Het wonderlijke ribosoom

Vanmorgen was er een lezing van Ada Yonath aan de Universiteit van Padua. Zij ontving in 2009 de Nobelprijs voor Scheikunde voor haar onderzoek op het ribosoom. Haar groep bestudeerde met kristallografie de structuur van het ribosoom en ontdekte veel nieuws over de symmetrie ervan en over de gevoeligheid voor antibiotica.

 

Van internet: in de celkern vindt transcriptie plaats met vorming van mRNA. Dit migreert naar het cytoplasma waar het mRNA vertaald wordt door de ribosomen (lichtblauwe bollen langs het mRNA). De tRNA met hun anti-codon en aminozuur plaatsen zich in het ribosoom waar het aminozuur verbonden wordt met de groeiende peptide.

Het DNA bevat de genetische informatie die tijdens de transcriptie omgezet wordt in RNA (mRNA ofwel messenger RNA). Het RNA wordt door de ribosomen vertaald in eiwitten. De eiwitten vouwen zich en worden dan functioneel; ze voeren alle chemische reacties uit die de cel nodig heeft (enzymen) of vormen structurele elementen, hormonen of receptoren.

Het ribosoom zelf bestaat ook uit RNA en een aantal eiwitten.

RNA is het belangrijkste onderdeel van het ribosoom. De eiwitten die er ook deel van uitmaken hebben vaak een stabiliserende functie. Sommige eiwitten zijn sterk geconserveerd wat aangeeft dat hun functie erg belangrijk is voor de activiteit van het ribosoom. Maar het ribosomale RNA heeft op zichzelf een catalyserende functie en kan zonder hulp van deze eiwitten functioneren. Dit wordt het ribozyme genoemd. Eiwitten kunnen alleen door RNA gemaakt worden; niet door andere eiwitten.

 

De studies van Yonath en haar medewerkers laten precies zien wat de fijne structuur van het ribosoom is. Ze konden aantonen dat het ribosoom een symmetrische kern heeft. Deze kern van RNA is sterk geconserveerd en komt voor 98% overeen in alle levensvormen. Dit betekent dat deze kern een bijzonder essentiële functie heeft. Ze veronderstellen dat deze actieve site van het ribosoom door genfusie van twee gescheiden maar vergelijkbare domeinen tot stand is gekomen, waarbij elk voor de helft van de catalytische activiteit zorgde. Deze sterke conservatie geldt niet de sequentie van het RNA in deze vitale symmetrische kern, maar de driedimensionale structuur. Dit wijst erop hoe belangrijk de positie van de substraten is in de stereochemie bij de vorming van peptidebindingen.

 

Ook Yonath veronderstelt dat er ooit een RNA-wereld bestond waarin het ribozyme het eerste ‘enzyme’ was. Zij stelt wel de vraag waarom het RNA ooit begonnen is met het produceren van eiwitten.

De eiwitten die zich later bij het ribozyme voegden verhoogden er de efficiëntie en de nauwkeurigheid van. Huidige ribosomen maken 1 fout op een miljoen.

 

Hun studie heeft ook veel aan het licht gebracht over rotatie en antibiotica.

De rotatie van het tRNA (het transfer RNA dat aminozuren aanvoert die één voor één gekoppeld worden aan de peptide) binnen het ribosoom is belangrijk voor de stereochemische vorming van de peptidebinding.

Antibiotica binden aan de ribosomen van bacteriën. De ribosomen van hogere organismen hebben een andere structuur en zijn ongevoelig voor antibiotica. Door de binding van het ribosoom met antibiotica wordt de vertaling van het mRNA ofwel de eiwit-synthese stopgezet en de bacteriën sterven. Ze konden waarnemen waar de verschillende antibiotica zich precies vasthechtten en hoe ze de synthese verstoorden.

 

Ada Yonath liet ons ook het volgende filmpje zien dat gelukkig op youtube terug te vinden was. Er is een lang molecuul van mRNA te zien dat door de twee subuniteiten van het ribosoom vertaald wordt. Er wordt ingezoomd op de tRNA die met hun aminozuren het ribosoom binnenkomen, hun aminozuur afleveren en zonder aminozuur uitgestoten worden.

 

 

 

Meer informatie en prachtige afbeeldingen zijn te vinden op de website van Ada Yonath.

 

 

De oorsprong van het leven: lezing

John Maynard Smith (1920-2004) was een Engelse evolutiebioloog en geneticus, en vertelt in de volgende lezing eigenlijk alles wat je over evolutie zou moeten weten. Dit Royal Institution Discourse uit 1995 duurt ongeveer een uur.

Ten eerste definieert hij wat leven is en legt de nadruk op het feit dat informatie erfelijk moet zijn. Daarna legt hij uit hoe het leven heeft kunnen ontstaan en spreekt over het eeuwige ‘kip en ei’-probleem: wat was er nu eerst; de proteïnen (eiwitten) of het RNA dat voor de proteïnen codeert. Hij belicht dan de grote rol die ribozymen mogelijk hebben gespeeld. Ribozymen zijn RNA-moleculen die ook kunnen functioneren als enzymen (zie ook voorgaande blog). Gewoonlijk zijn enzymen proteïnen (eiwitten), maar dit oer-RNA kon dus zowel informatie vasthouden als translatie bewerkstelligen. Hij merkt op dat aminozuren (de bouwstenen van proteïnen) makkelijk deel uit konden maken van de oersoep (zie experiment van Urey-Miller), maar legt niet uit waar de eerste nucleotiden vandaan kwamen (de bouwstenen van DNA en RNA). Daarna zet hij uiteen wat de grote evolutionaire stappen waren die uiteindelijk de kenmerken van onze soort bepaald hebben: de evolutie van het chromosoom, van sex, taal, schrift en de uiteindelijke ‘electronische’ evolutie.

De lezing voltrekt zich binnen een echte oude britse academische sfeer, maar de ideeen zijn springlevend.
http://video.google.com/googleplayer.swf?docid=4961537793081085343&hl=it&fs=true