Incident u tvornici proteina

Kako antibiotici paraliziraju sintezu proteina u ribosomu

Antibiotici tiostrepton (svijetloplava, lijeva slika) i mikrokokcin (ljubičasta, desna slika) blokiraju biosintezu proteina u ribosomu bakterija blokirajući ključna mjesta. © Jörg Harms
čitati naglas

U sintezi proteina genetski se kod pretvara u lanac aminokiselina koji se tada saviju u trodimenzionalnu strukturu proteina. Ako je poremećena biosinteza proteina, životni se mehanizam zaustavlja. Stoga je popularna meta antimikrobnih lijekova koja su dizajnirana za ubijanje neželjenih patogena. I tako se većina novorazvijenih antibiotika miješa s tim složenim procesom na ribosomu. Po prvi put su znanstvenici uspjeli vizualizirati pristajanje antibiotika na novom mjestu tvornice bakterijskih proteina, ribosoma, u tri dimenzije.

Istraživači sa Sveučilišta u Frankfurtu na Majni stekli su nove spoznaje o procesu biosinteze proteina, o čemu izvještavaju u trenutnom broju časopisa Molecular Cell.

Na početku biosinteze proteina ribosom se sastoji od dvije podjedinice, jedne male, koja je odgovorna za prijevod genetskog koda, i velike, kod koje su aminokiseline povezane u lanac. Strukturalni nalazi o mjestima vezanja i funkciji antibiotika na velikoj podjedinici povezani su s mjestom sakupljanja novonastalog proteina (centar za peptidil-transferazu).

Važni nalazi za razvoj novih antibiotika

Znanstvenici pod vodstvom profesora Paola Fucinija iz Frankfurtskog makromolekularnog kompleksa Klaster izvrsnosti, sada su uspjeli strukturno demonstrirati poremećaj druge važne funkcionalne regije (GTPase pridružene regije) djelovanjem tri tiopeptidna antibiotika. To ne samo da je pružilo važan uvid u razvoj novih, učinkovitih antibiotika, već je otkrilo i još jedan dio zagonetke za temeljito razumijevanje procesa koji je uključen u sintezu proteina.

Biosinteza proteina u ribosomu slična je vezivanju dugog lanca proteina s proizvodnom linijom. Za proces bez problema odlučuju se ispravno pozicioniranje kao i uredno napredovanje prijenosne RNA (tRNA) na montažnoj liniji, koja se naziva i translokacija. TRNA, da tako kažem, čita nacrt proteina koji će se sintetizirati na jednom kraju, a na odgovarajućem dijelu daje odgovarajuću aminokiselinu. Energiju potrebnu za to osiguravaju takozvani faktori izduživanja, koji pristaju u GTPase pridruženu regiju u ribosomu. prikaz

Antibiotici ometaju biosintezu proteina

Kako antibiotici ometaju ovaj proces? Istraživački tim otkrio je da se dva ispitivana antibiotika - tiostrepton i nosiheptid - preklapaju s kontaktnim dijelom faktora produženja-G (EF-G), blokirajući nadopunu energije. Osim toga, oni izazivaju konformacijsku promjenu molekularnog okoliša, tako da ispravno vezanje i funkcija ovog faktora produljenja više nije moguća. Tako se sprječava pravilno pozicioniranje t-RNA, što u konačnici dovodi do zastoja biosinteze proteina na ribosonalen Flie bandu.

S druge strane, mikrokokcin, treći proučeni antibiotik, stvara gotovo suprotno: dovodi do konformacijske promjene koja podržava vezanje relativno fleksibilnog ribosomalnog proteina, pružajući na taj način optimalno kontaktno okruženje za faktor izduživanja stvara. Prvi put je to bilo moguće u okviru istraživačke suradnje, u koju su bili uključeni Max Planck Institut za molekularnu genetiku i Charit u Berlinu, kao i sveučilišta u Münchenu i Marburgu Razina je prikazana.

Već novi lijekovi?

Antimikrobni učinak antibiotika u ovom slučaju je oblikovanje samo ovog jednog stanja, tako da je relativno varijabilno područje za druga stanja, kao i druge faktore izduživanja, blokirano. Dakle, ovdje se zaustavlja i biosinteza proteina.

Iako ovdje proučeni antibiotici ne utječu na ljudske ili životinjske stanice, trenutna istraživanja pokazala su da utječu i na rast parazita protiv malarije. Dakako, dobivene strukturne obvezujuće informacije mogu se koristiti posebno za stvaranje novih lijekova.

(idw - Sveučilište u Frankfurtu (Main), 14.04.2008 - DLO)