3篇Science论文解析蛋白质合成机制

　　

生物通报道  在信使RNA (mRNA)翻译为蛋白质的过程中，转移RNA (tRNA)和mRNA必须同步移动通过核糖体的内部通道，否则就会有移码突变风险，生成异常的蛋白质。科学家们已经了解了这一过程背后的一些生物化学机制，证实糖核体具有一些移动的元件，使得它以每秒20次轻微移动的速率让tRNA快速精确地通过。然而，解析中间状态时核酸、核糖体和酶之间的联系并非是易事。

最新一期（6月27日）的《科学》（Science）杂志上同期发表了3篇研究论文，阐明了时间为50毫秒的过程。通过捕获核糖体易位（translocation）几个中间阶段的晶体结构，科学家们将这一复杂分子机器的移动元件进行了成像。

“这是十多年来我们的一个重要目标，实现它非常的困难。这些动态的复合物并不会坐下来等着你给它们拍照，”加州大学圣克鲁斯分校教授Harry Noller说。他的实验室一直在针对核糖体和核糖体RNA开展一些最基础的研究。

在这一易位舞蹈过程中有4个重要的参与因子需要进行捕获，它们分别是核糖体、tRNA、mRNA和延伸因子EF-G。EF-G催化了复合物移动通过核糖体。Noller实验室将前三者进行了共同培育，而让EF-G仍然附着在核糖体上以对其进行结晶至关重要。Noller和同事们将EF-G与不可水解GTP类似物GDPNP，或抗生素夫西地酸（fusidic acid）一起进行了孵育，后两者可以阻止EF-G与核糖体分离。

研究小组在捕获了正易位的核糖体后，利用10天时间结晶出了这一复合物。收获晶体之后，研究人员将它们冷冻在液氮中，用X射线进行了扫描。对衍射数据进行了分析。

在以往的研究中，Noller课题组曾证实tRNA的一端首先沿着大亚基移动，而另一端则处于一种所谓的混杂（hybrid）状态。这一步涉及核糖体30s亚基的旋转，可自然发生。当前的研究证实，在接下来的步骤中，mRNA和tRNA移动通过核糖体需要能量；30S亚基头部旋转15-18度。“30S亚基头部使得tRNA旋转，mRNA与之一起移动。这就是第二步发生的经过，”Noller说。

如果mRNA和tRNA不完全同步，密码子将会被错误翻译，导致潜在无功能或是有毒的蛋白质。Noller发现两个普遍保守的核糖体RNA (rRNA)碱基插入到了mRNA的碱基之间，阻止了易位倒退。

在另外两篇研究论文中，诺贝尔奖获得者Venkatraman Ramakrishnan，和剑桥MRC分子生物学实验室的同事们报告了处于易位过程中另一中间状态的一个核糖体的晶体结构。而来自加州大学伯克利分校的Arto Pulk和同事们则描述了不同版本的核糖体亚基旋转的中间状态晶体结构。

Noller说：“我们现在拥有了处于易位周期几个关键点的结构。你可以说我们获得了四种不同的状态。但Disney想获得400个结构，你现在可以开始在现实生活中观看到这一易位电影。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文索引：

1. Zhou, J., L. Lancaster, J.P. Donohue, and H.F. Noller. 2013. Crystal structures of EF-G–ribosome complexes trapped in intermediate states of translocation. Science 340. Published online 06/27/2013.

2. Tourigny, D.S., I.S. Fernández, A.C. Kelley, and V. Ramakrishnan. 2013. Elongation factor G bound to the ribosome in an intermediate state of translocation. Science 340. Published online 06/27/2013.

3. Pulk, A., and J.H.D. Cate. 2013. Control of ribosomal subunit Rotation by Elongation Factor G. Science 340. Published online 06/27/2013.