Πρωτεΐνη βρέθηκε να αψηφά δόγμα της Βιολογίας

Μια ασυνήθιστη πρωτεΐνη που υπάρχει στους περισσότερους οργανισμούς, από τον άνθρωπο μέχρι τη μαγιά, πηγαίνει κόντρα σε ένα βασικό δόγμα της μοριακής βιολογίας, καθώς δείχνει ότι οι πρωτεΐνες των κυττάρων μπορούν να συναρμολογούνται χωρίς οδηγίες από το γενετικό υλικό.

«Η αναπάντεχη αυτή ανακάλυψη δείχνει πόσο ατελής παραμένει η κατανόηση της βιολογίας» σχολιάζει ο Πίτερ Σεν, μεταδιδακτορικός ερευνητής του Πανεπιστημίου της Γιούτα και πρώτος συγγραφέας της δημοσίευσης στο περιοδικό Science και συνεχίζει «Η φύση μπορεί να κάνει περισσότερα από ό,τι συνειδητοποιούσαμε».
Γραμμή παραγωγής

Τα κύτταρα λειτουργούν σαν μεγάλα εργοστάσια, στα οποία το DNA δίνει οδηγίες για την κατασκευή πρωτεϊνών - μεγάλων μορίων που αναλαμβάνουν στη συνέχεια τις περισσότερες λειτουργίες της κυτταρικής μηχανής.

Οι πρωτεΐνες είναι ουσιαστικά μακριές αλυσίδες από μόρια που ονομάζονται αμινοξέα. Για να συναρμολογηθεί αυτή η αλυσίδα, οι γενετικές οδηγίες διαβιβάζονται στα ριβοσώματα, γραμμές παραγωγής που αναλαμβάνουν να ενώσουν στην κατάλληλη σειρά τα κατάλληλα αμινοξέα.
Η πρωτεΐνη Rqc2 διαψεύδει τώρα αυτόν τον κανόνα, αφού μπορεί να συνδέει αμινοξέα χωρίς να λαμβάνει οδηγίες από το DNA ή από τον αγγελιοφόρο του, το λεγόμενο mRNA.

Ποιοτικός έλεγχος

Παραμένει ωστόσο ασαφές σε τι αποσκοπεί η παρέμβαση της Rqc2. Μια πιθανή εξήγηση είναι ότι η ουρά αλανίνης και θρεονίνης λειτουργεί σαν ταμπέλα που λέει ότι η ελαττωματική πρωτεΐνη πρέπει να καταστραφεί. Μια άλλη εξήγηση είναι ότι η προσθήκη της ουράς είναι μέρος ενός τεστ για τη σωστή λειτουργία του ριβοσώματος.

Χρειάστηκε όμως εκτεταμένη βιοχημική ανάλυση για να επιβεβαιωθούν οι τραβηγμένες υποψίες. Κλειδί ήταν η διαπίστωση ότι το σύμπλοκο του ριβοσώματος και της Rqc2 μπορεί να συνδέεται με μόρια tRNA, τα οποία φέρνουν αμινοξέα στη γραμμή παραγωγής. Στη συγκεκριμένη περίπτωση τα μόνα tRNA που συνδέονται στο σύμπλοκο είναι αυτά που μεταφέρουν αλανίνη και θρεονίνη. Επιπλέον, οι ερευνητές είδαν τις ουρές αλανίνης και θρεονίνης να προστίθενται στις ελαττωματικές πρωτεΐνες.

Θα είναι σίγουρα μια δύσκολη δουλειά, αφού το εργοστάσιο των κυττάρων αποδεικνύεται πιο περίπλοκο από ό,τι νομίζαμε.
H Rqc2, η οποία φαίνεται ότι υπάρχει σε πολλούς ή και σε όλους τους ευκαρυωτικούς οργανισμούς, αποτελεί μέρος του «συμπλόκου ελέγχου ποιότητας», μιας μεγάλης δομής που συνδέεται στα ριβοσώματα και ελέγχει αν η παραγωγή προχωρά ομαλά.

Στην περίπτωση προβλήματος, ολόκληρο το ριβόσωμα αποσυναρμολογείται, οι οδηγίες του DNA διαγράφονται, και η ελαττωματική πρωτεΐνη οδηγείται προς καταστροφή.

Η πρωτεΐνη Rqc2 έχει ασυνήθιστο ρόλο σε αυτή τη διαδικασία. Πριν σταλεί για ανακύκλωση η ελαττωματική πρωτεΐνη, η Rqc2 λέει στο ριβόσωμα να προσθέσει μια μακριά «ουρά» από τα αμινοξέα αλανίνη και θρεονίνη, συνδεδεμένα σε τυχαία σειρά.

Το γεγονός ότι μια πρωτεΐνη επεμβαίνει στην αλληλουχία μιας άλλης πρωτεΐνης παραβιάζει το δόγμα της μοριακής βιολογίας για τη ροή της πληροφορίας στα κύτταρα.

Το ενδιαφέρον στοιχείο είναι ότι οι διαδικασίες αυτές - η ανακύκλωση ελαττωματικών πρωτεϊνών και ο έλεγχος του ριβοσώματος- ενδέχεται να είναι προβληματικές σε νευροεκφυλιστικές ασθένειες όπως η νόσος του Αλτσχάιμερ και η μυατροφική πλάγια σκλήρυνση.

 «Υπάρχουν πολλές ενδιαφέρουσες εφαρμογές αυτής της μελέτης και καμία από αυτές δεν θα είχε καταστεί εφικτή αν δεν ακολουθούσαμε την περιέργειά μας» λέει ο Ον Μπράντμαν του Πανεπιστημίου Στάνφορντ, μέλος της ερευνητικής ομάδας.

Οι ερευνητές αποφάσισαν να εξετάσουν το ασυνήθιστο φαινόμενο όταν είδαν τις ουρές αλανίνης και θρεονίνης σε κατεψυγμένα κύτταρα που εξετάζονταν στο ηλεκτρονικό μικροσκόπιο.

Επόμενο βήμα για τους ερευνητές είναι να προσδιορίσουν σε ποιους οργανισμούς εφαρμόζεται αυτή η διαδικασία και, το κυριότερο, τι συμβαίνει στο κύτταρο όταν η Rqc2 παύει να λειτουργεί.

Δείτε τη δημοσίευση στο περιοδικό Science εδώ

Πηγή : in.gr

Ιστός αράχνης : Μεταξένιος, ελαστικός, δυνατότερος από ατσάλι !

Επί αιώνες ο άνθρωπος θαυμάζει τις αράχνες για την ικανότητά τους να κατασκευάζουν λεπτεπίλεπτα πλέγματα. Αν και εύθραυστα στην εμφάνιση, αυτά τα πλέγματα μπορούν να παγιδεύσουν τα έντομα κατά την πτήση τους και είναι τόσο ανθεκτικά ώστε να εγκλωβίζουν το θύμα  χωρίς να καταστρέφονται.  Σε αντίθεση με τεχνητά πολυμερή, όπως το Kevlar, το οποίο παρασκευάζεται με πίεση θερμού και όξινου διαλύματος του υλικού μέσω ειδικών ακροφύσιων σε λουτρό όπου και στερεοποιείται, για να ακολουθήσει πλύσιμο και στέγνωμα, το νήμα της αράχνης παράγεται από υδατικό διάλυμα σε συνήθη θερμοκρασία. Η ικανότητα του ιστού να συλλαμβάνει έντομα οφείλεται στο μοναδικό συνδυασμό των ιδιοτήτων του νήματος που είναι η αντοχή, η ελαστικότητα  (εκτείνεται έως 30%) και το πιο σημαντικό, η σκληρότητα. Το μετάξι της αράχνης μπορεί να είναι έξι φορές δυνατότερο από το ατσάλι κατά βάρος αλλά αυτό που το κάνει τόσο ιδιαίτερο είναι η αντοχή του μια και μπορεί να απορροφά μεγάλο ποσό ενέργειας χωρίς να σπάει. Μερικά τεχνητά υλικά είναι δυνατά αλλά δεν εμφανίζουν αυτή την ιδιότητα. Επιπλέον, το νήμα της αράχνης είναι βιοαποικοδομήσιμο και ανακυκλώσιμο, καθώς οι αράχνες επιδιορθώνουν τους ιστούς, τρώνε συχνά τα φθαρμένα τμήματα και χρησιμοποιούν ξανά τα δομικά υλικά.

Αυτά τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του νήματος της αράχνης το κάνουν ιδιαίτερα ενδιαφέρον σε διάφορα επιστημονικά πεδία. Πολυμερές παρόμοιο με το νήμα της αράχνης θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στην ιατρική ως μη τοξικό νήμα μεγάλης αντοχής, ή ως υλικό επιδιόρθωσης συνδέσμων διότι όχι μόνο δε φθείρεται όσο συχνά και αν κάμπτεται αλλά επί πλέον μπορεί να αντέχει σε συνήθεις συγκρούσεις και σε μεγάλη πίεση. Ο στρατιωτικός τομέας επίσης ερευνά τις χρήσεις του υλικού αυτού μια και η ιδιότητά του να διασπείρει την ενέργεια  το καθιστά ιδανικό υλικό για κατασκευή ελαφρού εξοπλισμού.

Τα συνδυασμένα αποτελέσματα από τις ομάδες του ESRF (Ευρωπαϊκό Συγκρότημα Ακτινοβολίας Σύγχροτρον),  του ILL (Ινστιτούτο Laue - Langevin) και του συνεργαζόμενου τμήματος Ζωολογίας του Πανεπιστημίου της Οξφόρδης στη Μεγάλη Βρετανία, έδειξαν ότι το νήμα της αράχνης είναι υλικό με ιεραρχική οργάνωση. Το υλικό έχει δομή βιοπολυμερούς αποτελούμενο από πρωτεΐνες φτιαγμένες σχεδόν αποκλειστικά από επαναλαμβανόμενα μοτίβα αμινοξέων όπως η αλανίνη και η γλυκίνη.

Τα μοτίβα της αλανίνης αποτελούν κρυσταλλικές περιοχές  οι οποίες διαχωρίζονται από μη κρυσταλλικές περιοχές πλούσιες σε γλυκίνη. Αυτές οι κρυσταλλικές και μη κρυσταλλικές δομές οργανώνονται σε ίνες που είναι βυθισμένες σε ένα άμορφο πρωτεϊνικό καλούπι. Οι επιστήμονες ακόμη δεν έχουν καταλήξει γιατί αυτή η δομή  εμφανίζει τις γνωστές εκπληκτικές ιδιότητες του νήματος της αράχνης.

Οι επιστήμονες εδώ και κάποιο διάστημα έχουν παρασκευάσει τις πρωτεΐνες του νήματος της αράχνης και ήδη κατανοούν σε μεγάλο βαθμό τη σχέση μεταξύ πρωτεϊνικής οργάνωσης  και αντοχής του νήματος. Εν τούτοις, απαιτείται περισσότερη δουλειά για να διερευνηθεί πλήρως  και να προσομοιωθεί ο μηχανισμός της πρωτεϊνικής συσπείρωσης και του σχηματισμού του νήματος. Στις αράχνες οι πρωτεΐνες του μεταξιού συντίθενται και εκκρίνονται σε αδένες με τη μορφή παχύρρευστου υγρού. Οι αγωγοί από τους αδένες οδηγούν σε ειδικούς σχηματισμούς. Κατά την έξοδό του το παχύρρευστο υγρό  συμπυκνώνεται ενώ το  pH αλλάζει  και οι πρωτεΐνες συσπειρώνονται. Κατά τη διεργασία της συμπύκνωσης η αράχνη μπορεί και αναρροφά και ανακυκλώνει το νερό. Σημαντικό ρόλο στο γνέσιμο της κλωστής παίζουν επίσης και άλλοι παράγοντες, όπως οι κινήσεις του σώματος της αράχνης.

Το πώς όλοι αυτοί οι παράγοντες συνδυάζονται και πως ο άνθρωπος μπορεί να μιμηθεί την αράχνη ώστε να παρασκευάσει τεχνητό νήμα στο εργαστήριο, αποτελεί ακόμη ανοιχτό πεδίο έρευνας. Στο ESRF, στο ILL και σε άλλα ερευνητικά κέντρα η Βιομιμητική αποτελεί μια σημαντική απόπειρα του ανθρώπου για να παρασκευάσει σημαντικά φυσικά υλικά τα οποία θα αποτελέσουν μια νέα γενιά φτηνών και πιο φιλικών προς το περιβάλλον υλικών.

Πηγή : http://www.scienceinschool.org/2007/issue4/spidersilk/greek