Značilnosti ribosomov, vrste, struktura, funkcije



The ribosomi so najbolj razširjene celične organele in sodelujejo pri sintezi beljakovin. Niso obdani z membrano in jih tvorijo dve vrsti podenot: velika in majhna, praviloma velika podenota je skoraj dvakrat manjša..

Prokariontska rodova ima 70S ribosome, sestavljene iz velike podskupine 50S in majhne 30S. Prav tako so ribosomi evkariontske linije sestavljeni iz velike podskupine 60S in majhne 40S podenote..

Ribosom je analogen tovarni v gibanju, ki je sposobna odčitati RNA, jo prevesti v aminokisline in jih povezati s peptidnimi vezmi..

Ribosomi so ekvivalentni skoraj 10% skupnih beljakovin bakterij in več kot 80% celotne količine RNA. V primeru evkariontov niso tako bogate glede na druge beljakovine, vendar je njihovo število večje.

Leta 1950 je raziskovalec George Palade prvič vizualiziral ribosome in to odkritje je prejelo Nobelovo nagrado za fiziologijo ali medicino..

Indeks

  • 1 Splošne značilnosti
  • 2 Struktura
  • 3 Vrste
    • 3.1 Ribosomi v prokariontih
    • 3.2 Ribosomi v evkariontih
    • 3.3 Ribosomi v Arqueasu
    • 3.4 Koeficient sedimentacije
  • 4 Funkcije
    • 4.1 Prevajanje proteinov
    • 4.2 Prenos RNA
    • 4.3 Kemijski koraki sinteze beljakovin
    • 4.4 Ribozomi in antibiotiki
  • 5 Sinteza ribosomov
    • 5.1 Geni ribozomalne RNA
  • 6 Izvor in evolucija
  • 7 Reference

Splošne značilnosti

Ribosomi so bistvene komponente vseh celic in so povezani s sintezo beljakovin. So zelo majhne velikosti, zato jih je mogoče vizualizirati le v luči elektronskega mikroskopa.

Ribosomi so v citoplazmi celic prosti, zasidrani na grob endoplazmatski retikulum - ribosomi dajejo "naguban" videz - in pri nekaterih organelih, kot so mitohondriji in kloroplasti..

Ribosomi, vezani na membrane, so odgovorni za sintezo beljakovin, ki bodo vstavljene v plazemsko membrano ali poslane v zunanjo celico..

Prosti ribosomi, ki niso povezani s katerokoli strukturo v citoplazmi, sintetizirajo beljakovine, katerih cilj je notranjost celice. Končno, ribosomi mitohondrije sintetizirajo beljakovine za mitohondrijsko uporabo.

Na enak način se lahko pridružijo številni ribosomi in tvorijo "poliribosome", ki tvorijo verigo, povezano s selitveno RNA, ki sintetizira isti protein, večkrat in hkrati.

Vsi so sestavljeni iz dveh podenot: ena imenovana večja ali večja in druga manjša ali manjša.

Nekateri avtorji menijo, da so ribosomi ne-membranski organeli, ker nimajo teh lipidnih struktur, čeprav jih drugi raziskovalci sami ne smatrajo za organele..

Struktura

Ribosomi so majhne celične strukture (od 29 do 32 nm, odvisno od skupine organizmov), zaokrožene in goste, sestavljene iz ribosomskih RNA in beljakovinskih molekul, ki so med seboj povezane..

Najpogosteje proučevani ribozomi so eubakterije, arheje in evkarionti. V prvem rodu so ribosomi enostavnejši in manjši. Eukariotski ribosomi pa so bolj kompleksni in večji. V arhej so ribosomi v nekaterih pogledih bolj podobni obema skupinama.

Ribosomi vretenčarjev in kritosemenke (cvetoče rastline) so še posebej zapleteni.

Vsaka ribosomska podenota je sestavljena predvsem iz ribosomske RNA in velike množice beljakovin. Velika podenota je lahko sestavljena iz majhnih molekul RNA, poleg ribosomske RNA.

Proteini so vezani na ribosomsko RNA v specifičnih regijah, po vrstnem redu. V ribosomih je mogoče razlikovati več aktivnih mest, kot so katalitična območja.

Ribosomska RNA je ključnega pomena za celico, kar je razvidno iz njenega zaporedja, ki se je med evolucijo praktično nespremenjeno odražalo v visokih selektivnih obremenitvah proti kakršni koli spremembi..

Vrste

Ribosomi v prokariontih

Bakterije, kot je E. coli, imajo več kot 15.000 ribosomov (v razmerju, ki ustreza skoraj četrtini suhe mase bakterijske celice)..

Ribosomi v bakterijah imajo premer približno 18 nm in so sestavljeni iz 65% ribosomske RNA in le 35% proteinov različnih velikosti, med 6.000 in 75.000 kDa..

Velika podenota se imenuje 50S in majhna 30S, ki združujeta strukturo 70S z molekulsko maso 2,5 × 10.6 kDa.

Podenota 30S je podaljšana in ni simetrična, medtem ko je 50S debelejša in krajša.

Majhna podenota E. coli sestavljajo ga 16S ribosomalne RNA (1542 baz) in 21 beljakovin, v veliki podenoti pa 23S ribosomalne RNA (2904 baze), 5S (1542 baze) in 31 beljakovin. Proteini, ki jih sestavljajo, so osnovni in število se spreminja glede na strukturo.

Molekule ribosomske RNA, skupaj z beljakovinami, so združene v sekundarni strukturi podobno kot druge vrste RNA.

Ribosomi v evkariontih

Ribosomi v evkariontih (80S) so večji, z večjo vsebnostjo RNA in beljakovin. RNA so daljše in se imenujejo 18S in 28S. Kot pri prokariotih, v sestavi ribosomov prevladuje ribosomska RNA.

V teh organizmih ima ribosom molekulsko maso 4,2 × 106 kDa in je razčlenjena na 40S in 60S podenoto.

Podskupina 40S vsebuje eno samo molekulo RNA, 18S (1874 baze) in okoli 33 proteinov. Podobno enota 60S vsebuje 28S RNA (4718 baz), 5.8S (160 baz) in 5S (120 baz). Poleg tega je sestavljen iz osnovnih proteinov in kislinskih beljakovin.

Ribosomi v Arqueasu

Arheje so skupina mikroskopskih organizmov, ki so podobni bakterijam, vendar se razlikujejo po številnih značilnostih, ki predstavljajo ločeno domeno. Živijo v različnih okoljih in lahko kolonizirajo ekstremna okolja.

Vrste ribosomov, ki jih najdemo v arhahi, so podobne ribosomom evkariontskih organizmov, čeprav imajo tudi določene značilnosti bakterijskih ribosomov..

Ima tri vrste molekul ribosomske RNA: 16S, 23S in 5S, vezanih na 50 ali 70 proteinov, odvisno od vrste študije. Glede na velikost so ribosomi arhej bližje bakterijskim (70S z dvema podenotama 30S in 50S), vendar so glede na njihovo primarno strukturo bližje evkariontom.

Ker arheje običajno naseljujejo okolje z visokimi temperaturami in visokimi koncentracijami soli, so njihovi ribosomi zelo odporni.

Sedimentacijski koeficient

S ali Svedbergs se nanaša na koeficient sedimentacije delca. Izraža razmerje med konstantno hitrostjo sedimentacije med uporabljenim pospeškom. Ta ukrep ima časovne razsežnosti.

Upoštevajte, da Svedbergovi niso dodatki, saj upoštevajo maso in obliko delca. Iz tega razloga ribosom, sestavljen iz 50S in 30S podenot, pri bakterijah ne doda 80S, prav tako 40S in 60S podenote ne tvorita ribosoma 90S.

Funkcije

Ribosomi so odgovorni za posredovanje procesa sinteze beljakovin v celicah vseh organizmov, ki so univerzalni biološki stroji.

Ribosomi - skupaj s prenosno RNA in selitveno RNA - uspejo dekodirati sporočilo DNK in ga interpretirati v zaporedju aminokislin, ki tvorijo vse beljakovine organizma, v procesu, ki se imenuje prevod..

V luči biologije se prevod besede nanaša na spremembo "jezika" iz nukleotidnih trojčkov v aminokisline.

Te strukture so osrednji del prevajanja, kjer se odvija večina reakcij, kot je tvorba peptidnih vezi in sproščanje novega proteina.

Prevod beljakovin

Proces nastajanja beljakovin se začne z vezavo med selitveno RNA in ribosomom. Sporočilo se premika skozi to strukturo na določenem koncu, imenovanem "verižni začetni kodon"..

Ko RNA prehaja skozi ribosom, se tvori beljakovinska molekula, ker ribosom lahko interpretira sporočilo, ki je kodirano v sporočilnem sporočilu..

To sporočilo je kodirano v trojčicah nukleotidov, v katerih vsaka tri baze kažejo določeno aminokislino. Na primer, če prenosna RNA nosi zaporedje: AUG AUU CUU UUG GCU, nastali peptid sestoji iz aminokislin: metionina, izoleucina, levcina, levcina in alanina..

Ta primer prikazuje "degeneracijo" genetske kode, saj več kot en kodon - v tem primeru CUU in UUG - kodira za isti tip aminokisline. Ko ribosom zazna stop-kodon v RNA, se prevod konča.

Ribosom ima mesto A in mesto P. P mesto veže peptidil-tRNA in na mestu A vstopi v aminoacil-tRNA..

Prenesite RNA

Prenosne RNA so odgovorne za prenos aminokislin na ribosom in imajo zaporedje komplementarno tripletu. Za vsako od 20 aminokislin, ki sestavljajo proteine, obstaja prenosna RNA.

Kemijski koraki sinteze beljakovin

Postopek se začne z aktivacijo vsake aminokisline z vezavo ATP v kompleksu adenozin monofosfata, ki sprosti visoko energetske fosfate.

V prejšnjem koraku nastane aminokislina s presežno energijo in se veže z njeno prenosno RNA, da nastane aminokislinsko-tRNA kompleks. Pri tem pride do sproščanja adenozin monofosfata.

V ribosomu prenosna RNA poišče selitveno RNA. V tem koraku se sekvenca transferne ali antikodonske RNA hibridizira s kodonom ali tripletom sporočilne RNA. To vodi v poravnavo aminokisline z njenim pravilnim zaporedjem.

Encim peptidil transferaza je odgovoren za kataliziranje tvorbe peptidnih vezi, ki vežejo aminokisline. Ta proces porabi velike količine energije, ker zahteva tvorbo štirih visokoenergetskih vezi za vsako aminokislino, ki se veže na verigo.

Reakcija odstrani hidroksilni ostanek na COOH koncu amino kisline in odstrani vodik na koncu NH2 druge aminokisline. Reaktivne regije obeh aminokislin vežejo in tvorijo peptidno vez.

Ribosomi in antibiotiki

Ker je sinteza beljakovin nepogrešljiv dogodek za bakterije, določeni antibiotiki ciljajo na ribosome in različne faze prevajalskega procesa.

Streptomicin se na primer veže na majhno podenoto in tako vpliva na proces prevajanja, kar povzroča napake pri branju sporočilne RNA.

Druge antibiotike, kot so neomicini in gentamicini, lahko povzročijo tudi napake v prevajanju, ki se vežejo na majhno podenoto.

Sinteza ribosomov

Vse celične naprave, potrebne za sintezo ribosomov, najdemo v jedru, gostem območju jedra, ki ni obdano z membranskimi strukturami..

Nukleolus je variabilna struktura, odvisna od vrste celic: velika in vidna v celicah z visokimi proteinskimi zahtevami in je skoraj neopazna površina v celicah, ki sintetizirajo majhno količino beljakovin..

Obdelava ribosomske RNA se pojavi na tem področju, kjer je povezana z ribosomskimi beljakovinami in povzroča granularne kondenzacijske produkte, ki so nezrele podenote, ki tvorijo funkcionalne ribosome..

Podenote se prenašajo zunaj jedra - skozi jedrske pore - v citoplazmo, kjer se zberejo v zrele ribosome, ki lahko začnejo sintezo beljakovin..

Geni ribosomske RNA

Pri ljudeh so geni, ki kodirajo za ribosomske RNA, najdeni v petih parih specifičnih kromosomov: 13, 14, 15, 21 in 22. Ker celice zahtevajo velike količine ribosomov, se geni večkrat ponovijo v teh kromosomih.

Geni nukleolusa kodirajo ribosomske RNA 5.8S, 18S in 28S in so prepisani z RNA polimerazo v prekurzorski transkript 45S. 5S ribosomske RNA ni sintetizirana v jedru.

Izvor in evolucija

Sodobni ribosomi so se morali pojaviti v času LUCA, zadnjega univerzalnega skupnega prednika (kratic v angleščini). zadnji univerzalni skupni prednik), verjetno v hipotetičnem svetu RNA. Predlaga se, da so bile transferne RNA temeljne za razvoj ribosomov.

Ta struktura bi lahko nastala kot kompleks s samo-replicirajočimi funkcijami, ki so kasneje pridobile funkcije za sintezo aminokislin. Ena najpomembnejših značilnosti RNA je njena sposobnost, da katalizira lastno replikacijo.

Reference

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biokemija. 5. izdaja. New York: W H Freeman. Oddelek 29.3, A Ribosom Je Ribonucleoprotein delcev (70S) Izdelano iz malih (30S) in velike (50S) podenote. Na voljo na: ncbi.nlm.nih.gov
  2. Curtis, H., in Schnek, A. (2006). Vabilo na biologijo. Ed Panamericana Medical.
  3. Fox, G. E. (2010). Izvor in razvoj ribosoma. Cold Spring Harbor perspektive v biologiji, 2(9), a003483.
  4. Hall, J. E. (2015). Učbenik Guyton in Hall za medicinsko fiziologijo e-knjige. Elsevier Health Sciences.
  5. Lewin, B. (1993). Geni Zvezek 1. Reverte.
  6. Lodish, H. (2005). Celična in molekularna biologija. Ed Panamericana Medical.
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Struktura ribosoma in mehanizem prevajanja. Cell, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G. J., Funke, B. R., in Case, C. L. (2007). Uvod v mikrobiologijo. Ed Panamericana Medical.
  9. Wilson, D.N., & Cate, J.H.D. (2012). Struktura in funkcija evkariontskega ribosoma. Cold Spring Harbor perspektive v biologiji, 4(5), a011536.