Molekulární Struktura Odhaluje, Jak Antibiotikum Streptomycin Funguje | BNL Redakce

Molekulární Struktura Odhaluje, Jak Antibiotikum Streptomycin Funguje

5. září 2013

Streptomycin byl první antibiotikum vyvinuté k léčbě tuberkulózy přesto až do nedávné doby, vědci ne zcela pochopit, jak to funguje na molekulární úrovni. Věděli, že streptomycin blokuje kritický proces, syntézu proteinů ribozomy vedoucí ke smrti bakteriálních buněk, ale určité podrobnosti interakce zůstaly neobjevené. V Národním Synchrotronovém světelném zdroji Brookhaven National Laboratory použili vědci k dokončení obrazu rentgenovou krystalografii.

A) pásový diagram vazebného místa streptomycinu ribozomu. B) detail obdélníkové oblasti popsané v a. Streptomycin je reprezentován jako žluté sHcks a koule, šroubovice jsou barevné červené, tmavě zelené, azurové, oranžové a modré.

Streptomycin je členem rodiny antibiotik, které pracují tím, že přerušení funkce bakterií buňky ribozomy, složité molekulární stroje, které vytvářejí bílkoviny spojením aminokyselin dohromady. Ribozomy, hlavní cíl pro antibiotika, která působí inhibicí syntézy proteinů, mají dvě hlavní části nebo „podjednotky“.“

větší podjednotka vytváří protein, vedený typem RNA zvaným messenger RNA (mRNA), který se na ni váže. Malá podjednotka „přečte“ mRNA a vybere odpovídající molekulu RNA (tRNA), která vybere a dodá další aminokyselinu do ribozomu. Zde hraje roli streptomycin. Váže se blízko k malé podjednotce, což způsobuje, že vážně špatně čte sekvenci. To má za následek syntézu náhodných proteinů, které nakonec bakterie ničí. Ale jak to neporozumění došlo, zůstává záhadou, dokud nedávná studie vědců z Brown University a multi-instituce Severovýchodní Kolaborativní Přístup Týmu v Argonne National Laboratory (spravovaný Cornell University).

vytvořením crystal – uspořádané struktury z identických jednotek – malá ribozomální podjednotka se váže na mRNA v přítomnosti streptomycinu, vědci generované několik podrobných „momentky“, která odhalila klíčové molekulární úrovni podrobnosti o interakci, v konečném důsledku ukazuje, jak streptomycin narušuje funkci podjednotky. Na NSLS. X25, používají techniku zvanou x-ray krystalografie, ve kterém paprsku x-záření je zaměřen na krystalu, interaguje s molekulami, a výnosy složité difrakční obrazec. Ze vzoru, s pomocí počítačového softwaru, skupina vytvořila vizuální reprezentace komplexu podjednotky-mRNA-streptomycin.

stručně řečeno, vědci mohli „vidět“ poprvé subtilní způsoby, v nichž streptomycin narušuje strukturu podjednotky je dekódování stránkách, což způsobuje, že je nesprávně čtení mRNA. Například vazba streptomycinu snižuje vzdálenost mezi dvěma z mnoha šroubovic, které tvoří molekulární strukturu podjednotky. To je zvláště významné, protože tyto šroubovice tvoří skutečné dekódovací místo a dekódování probíhá správně, pouze pokud jsou tyto prvky orientovány přesně správně s ohledem na mRNA a vybranou tRNA. Vazba na Streptomycin také indukuje změnu vztahu mezi jednou z těchto dvou šroubovice a třetí šroubovice, což způsobuje, že se jedna odtáhne od druhé nebo se „uvolní“.“

konečný výsledek všechny tyto drobné změny, je to, že streptomycin destabilizuje vazbu mezi podjednotky a „správné“ tRNA, zatímco současně stabilizaci vazba podjednotky na „špatné“ tRNA, a tím účinně odstraní diskriminaci mezi správnou a špatnou tRNA. To způsobuje zmatek v bakteriálním dodavatelském řetězci pro nové proteiny, což narušuje reprodukci bakterií a životní cyklus.

„Naše konstrukční studie odhalila, že streptomycin vyvolává překvapivě velké narušení bakteriálních ribosomů, které nám pomáhají pochopit, jak toto antibiotikum zasahuje do syntézy proteinů v bakteriích,“ řekl vedoucí výzkumník Gerwald Jogl, profesor biologie v Hnědé, Molekulární Biologie, Buněčné Biologie & Oddělení Biochemie. „Další z našich současných poznatků, jsme nyní studuje, jak mutace v bakteriálních ribozomech může neutralizovat tyto strukturální přestavby a umožňují bakteriím přežít jinak smrtící účinek streptomycinu.“

Tento výzkum byl publikován v lednu 15, 2013 vydání Nature Communications, pod názvem „strukturální základ pro streptomycin-vyvolané chybně genetického kódu.“Podpora přišla od Národních ústavů zdravotnictví a ministerstva energetiky.

2013-4251/INT | EXT / Newsroom