Los científicos descubren por primera vez cómo se fabrican los productores de energía del cuerpo mediante microscopía crioelectrónica crio-EM en eBIC dentro de Diamond, que tiene su sede en Oxfordshire.
Un nuevo artículo publicado en ciencia hoy 19 de febrero de 2021 por un equipo internacional de investigadores informa una visión del mecanismo molecular de la síntesis de proteínas unidas a la membrana en las mitocondrias. Esta es una nueva comprensión fundamental de cómo funciona el mitoribosoma humano y podría explicar cómo se ve afectado pormutaciones y desregulación que conducen a trastornos como sordera y enfermedades, incluido el desarrollo del cáncer.
Las mitocondrias son orgánulos intracelulares que actúan como pequeñas pero potentes fuentes de energía en nuestro cuerpo. Utilizan el oxígeno que inhalamos y los derivados de los alimentos que comemos para producir más del 90% de nuestra energía y, por lo tanto, sustentan eficazmente nuestra vida. Las mitocondrias son particularmente importantesen órganos que requieren alta energía, como el corazón, el hígado, los músculos y el cerebro. Por ejemplo, casi el 40% de cada célula del músculo cardíaco está formada por mitocondrias.
La mayor parte de la producción de energía en las mitocondrias se lleva a cabo en nano-fábricas de evolución natural incorporadas en membranas especializadas. Estas nano-fábricas consisten en proteínas que transportan iones y electrones de manera cooperativa para generar la moneda de energía química de nuestros cuerpos, que deben mantenerse constantemente.reemplazados y duplicados durante la división celular. Para abordar esto, las mitocondrias tienen su propia máquina de producción de proteínas llamada mitoribosoma. La primera comprensión fundamental de cómo se ve el mitoribosoma se logró en 2014.
"Hace 7 años, nuestro trabajo sobre el mitoribosoma de la levadura se denominó la revolución de la resolución. El estudio actual representa un avance adicional sobre el avance original. No solo revela cómo el mitoribosoma humano está diseñado con un nivel de detalle sin precedentes,pero también explica el mecanismo molecular que impulsa el proceso de la bioenergética para alimentar la vida ", dice el autor principal, Alexey Amunts, jefe del programa de Biología de Interacciones Moleculares, en SciLifeLab en Suecia.
Se acuñó el término revolución de resolución cienciaRevista en relación con la primera determinación exitosa de la estructura del mitoribosoma. Esto representó una innovación metodológica en la aplicación de crio-EM para comprender las estructuras moleculares. Sin embargo, este primer vistazo a la arquitectura reveló solo una imagen parcial de un modelo estático.El mitoribosoma es una máquina molecular flexible que requiere el movimiento de sus partes entre sí para funcionar. Por lo tanto, en el estudio actual, el equipo utilizó la adquisición de datos crio-EM de alto rendimiento en el Electr Bio-Imaging Center eBICen Diamond para obtener 30 veces más datos que permitan al equipo describir los cambios conformacionales durante el proceso de síntesis de proteínas y la asociación con el adaptador de membrana. eBIC ha sido una inversión estratégica de Wellcome Trust, BBSRC y MRC de UKRI. Integrado en Diamond, eBICse beneficia, entre otras cosas, del soporte al usuario bien establecido en el lugar.
"Nuestro estudio expuso el mecanismo molecular dinámico que explica cómo funciona realmente el mitoribosoma para formar la central eléctrica celular y revela que el mitoribosoma es mucho más flexible y activo de lo que se pensaba anteriormente. El descubrimiento de cambios conformacionales intrínsecos representa un mecanismo de activación del mitoribosomasin similitud en los sistemas bacterianos y citosólicos. Juntos, los datos ofrecen una visión molecular de cómo se sintetizan las proteínas en las mitocondrias humanas ", agrega Alexey Amunts.
Yuriy Chaban, científico principal de microscopía electrónica en eBIC, Diamond comenta: "En Diamond, estamos ampliando los límites de lo que se puede medir en las ciencias físicas y de la vida y este último desarrollo es un tributo al equipo involucrado en lo que ahora puede serlogrado de forma rutinaria.
El aspecto más importante del trabajo de Alexey es la interacción entre el mitoribosoma y OXA1L y la flexibilidad asociada. El hecho de que el mitoribosoma sea flexible como tal no es novedoso, pero la flexibilidad particular asociada con la interacción OXA1L sí lo es. Esto es importante para la síntesis de membranaproteínas, incluidas las proteínas de la cadena respiratoria. En general, este trabajo amplía significativamente nuestra comprensión de cómo funciona el mitoribosoma. El trabajo del laboratorio Alexey Amunts resuelve otro misterio sobre los procesos biológicos básicos necesarios para crear la vida tal como la conocemos ".
La secuenciación del genoma mitocondrial humano hace 40 años fue un punto de inflexión en la investigación mitocondrial, postulando un supuesto mecanismo especializado para la síntesis de las proteínas transmembrana mitocondrial. De hecho, el mecanismo de activación descubierto del mitoribosoma humano representa un hecho único. Por lo tanto,, los datos estructurales ofrecen una comprensión fundamental de cómo se sintetizan las proteínas bioenergéticas en nuestro cuerpo.
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Materiales proporcionado por Fuente de luz de diamante . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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