Viktig pusselbit ger kunskap om ribosomens funktion

När ribosomerna tillverkar protein i alla levande celler sker det genom en kemisk reaktion, vars höga hastighet har förbryllat forskare. Med hjälp av stora kvantmekaniska beräkningar på ribosomens reaktionscentrum har forskare vid Uppsala universitet nu för första gången kunnat ge en detaljerad bild av reaktionen. Resultaten publiceras i nätupplagan av tidskriften Proceedings of The National Academy of Sciences, PNAS.

Hur den kemiska reaktion går till då nya aminosyror adderas till det växande proteinet är sedan tidigare känt. Med hjälp av datorberäkningar och röntgenkristallografiska experiment har forskare även kunnat identifiera ett nätverk av vätebindningar, som tycks vara den huvudsakliga förklaringen till den höga reaktionshastigeten. Speciellt anmärkningsvärt är att man funnit ett par ”innestängda” vattenmolekyler, som i stort sett tycks vara de enda delarna av ribosomen som är i kontakt med de reagerande kemiska grupperna.

Doktoranden Göran Wallin och professor Johan Åqvist vid institutionen för cell- och molekylärbiologi vid Uppsala universitet har utfört stora kvantmekaniska beräkningar på ribosomens reaktionscentrum, och på så sätt kunnat följa elektronstrukturens förändring under reaktionen. Genom ett tusental kvantmekaniska optimeringar har de exakt kunnat bestämma hur den högsta punkten på energiytan ser ut, den som bestämmer reaktionshastigheten.

- Våra beräkningar ger en detaljerad bild av reaktionen och visar att de två vattenmolekylerna spelar en central roll i ribosomens katalys. Den ena molekylen deltar direkt i reaktionen genom att ”skyffla runt” protoner, medan den andra hjälper till att öka reaktionshastigheten, berättar Johan Åqvist.

Resultaten visar överraskande att det bara är ett fåtal beståndsdelar i ribosomens reaktionscentrum som ger upphov till den katalytiska effekten, medan den omgivande strukturen håller dessa på plats.

- En spännande fråga för framtiden är huruvida dessa beståndsdelar är en kvarleva från en urgammal och mycket enklare ribosom, säger Johan Åqvist.

Läs artikeln i PNAS.

För mer information, kontakta Johan Åqvist, 018-471 41 09, 070-425 04 04, e-post: johan.aqvist@icm.uu.se eller Göran Wallin, 018-471 50 57, e-post: goran.wallin@icm.uu.se