Charakterystyka rybosomów, rodzaje, struktura, funkcje



The rybosomy są najliczniejszymi organellami komórkowymi i biorą udział w syntezie białek. Nie są one otoczone membraną i są utworzone przez dwa typy podjednostek: dużą i małą, z reguły duża podjednostka jest prawie dwa razy mniejsza.

Linia prokariotyczna ma rybosomy 70S złożone z dużej podjednostki 50S i małej 30S. Podobnie, rybosomy linii eukariotycznej składają się z dużej podjednostki 60S i małej podjednostki 40S..

Rybosom jest analogiczny do fabryki w ruchu, zdolnej do odczytu informacyjnego RNA, przekładając ją na aminokwasy i wiążąc je wiązaniami peptydowymi.

Rybosomy są równoważne prawie 10% całkowitego białka bakterii i ponad 80% całkowitej ilości RNA. W przypadku eukariontów nie są one tak obfite w stosunku do innych białek, ale ich liczba jest większa.

W 1950 roku badacz George Palade po raz pierwszy zwizualizował rybosomy i to odkrycie zostało nagrodzone Nagrodą Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny.

Indeks

  • 1 Ogólna charakterystyka
  • 2 Struktura
  • 3 typy
    • 3.1 Rybosomy u Prokaryota
    • 3.2 Rybosomy u eukariontów
    • 3.3 Rybosomy w Arqueas
    • 3.4 Współczynnik sedymentacji
  • 4 funkcje
    • 4.1 Tłumaczenie białek
    • 4.2 Przenoszenie RNA
    • 4.3 Etapy chemiczne syntezy białek
    • 4.4 Rybosomy i antybiotyki
  • 5 Synteza rybosomów
    • 5.1 Geny rybosomalnego RNA
  • 6 Pochodzenie i ewolucja
  • 7 referencji

Ogólna charakterystyka

Rybosomy są niezbędnymi składnikami wszystkich komórek i są związane z syntezą białek. Są bardzo małe, więc można je wizualizować tylko w świetle mikroskopu elektronowego.

Rybosomy są wolne w cytoplazmie komórki, zakotwiczone do szorstkiej retikulum endoplazmatycznego - rybosomy nadają temu „pomarszczony” wygląd - oraz w niektórych organellach, takich jak mitochondria i chloroplasty.

Rybosomy przyłączone do błon są odpowiedzialne za syntezę białek, które zostaną wprowadzone do błony plazmatycznej lub wysłane na zewnątrz komórki.

Wolne rybosomy, które nie są sprzężone z żadną strukturą w cytoplazmie, syntetyzują białka, których przeznaczeniem jest wnętrze komórki. Wreszcie, rybosomy mitochondriów syntetyzują białka do wykorzystania w mitochondriach.

W ten sam sposób kilka rybosomów może łączyć się i tworzyć „poliribosomy”, tworząc łańcuch sprzężony z informacyjnym RNA, syntetyzując to samo białko, wiele razy i jednocześnie

Wszystkie składają się z dwóch podjednostek: jednej zwanej dużą lub większą, a drugiej małej lub mniejszej.

Niektórzy autorzy uważają, że rybosomy są organellami nie błoniastymi, ponieważ brakuje im tych struktur lipidowych, chociaż inni badacze nie uważają ich za organelle..

Struktura

Rybosomy to małe struktury komórkowe (od 29 do 32 nm, w zależności od grupy organizmów), zaokrąglone i gęste, złożone z rybosomalnych cząsteczek RNA i białka, które są ze sobą powiązane.

Najczęściej badanymi rybosomami są eubakterie, archeony i eukarioty. W pierwszej linii rybosomy są prostsze i mniejsze. Z drugiej strony eukariotyczne rybosomy są bardziej złożone i większe. W archeach rybosomy są pod pewnymi względami bardziej podobne do obu grup.

Rybosomy kręgowców i okrytozalążkowych (roślin kwitnących) są szczególnie złożone.

Każda podjednostka rybosomalna składa się głównie z rybosomalnego RNA i dużej liczby białek. Duża podjednostka może składać się z małych cząsteczek RNA, oprócz rybosomalnego RNA.

Białka są sprzężone z rybosomalnym RNA w określonych regionach, zgodnie z kolejnością. W rybosomach można wyróżnić kilka miejsc aktywnych, takich jak strefy katalityczne.

RNA rybosomalny ma kluczowe znaczenie dla komórki i można to zaobserwować w jego sekwencji, która praktycznie nie uległa zmianie podczas ewolucji, odzwierciedlając wysokie presje selekcyjne przeciwko wszelkim zmianom.

Typy

Rybosomy u Prokaryota

Bakterie, jak E. coli, mają ponad 15 000 rybosomów (w proporcjach odpowiada to prawie jednej czwartej suchej masy komórki bakteryjnej).

Rybosomy w bakteriach mają średnicę około 18 nm i składają się z 65% rybosomalnego RNA i tylko 35% białek o różnych rozmiarach, między 6000 a 75 000 kDa.

Duża podjednostka nazywa się 50S, a mała 30S, co tworzy strukturę 70S o masie cząsteczkowej 2,5 × 106 kDa.

Podjednostka 30S jest wydłużona i nie jest symetryczna, a 50S jest grubsza i krótsza.

Mała podjednostka E. coli składa się z 16S rybosomalnego RNA (1542 zasad) i 21 białek, aw dużej podjednostce są 23S rybosomalne RNA (2904 zasady), 5S (1542 zasady) i 31 białek. Białka, które je tworzą, są podstawowe, a ich liczba zmienia się w zależności od struktury.

Rybosomalne cząsteczki RNA, wraz z białkami, są zgrupowane w strukturze drugorzędowej, podobnie jak inne typy RNA.

Rybosomy u eukariontów

Rybosomy u eukariontów (80S) są większe, z wyższą zawartością RNA i białka. RNA są dłuższe i nazywają się 18S i 28S. Podobnie jak w prokariotach, skład rybosomów jest zdominowany przez rybosomalny RNA.

W tych organizmach rybosom ma masę cząsteczkową 4,2 × 106 kDa i dzieli się na podjednostkę 40S i 60S.

Podjednostka 40S zawiera pojedynczą cząsteczkę RNA, 18S (1874 zasady) i około 33 białek. Podobnie podjednostka 60S zawiera RNA 28S (4718 zasad), 5,8S (160 zasad) i 5S (120 zasad). Ponadto składa się z podstawowych białek i białek kwasowych.

Rybosomy w Arqueas

Archaea to grupa mikroskopijnych organizmów, które przypominają bakterie, ale różnią się tak wieloma cechami, które stanowią oddzielną domenę. Żyją w różnych środowiskach i są w stanie skolonizować ekstremalne środowiska.

Rodzaje rybosomów znalezionych w archeach są podobne do rybosomów organizmów eukariotycznych, chociaż mają także pewne cechy rybosomów bakteryjnych.

Ma trzy typy rybosomalnych cząsteczek RNA: 16S, 23S i 5S, w połączeniu z 50 lub 70 białkami, w zależności od gatunku badania. Jeśli chodzi o wielkość, rybosomy archeonów są bliższe bakteriom (70S z dwiema podjednostkami 30S i 50S), ale pod względem ich pierwotnej struktury są bliżej eukariontów.

Ponieważ archeony zwykle zamieszkują środowiska o wysokich temperaturach i wysokim stężeniu soli, ich rybosomy są wysoce odporne.

Współczynnik sedymentacji

S lub Svedbergs odnoszą się do współczynnika sedymentacji cząstki. Wyraża zależność między stałą prędkością sedymentacji między zastosowanym przyspieszeniem. Ta miara ma wymiary czasu.

Zauważ, że Svedbergowie nie są dodatkami, ponieważ biorą pod uwagę masę i kształt cząstki. Z tego powodu w bakteriach rybosom składający się z podjednostek 50S i 30S nie dodaje 80S, również podjednostki 40S i 60S nie tworzą rybosomu 90S.

Funkcje

Rybosomy są odpowiedzialne za pośredniczenie w procesie syntezy białek w komórkach wszystkich organizmów, będąc uniwersalną maszynerią biologiczną.

Rybosomy - wraz z transferowanym RNA i informacyjnym RNA - potrafią rozszyfrować komunikat DNA i zinterpretować go w sekwencji aminokwasów, które tworzą wszystkie białka organizmu, w procesie zwanym translacją.

W świetle biologii słowo przekład odnosi się do zmiany „języka” z tripletów nukleotydowych na aminokwasy.

Struktury te są centralną częścią translacji, w której zachodzi większość reakcji, takich jak tworzenie wiązań peptydowych i uwalnianie nowego białka.

Tłumaczenie białek

Proces tworzenia białek rozpoczyna się od wiązania między informacyjnym RNA a rybosomem. Posłaniec porusza się po tej strukturze na określonym końcu zwanym „kodonem startu łańcucha”.

Gdy informacyjny RNA przechodzi przez rybosom, powstaje cząsteczka białka, ponieważ rybosom jest w stanie zinterpretować wiadomość zakodowaną w przekaźniku.

Ten komunikat jest zakodowany w trójkach nukleotydów, w których co trzy zasady wskazują konkretny aminokwas. Na przykład, jeśli informacyjny RNA niesie sekwencję: AUG AUU CUU UUG GCU, powstały peptyd składa się z aminokwasów: metioniny, izoleucyny, leucyny, leucyny i alaniny.

Ten przykład demonstruje „degenerację” kodu genetycznego, ponieważ więcej niż jeden kodon - w tym przypadku CUU i UUG - koduje ten sam typ aminokwasu. Gdy rybosom wykryje kodon stop w informacyjnym RNA, tłumaczenie kończy się.

Rybosom ma miejsce A i miejsce P. Miejsce P wiąże peptydylo-tRNA, aw miejscu A wchodzi w aminoacylo-tRNA..

Przenieś RNA

Przenoszone RNA są odpowiedzialne za transport aminokwasów do rybosomu i mają sekwencję komplementarną do tripletu. Dla każdego z 20 aminokwasów tworzących białka istnieje transfer RNA.

Etapy chemiczne syntezy białek

Proces rozpoczyna się od aktywacji każdego aminokwasu wiązaniem ATP w kompleksie monofosforanu adenozyny, uwalniając fosforany o wysokiej energii.

W poprzednim etapie powstaje aminokwas z nadmiarem energii i wiązaniem z odpowiednim przeniesionym RNA, tworząc kompleks aminokwas-tRNA. Występuje tutaj uwalnianie monofosforanu adenozyny.

W rybosomie RNA przenoszący znajduje informacyjny RNA. W tym etapie sekwencja RNA przenoszącego lub antyklodowego hybrydyzuje z kodonem lub trypletem informacyjnego RNA. Prowadzi to do wyrównania aminokwasu z jego właściwą sekwencją.

Enzym enzymatyczna transferazy jest odpowiedzialny za katalizowanie tworzenia wiązań peptydowych, które wiążą aminokwasy. Proces ten pochłania duże ilości energii, ponieważ wymaga utworzenia czterech wiązań wysokoenergetycznych dla każdego aminokwasu, który wiąże się z łańcuchem.

Reakcja usuwa rodnik hydroksylowy na końcu COOH aminokwasu i usuwa wodór na końcu NH2 innego aminokwasu. Reaktywne regiony dwóch aminokwasów wiążą się i tworzą wiązanie peptydowe.

Rybosomy i antybiotyki

Ponieważ synteza białek jest niezbędnym wydarzeniem dla bakterii, niektóre antybiotyki celują w rybosomy i różne etapy procesu translacji.

Na przykład streptomycyna wiąże się z małą podjednostką, aby zakłócać proces translacji, powodując błędy w czytaniu RNA informacyjnego.

Inne antybiotyki, takie jak neomycyny i gentamycyny, mogą również powodować błędy translacyjne, łącząc się z małą podjednostką.

Synteza rybosomów

Cała maszyneria komórkowa niezbędna do syntezy rybosomów znajduje się w jąderku, zwartym obszarze jądra, które nie jest otoczone strukturami błonowymi.

Jąderko jest zmienną strukturą zależną od typu komórki: jest duża i widoczna w komórkach o wysokich wymaganiach białkowych i jest niemal niezauważalnym obszarem w komórkach, które syntetyzują niewielką ilość białek.

Przetwarzanie rybosomalnego RNA zachodzi w tym obszarze, gdzie jest sprzężone z białkami rybosomalnymi i powoduje powstawanie ziarnistych produktów kondensacji, które są niedojrzałymi podjednostkami, które tworzą funkcjonalne rybosomy.

Podjednostki są transportowane na zewnątrz jądra - przez pory jądrowe - do cytoplazmy, gdzie są łączone w dojrzałe rybosomy, które mogą rozpocząć syntezę białek.

Geny rybosomalnego RNA

U ludzi geny kodujące rybosomalne RNA znajdują się w pięciu parach specyficznych chromosomów: 13, 14, 15, 21 i 22. Ponieważ komórki wymagają dużych ilości rybosomów, geny są powtarzane kilka razy w tych chromosomach.

Geny jąderka kodują rybosomalne RNA 5,8S, 18S i 28S i są transkrybowane przez polimerazę RNA w prekursorowym transkrypcie 45S. RNA rybosomalny 5S nie jest syntetyzowany w jąderku.

Pochodzenie i ewolucja

Nowoczesne rybosomy musiały pojawić się w czasach LUCA, ostatniego powszechnego wspólnego przodka (skrótów w języku angielskim ostatni powszechny wspólny przodek), prawdopodobnie w hipotetycznym świecie RNA. Proponuje się, aby transfer RNA był fundamentalny dla ewolucji rybosomów.

Ta struktura mogłaby powstać jako kompleks z samoreplikującymi się funkcjami, które następnie nabrały funkcji do syntezy aminokwasów. Jedną z najbardziej wyjątkowych cech RNA jest jego zdolność do katalizowania własnej replikacji.

Referencje

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biochemia. 5. edycja. Nowy Jork: W H Freeman. Sekcja 29.3, Rybosom to cząsteczka rybonukleoproteiny (70S) wykonana z małej (30S) i dużej (50S) podjednostki. Dostępne pod adresem: ncbi.nlm.nih.gov
  2. Curtis, H. i Schnek, A. (2006). Zaproszenie do biologii. Ed. Panamericana Medical.
  3. Fox, G. E. (2010). Pochodzenie i ewolucja rybosomu. Perspektywy Cold Spring Harbor w biologii, 2(9), a003483.
  4. Hall, J. E. (2015). Guyton and Hall podręcznik fizjologii medycznej e-Book. Elsevier Health Sciences.
  5. Lewin, B. (1993). Geny Tom 1. Reverte.
  6. Lodish, H. (2005). Biologia komórkowa i molekularna. Ed. Panamericana Medical.
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Struktura rybosomu i mechanizm translacji. Komórka, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G. J., Funke, B. R. i Case, C. L. (2007). Wprowadzenie do mikrobiologii. Ed. Panamericana Medical.
  9. Wilson, D. N., i Cate, J. H. D. (2012). Struktura i funkcja rybosomu eukariotycznego. Perspektywy Cold Spring Harbor w biologii, 4(5), a011536.