یک مطالعه جدید در مرکز CSIR در مورد زیست شناسی سلول و مولکولی نشان می دهد که خطاهای جزئی در سنتز پروتئین می تواند برای سلول ها سودآور باشد ، از آنها خواسته می شود و به آنها امکان احساس و پاسخ دادن به مولکول های سمی را می دهد. این تعیین می کند که چگونه طبیعت به دقت دست می یابد و هنوز هم انعطاف پذیر باقی می ماند ، و به سلول ها اجازه می دهد حتی در شرایط بسیار نامطلوب از طریق مکانیسم های مولکولی دقیق توسعه یا تغییر دهند.
حدود 3.5 میلیارد سال پیش ، هنگامی که اولین سلول های زنده روی زمین شکل گرفتند ، شرایط آب و هوایی بسیار دلپذیر نبود. سرزمین باستانی با تابش ماوراء بنفش بمباران شد و با دمای شدید روبرو شد. چنین شرایطی برای تولید مولکول ها شناخته شده است ، که به طور گسترده ای به عنوان اکسیژن فعال (ROS) در سلول ها طبقه بندی می شوند. آنها به سلولها کمک می کنند تا در شرایط استرس زا با موفقیت زنده بمانند. با این حال ، تولید بیش از حد آنها همچنین می تواند به روش های مختلف به سلول ها آسیب برساند. یکی از این نتیجه های نامطلوب ، اختلال در سنتز پروتئین در سلول ها است.
یک مطالعه جدید توسط آزمایشگاه Rajan Sankanaranan در مرکز CSIR برای زیست شناسی سلول و مولکولی ، حیدرآباد ، نشان می دهد که خطاهای کوچک در سنتز پروتئین تحت استرس می تواند از سلول ها بهره مند شود. این خطاها می تواند به سلول ها کمک کند تا تولید بیش از حد ROS در سلول ها را تشخیص داده و مکانیسم های محافظ را در پاسخ فعال کنند.
تیم Sankaranarayanan عملکرد آنزیم های به نام Aminoacil-Trne Synthetase (AARS) را که به سنتز پروتئین کمک می کند ، بررسی کرد. پروتئین ها از بیست اسید آمینه مختلف ساخته شده اند که یکی در توالی های خاص به دیگری متصل است. و برای هر اسید آمینه یک AAR مربوطه وجود دارد که دارای اسید آمینه خاص است و علاوه بر این ، پروتئین تشکیل شده در یک سلول را کاتالیز می کند. بعضی اوقات AARSS می تواند اسیدهای آمینه اشتباه را انتخاب کند. با این حال ، این آنزیم ها دامنه های ویرایشی را ایجاد کرده اند که چنین خطاهایی را مشخص می کنند و آنها را اصلاح می کنند.
در این مطالعه ، دانشمندان عملکردهای ویرایش دامنه را در دو سنتتاز آمینوائاکیل بسیار مشابه ساختاری مورد بررسی قرار دادند – یکی که اسید آمینه آلانین (به نام alari) و دیگری را برای ترئون انتخاب می کند (به نام THRR). در بین پروتئین ها ، چنین ساختارهایی معمولاً عملکردهای مشابهی را نشان می دهند. با این حال ، این دو آنزیم ناسازگاری را در عملکردهای ویرایش خود نشان می دهند. در حضور ROS ، THRRS بیشتر پیشنهاد می شود تا اسید آمینه اشتباه را نسبت به آلاری ها متصل کند.
دانشمندان به دنبال دلایل این اختلاف در ساختارهای این دو آنزیم هستند. تصاویر اتمی از ساختارهای آنها نشان داده است که دامنه ویرایش آلورها با یون روی همراه است.
یون روی در حوزه ویرایش Alaries به طور جهانی حفظ شده است ، یعنی. هشدارهای همه اشکال زندگی روی زمین ، از باکتری ها تا انسان ، یون روی را در این مکان وصل می کند. با این حال ، تعجب آور بود که توجه داشته باشید که چنین یون روی شرور در Alari را نمی توان به هیچ یک از عملکردهای شناخته شده به عنوان یون فلزی در پروتئین ، مانند حمایت از ساختار یا نقش در فعالیت کاتالیزوری نسبت داد ، “” ”
Jotin Gogoy ، اولین نویسنده این مطالعه ، گفت.
در عوض ، این مطالعه نشان داد که یون روی از عملکرد کاتالیزوری آلورها از ROS در سلولهای تحت استرس محافظت می کند. یعنی علیرغم شرایط استرس زا در سلول ، ALAR ها به طور مداوم آلانین را انتخاب می کنند و هیچ اسید آمینه دیگری نیست.
اینجاست که THRR متفاوت است. دانشمندان دریافتند که دامنه ویرایش TRR با یون روی همراه نیست ، اگرچه دارای یک جیب از نظر ساختاری شبیه به آلورها است. آنها تفاوت اساسی در موقعیت پروتئین پیدا کرده اند که تأثیر نازک بر ساختار THRR دارد و از اتصال یون روی در حال حاضر جلوگیری می کند. دانشمندان پیشنهاد می کنند که فقدان یون های روی توانایی ویرایش THRR را تحت استرس به خطر می اندازد. این بدان معنی است که وقتی THRRS اسید آمینه اشتباه را به هم وصل می کند ، خطای بدون توجه به دامنه ویرایش آن منجر به گنجاندن اسید آمینه نامنظم در پروتئین تازه شکل گرفته می شود.
Sankanarayanan گفت ،
واضح است که عملکرد ویرایش هر دو Alari و Thrr حداقل پیاز وجود دارد ، با اختلاف آنها در اتصال یون روی. “لوک به آخرین جد مشترک جهانی ، یک جد فرضی از همه اشکال زندگی امروز اشاره دارد.
نه تنها این ، دانشمندان همچنین اظهار داشته اند که اشتباهات انجام شده توسط THRR در ترجمه پروتئین به ایجاد آماری بیشتر در سلول ها کمک می کند. Sankaranarayanan توضیح داد: “خطاهای تصادفی در فرآیندهای ترجمه پروتئین منجر به تنوع بیشتری در پروتئین ها می شود. این انواع پروتئین های آماری نامیده می شوند. تعداد بیشتری از پروتئین های آماری احتمال بقا را در استرس مختلف زیست محیطی افزایش می دهد ، اگرچه بیشتر راه اندازی می شود.
چنین مکانیسم هایی به سلول ها کمک می کنند تا در طیف وسیعی از ساختارهای پروتئین پایدار روی یک مدل باریک کار کنند. هر بار که پروتئین ساخته می شود ، می توان تغییرات خوبی در ترکیب و ساختار آنها ایجاد کرد. این تغییرات اغلب پایداری ساختاری پروتئین را حفظ می کند و برخی می توانند عملکرد پروتئین را تغییر دهند. اگر این تغییرات مفید باشد ، آنها متعاقباً تغییرات لازم در ژن ها را دیکته می کنند تا آنها را دائمی تر کند.
Deepak Nair ، استاد مرکز منطقه ای بیوتکنولوژی ، فریدآباد ، یک متخصص در مطالعه آنزیم ها و مربوط به مطالعه نیست ، این نکته را توجیه می کند. وی اظهار داشت: “این مطالعه روشن می كند كه چگونه دستگاه همگام پروتئین نیازهای متناقض با وفاداری بالا و مقدار محدودی برای تکامل در سنتتازهای گرانبها را نیز تعادل می بخشد ، همچنین نمونه خوبی از چگونگی ، حتی با همان ساختار اصلی ، تغییر در چند اسیدهای آمینه مهم در پروتئین ها می تواند منجر به ویژگی های شیمیایی جدید شود كه ميزان مي كنند كه ميزان مي كنند.
