Trang Chính
Portal
Tìm kiếm
Latest images
Đăng ký
Đăng Nhập
Trong hai nghiên cứu mới, các nhà khoa học đã công bố những quan sát chi tiết về các tương tác cơ học và hóa học phức tạp cho phép ribosome-bộ máy lắp ráp protein-chèn một protein đang hình thành (growing protein) vào màng tế bào.
Nghiên cứu thứ nhất, đăng trên tạp chí Nature Structural and Molecular Biology, cho thấy hình ảnh chi tiết từng nguyên tử ở giai đoạn chính của quá trình chèn protein: thời điểm ngay sau khi ribosome chui vào một kênh trên màng (membrane channel) và protein mới hình thành theo lối này đi vào màng và “cư ngụ” tại đó.
Các nhà khoa học lý thuyết máy tính ở Đại học Illinois hợp tác với các nhà khoa học thực nghiệm ở Đại học Munich thực hiện nghiên cứu này. Sử dụng kính hiển vi điện tử lạnh (cryo-electron microscope, cryo-EM) để lấy hình ảnh từng thời điểm trong quá trình chèn, các nhà nghiên cứu ở Munich có thể ghi được những hình ảnh khó về cách các thành phần riêng lẻ - ribosome, màng, kênh màng và protein mới hình thành-cùng tham gia thực hiện một công việc. Mỗi cấu trúc này đã được phân tích riêng rẽ, nhưng chưa có nghiên cứu nào thành công trong việc một lần ghi hình được tất cả các tương tác.
Hình: Giáo sư lý sinh học Klaus Schulten (phải) và nhà nghiên cứu James Gumbart (trái) của Đại học Illinois sử dụng hình ảnh cryo-EM và thông tin cấu trúc chi tiết về ribosome và các phân tử khác để thiết kế mô hình hệ thống chi tiết mức nguyên tử, kéo protein đang hình thành vào màng tế bào.
Nhà khoa học ở Illinois có đóng góp lý thuyết máy tính quan trọng để chuyển các cấu trúc được tái tạo qua cryo-EM dưới dạng cấu trúc chi tiết ở mức nguyên tử (atom-by-atom), và kiểm tra việc dịch nghĩa thông qua việc mô phỏng,” GS Roland Backmann, đồng tác giả ở Đại học Mucnich nói. “Sự phối hợp trong nghiên cứu của chúng tôi là rất độc đáo khi kết hợp thành công phương pháp tin học và thực nghiệm”.
Để ghi hình ảnh tương tác của ribosome với màng, nhóm của GS Beckmann sử dụng các đĩa nhỏ ở màng được gắn với nhau bằng các sợi thắt lipoprotein đã được chỉnh sửa. Gs Sinh Hóa ở Đại học Illinois, Stephen Sligar đã tiên phong phát triển ứng dụng của các đĩa nano-“nanodiscs”.
Nhóm nghiên cứu ở Illinois sử dụng các hình ảnh từ cryo-EM cũng như các thông tin chi tiết về cấu trúc của ribosome và các phân tử khác để thiết kế mô hình của toàn bộ hệ thống chính xác đến mức độ nguyên tử và “kết hợp với việc đối chiếu các protein đó với các hình ảnh của chúng trên kính hiển vi điện tử,” Giáo sư vật lý và lý sinh Klaus Schulten nói.
“Ribosome với màng và các thành phần khác là kết quả mô phỏng từ hơn 3 triệu nguyên tử,” GS. Schulten nói, một kỳ công được hoàn thành bởi một máy tính mạnh và “hơn 20 năm kinh nghiệm phát triển phần mềm xây dựng mô hình phân tử sinh học”.
Quá trình phân tích này cho thấy các vùng của kênh màng tế bào thực sự sẽ tiến đến đầu ra của ribosome để dẫn đưa protein mới hình thành đi vào kênh này. Tùy thuộc vào loại protein nào được hình thành, kênh này sẽ bằng mọi cách xâu chuỗi protein xuyên qua màng để tiết ra ngoài hoặc, như trong trường hợp này, mở một cánh cửa một chiều để dẫn dắt trực tiếp protein đi vào trong màng. Các nhà nghiên cứu cũng thấy trong lần đầu này rằng ribosome có vẻ đã tương tác trực tiếp với bề mặt màng trong suốt quá trình này.
Các nhà nghiên cứu phát hiện thấy một trình tự tín hiệu ở giai đoạn đầu tổng hợp các sợi protein xuyên qua kênh và neo giữ lại trên màng. Nghiên cứu trước đây cho biết trình tự tín hiệu này “nói” với ribosome loại protein nào mà nó sẽ tổng hợp, đưa nó đến điểm đến cuối cùng ở bên trong hay bên ngoài tế bào.
“Nghiên cứu này lần đầu mô tả quá trình này, đem lại cho các nhà nghiên cứu hình ảnh đầu tiên về cách các protein mới sinh đi vào màng.” GS. Schulten bình luận. “Nó giống như lần đầu tiên con người đến Sao Hỏa và nhìn thấy Sao Hỏa”.
Trong nghiên cứu thứ hai, đăng trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc Gia, Schulten và cộng sự phát hiện ra các protein chèn vào màng theo hai giai đoạn. Đầu tiên, ribosome “đẩy” protein đang hình thành vào kênh trên màng, và sau đó, trong bước thứ hai, protein đi vào màng.
Cú đẩy đầu tiên, được điều khiển bởi năng lượng hóa học mà ribosome thu được từ các phân tử cao năng trong tế bào, cho phép thậm chí là các protein mang điện tích cao đi qua dễ dàng môi trường vô cực (nonpolar) và nhớt của màng.
Nguồn: http://ireb.hueuni.edu.vn/modules.php?name=News&op=viewst&sid=282
Nghiên cứu thứ nhất, đăng trên tạp chí Nature Structural and Molecular Biology, cho thấy hình ảnh chi tiết từng nguyên tử ở giai đoạn chính của quá trình chèn protein: thời điểm ngay sau khi ribosome chui vào một kênh trên màng (membrane channel) và protein mới hình thành theo lối này đi vào màng và “cư ngụ” tại đó.
Các nhà khoa học lý thuyết máy tính ở Đại học Illinois hợp tác với các nhà khoa học thực nghiệm ở Đại học Munich thực hiện nghiên cứu này. Sử dụng kính hiển vi điện tử lạnh (cryo-electron microscope, cryo-EM) để lấy hình ảnh từng thời điểm trong quá trình chèn, các nhà nghiên cứu ở Munich có thể ghi được những hình ảnh khó về cách các thành phần riêng lẻ - ribosome, màng, kênh màng và protein mới hình thành-cùng tham gia thực hiện một công việc. Mỗi cấu trúc này đã được phân tích riêng rẽ, nhưng chưa có nghiên cứu nào thành công trong việc một lần ghi hình được tất cả các tương tác.
Nhà khoa học ở Illinois có đóng góp lý thuyết máy tính quan trọng để chuyển các cấu trúc được tái tạo qua cryo-EM dưới dạng cấu trúc chi tiết ở mức nguyên tử (atom-by-atom), và kiểm tra việc dịch nghĩa thông qua việc mô phỏng,” GS Roland Backmann, đồng tác giả ở Đại học Mucnich nói. “Sự phối hợp trong nghiên cứu của chúng tôi là rất độc đáo khi kết hợp thành công phương pháp tin học và thực nghiệm”.
Để ghi hình ảnh tương tác của ribosome với màng, nhóm của GS Beckmann sử dụng các đĩa nhỏ ở màng được gắn với nhau bằng các sợi thắt lipoprotein đã được chỉnh sửa. Gs Sinh Hóa ở Đại học Illinois, Stephen Sligar đã tiên phong phát triển ứng dụng của các đĩa nano-“nanodiscs”.
Nhóm nghiên cứu ở Illinois sử dụng các hình ảnh từ cryo-EM cũng như các thông tin chi tiết về cấu trúc của ribosome và các phân tử khác để thiết kế mô hình của toàn bộ hệ thống chính xác đến mức độ nguyên tử và “kết hợp với việc đối chiếu các protein đó với các hình ảnh của chúng trên kính hiển vi điện tử,” Giáo sư vật lý và lý sinh Klaus Schulten nói.
“Ribosome với màng và các thành phần khác là kết quả mô phỏng từ hơn 3 triệu nguyên tử,” GS. Schulten nói, một kỳ công được hoàn thành bởi một máy tính mạnh và “hơn 20 năm kinh nghiệm phát triển phần mềm xây dựng mô hình phân tử sinh học”.
Quá trình phân tích này cho thấy các vùng của kênh màng tế bào thực sự sẽ tiến đến đầu ra của ribosome để dẫn đưa protein mới hình thành đi vào kênh này. Tùy thuộc vào loại protein nào được hình thành, kênh này sẽ bằng mọi cách xâu chuỗi protein xuyên qua màng để tiết ra ngoài hoặc, như trong trường hợp này, mở một cánh cửa một chiều để dẫn dắt trực tiếp protein đi vào trong màng. Các nhà nghiên cứu cũng thấy trong lần đầu này rằng ribosome có vẻ đã tương tác trực tiếp với bề mặt màng trong suốt quá trình này.
Các nhà nghiên cứu phát hiện thấy một trình tự tín hiệu ở giai đoạn đầu tổng hợp các sợi protein xuyên qua kênh và neo giữ lại trên màng. Nghiên cứu trước đây cho biết trình tự tín hiệu này “nói” với ribosome loại protein nào mà nó sẽ tổng hợp, đưa nó đến điểm đến cuối cùng ở bên trong hay bên ngoài tế bào.
“Nghiên cứu này lần đầu mô tả quá trình này, đem lại cho các nhà nghiên cứu hình ảnh đầu tiên về cách các protein mới sinh đi vào màng.” GS. Schulten bình luận. “Nó giống như lần đầu tiên con người đến Sao Hỏa và nhìn thấy Sao Hỏa”.
Trong nghiên cứu thứ hai, đăng trên Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc Gia, Schulten và cộng sự phát hiện ra các protein chèn vào màng theo hai giai đoạn. Đầu tiên, ribosome “đẩy” protein đang hình thành vào kênh trên màng, và sau đó, trong bước thứ hai, protein đi vào màng.
Cú đẩy đầu tiên, được điều khiển bởi năng lượng hóa học mà ribosome thu được từ các phân tử cao năng trong tế bào, cho phép thậm chí là các protein mang điện tích cao đi qua dễ dàng môi trường vô cực (nonpolar) và nhớt của màng.
Nguồn: http://ireb.hueuni.edu.vn/modules.php?name=News&op=viewst&sid=282
