在信使RNA （mRNA）翻譯為蛋白質(zhì)的過程中，轉(zhuǎn)移RNA （tRNA）和mRNA必須同步移動通過核糖體的內(nèi)部通道，否則就會有移碼突變風險，生成異常的蛋白質(zhì)?？茖W家們已經(jīng)了解了這一過程背后的一些生物化學機制，證實糖核體具有一些移動的元件，使得它以每秒20次輕微移動的速率讓tRNA快速地通過。然而，解析中間狀態(tài)時核酸、核糖體和酶之間的并非是易事。
一期（6月27日）的《科學》（Science）雜志上同期發(fā)表了3篇研究論文，闡明了時間為50毫秒的過程。通過捕獲核糖體易位（translocation）幾個中間階段的晶體結(jié)構(gòu)，科學家們將這一復雜分子機器的移動元件進行了成像。
“這是十多年來我們的一個重要目標，實現(xiàn)它非常的困難。這些動態(tài)的復合物并不會坐下來等著你給它們拍照，”加州大學圣克魯斯分校教授Harry Noller說。他的實驗室一直在針對核糖體和核糖體RNA開展一些zui基礎的研究。
在這一易位舞蹈過程中有4個重要的參與因子需要進行捕獲，它們分別是核糖體、tRNA、mRNA和延伸因子EF-G。EF-G催化了復合物移動通過核糖體。Noller實驗室將前三者進行了共同培育，而讓EF-G仍然附著在核糖體上以對其進行結(jié)晶至關重要。Noller和同事們將EF-G與不可水解GTP類似物GDPNP，或抗生素*（fusidic acid）一起進行了孵育，后兩者可以阻止EF-G與核糖體分離。
研究小組在捕獲了正易位的核糖體后，利用10天時間結(jié)晶出了這一復合物。收獲晶體之后，研究人員將它們冷凍在液氮中，用X射線進行了掃描。對衍射數(shù)據(jù)進行了分析。
在以往的研究中，Noller課題組曾證實tRNA的一端首先沿著大亞基移動，而另一端則處于一種所謂的混雜（hybrid）狀態(tài)。這一步涉及核糖體30s亞基的旋轉(zhuǎn)，可自然發(fā)生。當前的研究證實，在接下來的步驟中，mRNA和tRNA移動通過核糖體需要能量；30S亞基頭部旋轉(zhuǎn)15-18度。“30S亞基頭部使得tRNA旋轉(zhuǎn)，mRNA與之一起移動。這就是第二步發(fā)生的經(jīng)過，”Noller說。
如果mRNA和tRNA不*同步，密碼子將會被錯誤翻譯，導致潛在無功能或是有毒的蛋白質(zhì)。Noller發(fā)現(xiàn)兩個普遍保守的核糖體RNA （rRNA）堿基插入到了mRNA的堿基之間，阻止了易位倒退。
在另外兩篇研究論文中，諾貝爾獎獲得者Venkatraman Ramakrishnan，和劍橋MRC分子生物學實驗室的同事們報告了處于易位過程中另一中間狀態(tài)的一個核糖體的晶體結(jié)構(gòu)。而來自加州大學伯克利分校的Arto Pulk和同事們則描述了不同版本的核糖體亞基旋轉(zhuǎn)的中間狀態(tài)晶體結(jié)構(gòu)。
Noller說：“我們現(xiàn)在擁有了處于易位周期幾個關鍵點的結(jié)構(gòu)。你可以說我們獲得了四種不同的狀態(tài)。但Disney想獲得400個結(jié)構(gòu)，你現(xiàn)在可以開始在現(xiàn)實生活中觀看到這一易位電影。”
