Language
Country/Area
No result found
Секрет количества ошибок: почему синтез белка настолько точен?
В мире биохимии синтез белка является одной из основных функций жизни. Однако количество ошибок, связанных с этим процессом, удивило ученых. Согласно исследованиям, частота ошибок при синтезе белка эквивалентна 10 в минус 4-й степени, а это означает, что когда рибосома соединяет антикодон тРНК с кодоном мРНК, она почти всегда способна правильно сопоставить эти комплементарные последовательности. Так что же такого в механизме, который делает эти строительные блоки жизни такими точными?
Хопфилд первым предложил концепцию «кинетической коррекции» — процесса, который позволяет ферментам различать правильные и неправильные пути реакции, тем самым завершая синтез с большей, чем ожидалось, точностью.
За этой частотой ошибок важную роль играют динамическая коррекция и рассеяние энергии. Проще говоря, когда фермент обнаруживает ошибку в реакции, он может перевести реагенты в необратимое состояние, облегчая преждевременный выход неправильных реагентов из пути синтеза. Центральное место в этом процессе занимает тесная взаимосвязь между точностью и потреблением энергии.
Например, если мы сравним этот процесс с линией по производству фармацевтических препаратов, мы обнаружим, что при увеличении силы ветра на выходе пустые коробки с большей вероятностью будут унесены ветром с производственной линии, даже если этот метод снижает общая скорость транспортировки, но может значительно повысить точность.
В частности, этот коэффициент ошибок оптимизируется за счет введения необратимого шага. Когда молекула с энергией вступает в синтетический путь, она должна пройти ряд испытаний. Если тест терпит неудачу, молекула терпит неудачу. По мере увеличения количества этапов проверки доля некачественной продукции в конечном итоге может быть значительно снижена. Это типичный многоэтапный процесс «смазки зубчатых передач». Такая система молекулярного производства может точно контролировать каждый этап производства и контролировать все возможные ошибки.
Чтобы глубже понять этот принцип, нам нужно изучить экспериментальные данные. В процессе зарядки тРНК синтетаза аминокислот повышает точность спаривания тРНК и аминокислот за счет использования высокоэнергетических промежуточных состояний. В этом процессе вклад энергии делает путь проникновения необратимым, делая невозможным возвращение неправильных продуктов в цепочку синтеза.
Что еще более поразительно, так это то, что в процессе репарации ДНК определенные ДНК-полимеразы способны мгновенно гидролизовать неправильные пары, что еще раз показывает ключевую роль, которую кинетические школы играют в различных биологических процессах.
Кроме того, идея многоступенчатой конструкции зубчатой передачи, предложенная Хопфилдом, дает теоретическую поддержку этому многоступенчатому процессу коррекции. Частота ошибок снижается по мере увеличения времени калибровки — принцип, который последовательно проверяется во многих биохимических процессах. Это похоже на сборочную линию, где рабочие снова и снова проверяют каждую деталь. Только путем многократного контроля можно гарантировать качество конечного продукта.
Сейчас ученые также усердно работают над пониманием теории, лежащей в основе этих процессов. Исследования показали, что, хотя различные биохимические сети уникальны, их общее время завершения (также известное как время первого прохождения) часто близко к универсальной экспоненциальной форме, что обеспечивает более глубокое понимание кинетической коррекции. Поскольку структура сети становится более сложной, эта закономерность по-прежнему сохраняется, иллюстрируя природу исправления ошибок, которую еще предстоит решить.
Поскольку мы получим более глубокое понимание процесса синтеза белка, это может побудить ученых пересмотреть основные механизмы жизни. Если эти исследования продолжат продвигаться вперед, сможем ли мы обнаружить больше навыков общения между биомолекулами, чтобы еще больше раскрыть тайну точного функционирования жизни?
