Los investigadores utilizaron una máquina llamada una “trampa óptica” para asir y para llevar a cabo los extremos de una molécula del ARN con los rayos laser. De acuerdo con tecnología se convirtió por los investigadores de Bell Labs en 1986, la máquina fue diseñado por un equipo llevado por Steven Block, la Stanford W. Ascherman, M.D., el profesor y un profesor de la física aplicada y de la biología. La trampa óptica permite que lleven a cabo los extremos del ARN firmemente, así que pueden tirar de él perno-recto, después lo dejan encresparse para arriba otra vez. En la aplicación del 1 de febrero la ciencia, su papel, cuyo el bloque es autor mayor, describe el desarrollo de cada lazo y doblez en un riboswitch particular del ARN, y la energía que toma para formar o para enderezar cada logro sin precedente one-an que abra la puerta para los estudios igualmente cuidadosos de otras moléculas y de sus comportamientos.

Los investigadores son los primeros para estudiar la energía y el comportamiento plegable de un riboswitch en esto detallada, manera física. Más importante, son el primera para utilizar la fuerza directo aplicada para determinar cómo una molécula hace un paquete tridimensional, una estructura terciaria. Ninguna otra investigación ha seguido la formación de una estructura tan compleja, doblez por el doblez.

Los estudios anteriores han utilizado típicamente técnicas bioquímicas algo que los lasers, que pueden asir directo y tiran del ARN. Las técnicas bioquímicas dan estimaciones menos claras de cómo las moléculas doblan en tiempo real. Dan a menudo una descripción del comportamiento plegable medio de la molécula, que se debe interpretar por los modelos matemáticos. La técnica de la Cristalografía-uno que implica congelando la molécula adentro lugar-proporciona un buen cuadro de su forma, pero no cómo forma o la energía implicada.

“Cuál estamos interesados adentro está entendiendo, de una manera muy fundamental, cómo las biomoléculas toman las formas que hacen, y cómo realizan las funciones hacen,” bloque dicho. “Nadie ha podido explorar con gran detalle la estructura terciaria todavía.” Los riboswitches del ARN deben tener esta estructura terciaria a trabajar.

“La mayoría del RNAs apenas hace la estructura [de dos dimensiones] secundaria. Pero los que rellenan realmente,” él agregó, “esos todo tiene estructura terciaria.”

Qué ARN puede hacer

El ARN tiene el trabajo de copiar el código genético de la DNA (transcripción), y con ese código para construir los organismos de las proteínas necesitar vivir (traducción). Para hacer el ARN, una proteína llamó movimientos de la polimerasa de ARN a lo largo de la longitud de un filamento de la DNA. Lee un patrón en los bloques huecos de la DNA, los ácidos nucléicos cuyos nombres son A, C, G y T abreviados, y hace el ARN con un patrón complementario. Este filamento largo del ARN es entonces la receta para una proteína específica. Otra estructura llamó un “ribosoma,” que también se hace del ARN, después lee esta receta y hace una proteína para ordenar.

El ARN copiado de la DNA no tuerce generalmente para arriba mucho, a menudo solamente formando los lazos de dos dimensiones o las curvas apretadas llamados las “horquillas.” De vez en cuando, sus lazos y horquillas forman una estructura tridimensional que no haga nada. A veces, aunque, este gruñido de lazos y las horquillas trabaja como riboswitch. El ARN comienza a liar mientras que se está haciendo, así que la porción embarullada todavía se ata a una cola bajo construcción. El riboswitch debe tener una estructura terciaria, porque tiene gusto de hacer un bolsillo y de asir las pequeñas moléculas. Cuando un riboswitch agarra la molécula derecha, se pliega más firmemente, tirando en su propia cola larga incipiente y cambiando su forma de una manera que afecte a su producto eventual de la proteína. Que la cola del ARN tiene generalmente un doblez de la horquilla que se enderece hacia fuera cuando está tirado. Tirando hacia fuera de esta torcedura en el ARN, un riboswitch cambia cómo el ARN se traduce a la proteína, con eficacia dando vuelta al gene con./desc.

El equipo del bloque del riboswitch estudió asido sobre una molécula llamada adenina, el ácido nucléico “A. doblado” siempre que el riboswitch agarrara una adenina libre-flotante, un gene que hace una proteína crucial al trabajo parado producción de la adenina correctamente. El ARN responsable de traducirlo a la proteína había desformado. El riboswitch reguló cuánto adenina estaba disponible en la célula; cuando había abundancia, cerró la fábrica de la adenina. Ante científicos los riboswitches descubiertos, pensaron solamente las proteínas los genes controlados esta manera. “Su ARN medio al azar no va a hacer eso,” bloquea dicho. “Éstas son alto cosas desarrolladas.”

La mirada más cercana

Los investigadores que estudian el plegamiento molecular en el laboratorio del bloque no pueden ver realmente una molécula del ARN debajo del microscopio, sino los pueden ver dos granos del poliestireno; atan uno en cualquier extremo, y ése crea una forma de la pesa de gimnasia que los rayos laser pueden manipular. Sus granos más grandes son 1.000 nanómetros a través, así que 1.000 de ellos se alinearon serían un milímetro largo. Los granos son enormes concerniente al ARN, y así que son los lasers que los sostienen. Para guardar los lasers de venir demasiado cerca junto y de combinar su luz en una sola viga, los investigadores necesitan atar una cierta longitud adicional al ARN. Para hacer esto, clavan un filamento con tachuelas largo de la DNA en un lado.

Debajo del microscopio, los dos granos plásticos parecen las perlas minúsculas contra un contexto gris. Los investigadores separan los granos, considerando dos factores: fuerza y extensión. Entendiendo cuánto fuerza toma para causar a una cantidad determinada de extensión del ARN, pueden describir con exactitud sin igual cómo los dobleces forman y la energía necesaria para hacer que cada doblez sucede.

“Cuando usted lo separa, diversas estructuras harán estallar abrir-hacen estallar, hacen estallar, hacer estallar-y usted puede ver la orden en la cual diversos elementos estructurales consiguen separados,” bloque dicho. “Usted puede proyectar la orden en la cual los pedazos vienen juntos, para doblar y revelar.”

Aprendizaje por la fuerza

Para construir un cuadro claro de cómo su riboswitch dobló en tiempo real, los investigadores proyectaron la energía del plegamiento de la molécula basado en las fuerzas requeridas para desenroscarlo y el tiempo que el ARN llevó re-se encrespa. El bloque llama el gráfico de la energía la “joya de corona del trabajo,” agregando eso “todos los números que usted quisiera saber sobre esta secuencia plegable tiene razón delante de usted en ese diagrama.”

El equipo del bloque podía lograr solamente esto “paisaje detallado de la energía” del plegamiento del ARN físicamente jugando con la molécula. El ARN particular estudiaron dobleces cuatro veces, y cada vez que adopta un más estable, una configuración más cómoda con una energía más baja. Si ase una adenina, cuelga encendido firmemente porque está en su estado más estable. Pero porque las moléculas jiggling siempre, los estallidos de un doblez se abren a veces breve. Cuanto más estable cada doblez es, menos probable es venir deshecho. Los investigadores estiraron hacia fuera el ARN para estudiar los cuatro estados doblados, observando cómo era el establo cada uno.

Usando la fuerza, el equipo del bloque describió no sólo la energía de cada doblez en el ARN, pero la energía que necesitó ir a partir de un estado doblado al siguiente, y cuantas veces los dobleces hicieron estallar abierto y cerrado en tiempo real. Los investigadores que miraban pequeño movimiento de los granos blancos debajo del microscopio consiguieron la mirada más cercana con todo en cómo una molécula con una estructura tridimensional se comporta en la vida, gracias a un par de lasers afilados, verdes y de tirar poco juicioso. “Es así que refrescarse para poder tomar una sola molécula y doblarla a su voluntad,” bloque dicho.

Otros co-autores del papel, “observación directa del plegamiento jerárquico en solo Riboswitch Aptamers,” son estudiantes de tercer ciclo Guillermo J. Greenleaf y Kirsten Frieda de Stanford; Daniel A.N. adoptivo de la universidad de Alberta; y Michael T. Woodside de la universidad de Alberta y del instituto nacional para la nanotecnología, el Consejo de Investigación nacional de Canadá.

La financiación fue proporcionada por el instituto nacional de ciencias médicas generales y el instituto nacional para la nanotecnología en la universidad de Alberta.

Hayley Rutger, que escribió este lanzamiento, es interno de la ciencia-escritura en el servicio de noticias de Stanford.