их функций чрезвычайно полезно и нужно не только для сообщества биологов, но и для всего человечества. Открытия Ады Йонат, Томаса Стейца и Венкатрамана Рамакришнана внесли солидный вклад и в фундаментальное понимание одного из базовых процессов во всех царствах живого, и в спасение жизней людей.

По материалам Нобелевского Комитета.

См. также: «“Нестареющая” Нобелевская премия: в 2009 году отмечены работы по теломерам и теломеразе» [1].

Источник: https://biomolecula.ru/articles/beloksinteziruiushchaia-nobelevskaia-premiia-po-khimii-2009

2098. Пол Фальковски. Двигатели жизни: как бактерии сделали наш мир обитаемым

kraevushka

Жизнь представляет собой цепь взаимосвязанных исторических случайностей, непредвиденных поворотов и неожиданных возможностей.
Пол Фальковски.

Как известно, все в нашем мире зависит от бактерий. Долгое время – почти 4 миллиарда лет – Земля была в их полном распоряжении. Именно эти микроскопические двигатели жизни изменили химический состав нашей планеты и сделали мир пригодным для обитания растений, животных и людей.

Откуда взялись эти поразительные микроорганизмы? Как они устроены и какие тайны скрывают? Почему жизнь без них невозможна?
Пол Фальковски – известный американский биолог-океанограф, родился в 1951 году в Нью-Йорке. Окончил Городской колледж Нью-Йорка, защитил диссертацию по биологии и биофизике.

В 1976 году стал сотрудником океанографического отделения Брукхейвенской национальной лаборатории. В настоящее время — профессор Ратгерского университета (Нью-Джерси, США). К его научным интересам относятся фитопланктон и первичная продукция, эволюция, палеоэкология, фотосинтез, биогеохимические циклы и астробиология.

                                                     Пол Фальковский.

Пол Фальковски в своей книге «Двигатели жизни: как бактерии сделали наш мир обитаемым» рассказывает, как и почему бактерии смогли пережить все катаклизмы и приспособиться к меняющейся среде, а также демонстрирует читателю, что все наше существование стало возможным только благодаря их эволюции, и они – наши истинные предки и настоящие двигатели жизни на Земле.

Как развивалась жизнь на Земле? Первые главы современной истории эволюции жизни на нашей планете были написаны в основном в XIX столетии учеными, изучавшими ископаемые останки животных и растений – останки, которые они могли с легкостью видеть. Наблюдавшиеся ими природные закономерности не учитывали микроорганическую жизнь.

Инструментов для обнаружения ископаемых микроорганизмов почти не существовало, и роль их в формировании эволюции Земли не могла быть должным образом оценена.Когда ученые стали исследовать геологические породы, то были обнаружены ископаемые останки животных.

Изучение горных пород привело ученых к мысли о том, какие огромные временные масштабы лежат в зарождении жизни на Земле.

Важно

Если древнейшие останки находятся на глубине многих метров под другими, сколько времени могло уйти, чтобы сверху отложились такие толщи?И хотя время возникновения жизни на Земле до сих пор точно не определено, понятно, что развитие жизни на Земле занял очень долгое время.

Однако как происходило это развитие? Еще в 1837 году Чарльз Дарвин изобразил генеалогическое древо жизни, в котором выразил радикальную идею о том, что организмы связаны между собой общими предками и что это родство может прослеживаться благодаря сходным чертам в их внешнем виде.

Известно, что самыми простыми живыми организмами являются бактерии – организмы, о существовании которых Дарвин, несомненно, знал, однако не включил в свою теорию, так как не имел способов к их изучению.
   Чарльз Дарвин в 1881 г.

Прошло уже много лет со времени публикации книги Чарльза Дарвина «Происхождение видов», но мы так и не знаем, где конкретно зародилась жизнь. Что могло положить ей начало? Как она развивалась? Как бактерии эволюционировали до растений и животных? Ученые прошлого упускали их из виду из-за предвзятости наблюдений. А ведь бактерии существовали на этой планете за миллиарды лет до того, как на ней появилось первое животное. Их открытие было связано с развитием новых технологий и прошло долгий путь – от микроскопа до генного секвенсора современности, способного выполнять анализ генетических последовательностей.

«Происхождение видов» Чарльза Дарвина.

Еще в XIV веке в Европе изготавливались линзы для коррекции зрения. В начале XVII столетия двое голландских мастеров, вставив вогнутую и выпуклую линзы внутрь трубы, сконструировали телескоп.

После телескопа в скором времени пришло время изобретения и микроскопа.

Открытие микроскопического царства произошло в 1665 году, когда Королевское научное общество опубликовало первый общедоступный научный труд под названием «Микрография».

Автором книги был Роберт Гук – энциклопедист и один из основателей Королевского общества. В своей книге Гук предлагал вниманию читателей строение организма блохи, семени тимьяна, глаза муравья, внутреннее устройство губок, микроскопические грибы и мельчайшие «кирпичики», из которых состоят растения. «Микрография» переиздавалась множество раз; она пользуется спросом и сегодня.

  «Микрография» Роберт Гук.

Другой любитель микромира – Антон ван Левенгук, голландец из Дельфта, сконструировал более 500 микроскопов. В них он увидел одноклеточные организмы, включая «анималькули» (маленькие зверушки), которые впоследствии стали называться микробами.

                                          Анималькули.

Это было великое открытие нового мира – микромира. Левенгук зарисовал новую жизнь и записал: «Я увидел огромное множество живых существ в одной капле воды, количеством не менее восьми или десяти тысяч, и в микроскопе они предстали перед моим взором столь же обыденными, каким песок выглядит для невооруженного глаза».

Совет

Впоследствии Левенгук занялся описанием различных форм и относительных размеров микробов, обнаруженных им в различных водных средах. Так его простая зарисовка позднее стала основой для систематизации микроорганизмов.

В середине XIX века, благодаря усовершенствованию микроскопов и пытливому уму ученых, интерес к микроорганизмам снова возродился. Одним из таких ученых был Фердинанд Юлиус Кон, который создал классификацию бактерий в их связи с другими организмами.

Юлиус Кон также работал над бактериальными заболеваниями растений и животных.

                                  Фердинанд Юлиус Кон.Одним из нововведений, внесенных Коном в микробиологию, был способ изоляции отдельных штаммов, то есть генетически однородных вариаций видов микроорганизмов. Он разработал методику выращивания бактерий в жидкой среде с добавлением определенного питательного вещества, побуждавшего тот или иной штамм к быстрому росту.

В 1977 году Карл Везе и Джордж Фокс – биохимики и генетики из Иллинойского университета – сообщили о том, что все живые организмы могут быть разделены на три основные категории в зависимости от вида их внутриклеточных структур, называемых рибосомами. К тому моменту было широко известно, что рибосомы существуют у всех микроорганизмов, однако некоторые организмы не содержат внутри своих клеток структуры, покрытые оболочкой, в то время как у других такие структуры есть.

Еще более важной оказалась очевидная взаимосвязь организмов друг с другом. Поскольку рибосомы имеются у всех организмов, Везе и его коллеги приняли как аксиому мнение о том, что все организмы на Земле являются потомками одного, ныне вымершего общего предка.

В 1990 году, основываясь на последовательности нуклеиновых кислот в рибосомах, над которыми он и его коллеги работали несколько лет, Карл Везе нарисовал универсальное филогенетическое древо жизни.
Карл Везе. Универсальное филогенетическое древо жизни.

Оказалось, что подавляющее большинство живых существ на Земле – это микроорганизмы! Эта базовая структура древа жизни помогла нам понять, что вся ныне существующая на Земле жизнь произошла от одного вымершего микроорганизма.

Когда же этот предок мог появиться на Земле?Одной из областей, где найдены органические останки, является формация Стрелли-Пул в Западной Австралии, содержащая свидетельства существования микроорганизмов в породах возрастом около 3,4 млрд. лет. В случае микроорганизмов лучше всего сохраняются следы липидов – жиров, из которых слагаются оболочки их клеток.

Эти молекулярные ископаемые были найдены в породах, сформировавшихся за первые 2,7 млрд. лет существования Земли.Очень трудно найти более древние породы, которые не были бы переплавлены или изменены и смогли бы благодаря этому сохранить хотя бы какие-то сложные органические соединения.

К несчастью, ни рибосомы, ни какие-либо другие нуклеиновые кислоты, ни белки не сохранились в горных породах за прошедшие миллиарды лет. В более молодых образованиях существуют убедительные свидетельства микроорганической жизни. Уже в породах возрастом приблизительно 2,6 млрд.

лет имеются ясные, четкие органические останки микроорганизмов и вариации в составе изотопов углерода, азота и серы, являющиеся бесспорным свидетельством наличия в океанах того времени богатой микроорганической жизни.

Обратите внимание

Как и почему микроорганизму превратились в организованные макроскопические организмы – животных и растений? Появление многоклеточных животных было зафиксировано в геологических породах еще в докембрийский период.

Ископаемые этого периода, названные эдиакарской фауной, были найдены в 1957 году в Эдиакарских холмах Южной Австралии, а впоследствии были найдены в нескольких других местах земного шара, включая Белое море в России и Мистейкен-Пойнт на Ньюфаундленде.

Древнейшие ископаемые останки, принадлежащие к эдиакарскому периоду, не имеют очевидной связи с какой-либо из современных форм животной жизни, однако изучение молекулярного состава показывает, что губки, сохранившиеся в геологическом разрезе начиная с кембрия, являются древнейшим из существующих типов животных.

На Земле время от времени случаются катастрофические события, ведущие к массовой гибели целых видов. Однако микроорганизмы спокойно переживают такие катастрофы, потому что инструкции по воспроизводству основных наномеханизмов закодированы в генах. Вычислено, что в любой момент времени на Земле живет приблизительно 1000 000 000 000 000 000 000 000 (т.е. 1024) микроорганизмов. Каждый микроорганизм содержит в себе примерно 10000 генов.Посредством технологий генного секвенирования и компьютерного анализа людям удалось идентифицировать более 25 миллионов существующих в природе генов, и каждый год добавляются миллионы новых. По приблизительным оценкам, число генов составляет от 60 до 100 миллионов. Биологическое разнообразие организмов имеет критическое значение для переноса генов, кодирующих ключевые, необходимые для поддержания жизни наномеханизмы.
                                  База геномов ДНК.

Еще в начале 1980-х годов перед биологами была поставлена задача: секвенировать человеческий геном – определить последовательность нуклеотидов, которые составляют ДНК. С тех пор зарождающаяся отрасль молекулярной биологии начала стремительно развиваться. Успехи в этой области привели к тому, что сегодня биологи могут намеренно внедрять гены практически в любой организм по своему выбору.

Теперь стало возможным массовое секвенирование ДНК микроорганизмов в океанах, ледниках, почвах, воздухе, горных породах – практически во всех возможных местах обитания. Уже идентифицированы десятки миллионов новых генов.

Эта информация содержит биологический потенциал, который может быть мобилизован с целью выполнения любых поставленных нами задач в области генной инженерии микроорганизмов.
                                  Технология создания бактерии.

Уже в наше время появилась отдельная научная отрасль – синтетическая биология, посвященная попыткам перестроить метаболизм микроорганизмов так, чтобы они могли служить целям и потребностям человечества: синтезировать белок, найти замену нефтепродуктам. Теперь мы можем сами программировать микроорганизмы.

Ученые пытаются перемещать, совершенствовать или блокировать гены с целью заставить микроорганизмы работать на нас без необходимости считаться с естественным отбором.
Электронная микрофотография синтетической  бактерии.

Одна из отраслей биологической науки сейчас ищет способы конструировать микроорганизмы, направлять обмен веществ и запускать внутри микроорганизмов новые процессы, чтобы добиться от них большей эффективности или придать им новые качества, которых они не имели прежде.

Например, создать организм, перерабатывающий пластмассу, или способный нейтрализовать радиоактивные вещества в почве. А может быть удастся разработать альтернативный вид топлива? Будущее покажет, а пока приглашаем всех желающих познакомиться с этими незаметными микроорганизмами и убедиться, какую огромную роль они сыграли в том, чтобы наша планета стала обитаемой. Бактерии – настоящие двигатели жизни, которые сотворили для нашей планеты Чудо – подарили нам Жизнь.

Читайте также:  Особенности и принципы выделения чистых культур бактерий

Приятного Вам чтения!

Резник Марина Васильевна,
библиотекарь отдела городского абонемента

Источник: https://kraevushka.livejournal.com/610331.html

ПОИСК

    В бактериальной рибосоме диаметром 23 нм содержится 35% белка. Если предположить, что на долю белков приходится 35% объема, то сколько приблизительно белковых молекул со средним мол. весом 17 300 может находиться в рибосоме (Считайте, что упаковка максимально компактна см. также табл. 15-5.) [c.

307]

    Клетки микоплазм обычно имеют форму сферы диаметром 0,33 мкм (0,0003 мм) [3] и ограничены тонкой клеточной мембраной толщиной около 8 нм (80 А). Внутри находится цитоплазма — жидкая субстанция, в которой растворено множество различных веществ, а также содержатся субмикроскопические частицы.

В центре клетки локализована одна чрезвычайно плотно свернутая молекула ДНК, составляющая бактериальную хромосому. Часть клетки, содержащую хромосому и прилегающую к ней область, можно назвать ядром или нуклеоидом. Помимо ДНК, в клетке имеется около 400 примерно сферических частиц диаметром 20 нм, называемых рибосомами . Это центры синтеза белков.

В цитоплазму включены также различного рода белки, но их число не превышает 50 000. Имеется также несколько типов РНК и множество соединений меньшего молекулярного веса. [c.14]

    Бактериальные клетки имеют средние размеры 1-10 мкм, клетки растений и животных по размерам сильно различаются от 10 мкм до 10″ мкм. Вирусы имеют величину 10-100 нм и не видны в световой микроскоп (разрешение светового микроскопа 200 нм). Размер средней молекулы белка составляет примерно 6,5 нм надмолекулярного комплекса (рибосомы) -10 нм. Субклеточные структуры имеют размеры от 0,1 до 100 нм их изучают с помощью методов электронной микроскопии и дифракции рентгеновских лучей. [c.4]

    Итак, рибосомы обильно наполняют клетки, ведущие интенсивный белковый синтез. В бактериальной клетке они рассеяны по всей протоплазме, составляя до 30%, а иногда и более, ее сухой массы на одну бактериальную клетку приходится грубо Ю рибосом. [c.50]

Важно

    И в зараженных, и в незараженных бактериях ново-синтезированная мРНК связывается с рибосомами, но вскоре от них отделяется и деградирует (рис. 5.2).

В этих опытах продемонстрирован важный факт, что в ходе фаговой инфекции белковый синтез происходит на предсу-ществовавших рибосомах бактериальной клетки, которые связывают нестабильную РНК как в неинфицированных бактериях, так и в бактериях, инфицированных фагом. [c.65]

    В то же время антибиотик хлорамфеникол связы- НО”” Y вается с бактериальными рибосомами, но не с более [c.61]

    Изменение скорости инициации меняет населенность матрицы рибосомами и то среднее расстояние меаду ними, в рамках которого может происходить образование и разрушение шпилек вторичной структуры.

Имеются ограниченные экспериментальные данные, согласно которым, населенность бактериальных матриц рибосомами поддерживается примерно равной o.s 18,91. Это значит, что примерно 50% всей мРНК покрыто рибосомами.

Предполагая,что синтез белка происходит с максимально возможной эффективностью, которая в свою очередь прямо пропорциональна населенности, будем выбирать такую константу инициации чтобы заведомо достигалась максимальная населенность.

Проведенные расчеты показали, что максимальная населенность достигается при константе инициации ю с , в дальнейших расчетах при идентификации константы плавления нами было выбрано значение /Г, =10 с . [c.162]

    Похожая добавочная N-концевая последовательность оказалась свойственной и растущим цепям ряда бактериальных белков, выводимых (экспортируемых) из цитоплазмы (см. табл. 3).

Совет

В случае грамотрицательных бактерий этот экспорт белков происходит, либо в периплазматическое пространство (например, щелочная фосфатаза, мальтозосвязывающий белок, арабинозосвязывающий белок, пенициллиназа), либо далее во внешнюю мембрану (липопротеид внешней мембраны, X-рецептор).

Начало синтеза экскретируемых белков приводит, по-видимому, к взаимодействию их гидрофобной N-концевой последовательности с внутренней цитоплазматической мембраной бактериальной клетки, так что они далее синтезируются на мембраносвязанных рибосомах.

В течение элонгации (или в некоторых случаях после нее) может происходить отщепление N-концевой последовательности.

По завершении синтеза, после терминации трансляции, готовый белок проваливается в периплазматическое пространство и далее, в зависимости от гидрофобности (гидрофильности) своей поверхности, либо остается в пери-плазматическом пространстве как водорастворимый белок, либо интегрируется во внешнюю мембрану. Здесь, как видно, имеется большая аналогия с ситуацией для секретируемых белков в эукариотических клетках. [c.280]

    Масса рибосом Е. соИ составляет приблизительно 2,7-10 дальтон около 65% ее веса приходится на долю РНК, остальные 35%—на белок. В эукариотических клетках масса рибосом больше, чем в бактериальных, приблизительно в 1,6 раза (4,3-10 дальтон).

При определенных условиях, и в частности при низкой концентрации ионов Mg2+, цельные рибосомы (для бактерий это 708-рибосомы) диссоциируют на две субчастицы неодинакового размера — 30S- и 505-рибо-сомные субчастицы.

508-субчастица приблизительно в два раза больше 308-субчастпцы в ее состав входят две молекулы РНК (23S и 5S) (табл. 15-4).

Меньшая (30S) субчастица содержит одну молекулу 16S-PHK, полинуклеотидная цепь которой включает 1700 нуклеотидов ее длина (если ее целиком распрямить) может превысить 500 нм. Нуклеотидная последовательность этой РНК полностью расшифрована.  [c.227]

Обратите внимание

    Имеется другая группа антибиотиков, которые воздействуют на связывание аминоацил-тРНК с А-участком рибосомы, но оказывают эффект совсем иного рода. Это так называемые аминогликозидные антибиотики, к которым относятся стрептомицин (рис. 97), а также неомицин, канамицин и некоторые другие.

Антибиотики этой группы способствуют удержанию на рибосоме аминоацил-тРНК, не соответствующих кодону, установленному в А-участке рибосомы. В результате такого ложного кодирования синтезируются неправильные полипептиды, с большим количеством ошибок, что и приводит к цитотоксическому (бактерицидному) эффекту на клетки.

Стрептомицин действует специфически на бактериальные 70S рибосомы, в то время как канамицин и неомицин могут индуцировать ложное кодирование также и на эукариотических 80S рибосомах.

Главным местом связывания антибиотиков с рибосомой является, по-видимому, малая (30S или 40S) субчастица, хотя эффект зависит от взаимодействия обеих субчастиц и проявляется только на полной (70S или 80S) рибосоме. [c.168]

    Установление точных размеров и формы рибосом представляет собой трудную задачу. В настоящее время считают, что диаметр бактериальных рибосом составляет приблизительно 22 нм, а длина частицы, возможно, 30 нм.

Рибосомы эукариотических клеток имеют приблизительна в 1,17 раз большие линейные размеры и содержат значительно большее число белков —около тридцати в малой субчастице и около сорока в большой [89].

Однако есть основание думать, что число белков, существенных для функционирования, в рибосомах эукариотических клеток такое же, как и в рибосомах Е. oli [90]. Интересно, что белки эукариотических рибосом (так же, как и молекулы рРНК) значительно крупнее, чем белки бактериальных рибосом.

Митохондриальные рибосомы в некоторых отношениях напоминают бактериальные, но имеют большие размеры и содержат приблизительно 66% белка (в рибосомах Е. oli содержание белка составляет лишь 35%). [c.228]

Важно

    В основе действия mh fhx известных в настот1щее время наиболее эффективных антибиотиков лежит блокирование синтеза белка на рибосомах.

Высокая эффективность этих замечательных лекарственных препаратов объясняется тем, что они подавляют синтез белка бактериальными 705-рибосомами, не влияя при этом на рибосомы эукариотических клеток.

В других случаях избирательная токсичность антибиотиков обусловлена значительно более высокой проницаемостью бактериальных мембран по сравнению с мембранами животных клеток. [c.240]

    Помимо рибосом (миторибосом), сходных по виду с бактериальными рибосомами, и небольших кольцевых молекул ДНК, митохондрии содержат различное число плотных гранул фосфата кальция [65], либо Саз(Р04)2, либо гидроксилапатита (дополнение 5-Д). [c.393]

    Биосинтез пептидных антибиотиков осуществляется по принципу, отличному от принципа биосинтеза белков на рибосоме. Исследования, впервые предпринятые Липманном [796] на примере бактериального пептидно- [c.297]

    Исследования функциональной роли рибосом щли параллельно с их обнаружением и структурным описанием. Первой убедительной демонстрацией того, что именно рибонуклеопротеидные частицы микросом ответственны за включение аминокислот в новосинте-зированный белок, были эксперименты П.

Замечника с сотрудниками (США), опубликованные в 1955 т.

За этим последовали эксперименты из той же лаборатории, показавшие, что свободные рибосомы, не прикрепленные к мембранам эндоплазматического ретикулума, также включают аминокислоты и синтезируют белок, освобождающийся затем в растворимую фазу (1957).

Функции бактериальных рибосом были предметом интенсивных исследований группы Р. Б. Робертса (США) К. Мак Киллен, Р. Б. Робертс и Р. Дж. Бриттен в 1959 г. окончательно установили, что белки синтезируются в рибосомах и затем распределяются по другим частям бактериальной клетки. [c.50]

Совет

    Какова же скорость движения рибосомы вдоль информационной РНК В бактериальной клетке, например, Е. oli, белок размером около 300 аминокислотных остатков, синтезируется приблизи- [c.54]

    Малая (30S) субчастица бактериальной рибосомы содержит РНК длиной около 1500—1600 нуклеотидных остатков (1542 в Е. oli), обозначаемую как 16S РНК. Соответственно, молекулярная масса этой РНК составляет около 0,5 10 дальтон. 16S есть коэффициент седиментации (i o,w) этой РНК в изолированном состоянии при концентра- [c.69]

    Большая (50S) субчастица бактериальной 70S рибосомы имеет РНК длиной около 3000 нуклеотидных остатков Молекулярная масса ее около 10 дальтон.

В отношении ее коэффициентов седиментации и компактности в изолированном состоянии можно сказать то же, что говорилось при рассмотрении 16S РНК при ионных силах около 0,1 в отсутствие Mg2+ она имеет коэффициент седиментации около 23S и промежуточную компактность присутствие Mg2+, а также полиаминов, делает ее существенно [c.69]

    По величине и многим другим особенностям рибосомы бактерий сходны с рибосомами митохондрий и хлоропластов. Бактериальная клетка содержит примерно от 5000 до 50000 рибосом число их тбм больше, чем быстрее растет клетка. Во время активного синтеза белков на электронных микрофотографиях тонких срезов клетки можно видеть правильные цепочки рибосом. Это рибосомы, связанные наподобие бус на цепи мРНК их называют полирибосомами или полисомами. [c.22]

    Большая (60S) субчастица эукариотической 80S рибосомы содержит существенно более крупную РНК, чем бактериальная 23S РНК.

Эта эукариотическая РНК обозначается как 26S или 28S РНК и имеет молекулярную массу от (1,2—1,3) 10 дальтон у грибов и высших растений до (1,6—1,7) 10 дальтон у птиц и млекопитающих.

Соответственно, цепь 26S РНК Sa haromy es состот из 3392—3393 нуклеотидных остатков, а цепь 28S РНК крысы —из 4700—4800 нуклеотидных остатков.

С 26S—28S РНК тесно ассоциирована низкомолекулярная 5,8S РНК, состоящая из 160 нуклеотидных остатков и, как уже указывалось, представляющая собой гомолог 5 -концевой последовательности бактериальной 23S РНК диссоциация 5,8S РНК от 28S РНК достигается лишь в результате разворачивания под действием температуры или денатурирующих агентов. [c.70]

Обратите внимание

    Существует много специфических ингибиторов пептидилтрансферазной реакции, катализируемой как прокариотическими, так и эукариотическими рибосомами.

Все они, как и можно было ожидать, действуют на большую (50S или 60S соответственно) субчастицу рибосомы и имеют к ней большее или меньшее сродство.

Многие классические антибиотики, используемые для лечения бактериальных инфекций,— ингибиторы пептидилтрансферазы прокариотической 70S рибосомы. [c.188]

    Линкомицин. Этот антибиотик (рис. 103) также действует только на бактериальные 70S рибосомы, но не на эукариотические 80S рибосомы. Место связывания антибиотика — пептидилтрансферазный центр на 50S субчастице. Линкомицин конкурирует с хлорамфениколом за связывание с рибосомой.

По-видимому, он ингибирует взаимодействие акцепторного субстрата с пептидилтрансферазным центром по конкурентному механизму.

Химическая структура линкомицина, как и хлорамфеникола, характеризуется наличием амидной связи и группы, имитирующей пептидную группу, смежную с С -атомом аминокислотного остатка (только вместо кислоты здесь опять спирт). [c.190]

    Рибосомы. Рибосомы служат местом синтеза белка. На электронных микрофотографиях они видны как частицы, лежащие в цитоплазме. Рибосомы бактерий имеют размеры 16×18 нм. Примерно 80-85 % всей бактериальной РНК находится в рибосомах.

Так как интактные рибосомы бактерий при ультрацентрифугировапии оседают со скоростью, составляющей около 70S, их называют 708-рибосомами. Цитоплазматические рибосомы эукариот, за немногими исключениями, несколько крупнее, и их называют 808-рибосомами.

[c.22]

Важно

    Имеется целый рад белковых токсинов бактериального и растительного происхождения, которые являются мощными ингибиторами эукариотической (животной) белоксинтезирующей системы. Эти токсины блокируют элонгационную фазу трансляции.

Все они обладают каталитическим (энзиматическим) механизмом действия. Мишенью их действия оказалась стадия транслокации элонгационного цикла эукариотической рибосомы. Наиболее изученным примером является дифтерийный токсин. [c.

214]

    Модель строения бактериальной хромосомы должна объяснять также прохождение в клетке процессов транскрипции и трансляции. Согласно существующим представлениям суперспирализован-ные петли соответствуют неактивным в данное время участкам ДНК и находятся в центре нуклеоида.

По его периферии располагаются деспирализованные участки, на которых происходит синтез информационной РНК (иРНК), при этом, поскольку у бактерий процессы транскрипции и трансляции идут одновременно, одна и та же молекула иРНК может быть одновременно связана с ДНК и рибосомами (рис. 19).

[c.58]

    Большинство макролидных антибиотиков, попадая в бактериальную клетку, взаимодействует с рибосомами — внутриклеточными органеллами, на которых происходит синтез белка. После образования комплекса с макроли-дом рибосома теряет способность выполнять свою функцию, и бактерия гибнет от недостатка белкового синтеза. [c.67]

Источник: https://www.chem21.info/info/103253/

Ссылка на основную публикацию