Рибозомни характеристики, видове, структура, функции



на рибозоми те са най-разпространените клетъчни органели и участват в синтеза на протеини. Те не са заобиколени от мембрана и се образуват от два вида субединици: голям и малък, като по правило голямата субединица е почти два пъти по-малка..

Прокариотната линия има 70S рибозоми, съставени от голяма 50S субединица и малка 30S. По същия начин, рибозомите на еукариотната линия са съставени от голяма 60S субединица и малка 40S субединица..

Рибозомата е аналогична на фабрика в движение, способна да чете носителя РНК, превеждайки го в аминокиселини и свързвайки ги с пептидни връзки..

Рибозомите са еквивалентни на почти 10% от общите протеини на бактериите и повече от 80% от общото количество на РНК. В случая с еукариоти, те не са толкова изобилни по отношение на други протеини, но броят им е по-голям.

През 1950 г. изследователят Георгиос Паладе визуализира рибозомите за първи път и това откритие е носител на Нобелова награда по физиология и медицина..

индекс

  • 1 Общи характеристики
  • 2 Структура
  • 3 вида
    • 3.1 Рибозоми в прокариоти
    • 3.2 Рибозоми в еукариоти
    • 3.3 Рибосоми в Аркеас
    • 3.4 Коефициент на утаяване
  • 4 Функции
    • 4.1 Превод на протеини
    • 4.2 Прехвърляне на РНК
    • 4.3 Химични етапи на синтеза на протеини
    • 4.4 Рибозоми и антибиотици
  • 5 Синтез на рибозоми
    • 5.1 Рибозомни РНК гени
  • 6 Произход и еволюция
  • 7 Препратки

Общи характеристики

Рибозомите са съществени компоненти на всички клетки и са свързани с протеиновия синтез. Те са много малки по размер, така че могат да бъдат визуализирани само в светлината на електронния микроскоп.

Рибозомите са свободни в цитоплазмата на клетката, прикрепени към грубия ендоплазмен ретикулум - рибозомите дават този „набръчкан“ вид - и в някои органели, като митохондриите и хлоропластите..

Рибозомите, прикрепени към мембраните, са отговорни за синтеза на протеини, които ще бъдат вмъкнати в плазмената мембрана или изпратени към външната клетка..

Свободните рибозоми, които не са свързани с никаква структура в цитоплазмата, синтезират протеини, чието предназначение е вътрешността на клетката. Накрая, рибозомите на митохондриите синтезират протеини за митохондриална употреба.

По същия начин няколко рибозоми могат да се присъединят и да образуват "полирибозомите", образувайки верига, свързана с информационната РНК, синтезирайки същия протеин, многократно и едновременно

Всички те се състоят от две подединици: една се нарича голяма или по-голяма и друга малка или по-малка.

Някои автори смятат, че рибозомите са немембранни органели, тъй като те нямат тези липидни структури, въпреки че други изследователи не ги смятат сами за органели..

структура

Рибозомите са малки клетъчни структури (от 29 до 32 nm, в зависимост от групата организми), закръглени и плътни, съставени от рибозомални РНК и протеинови молекули, които са свързани помежду си.

Най-изследваните рибозоми са тези на еубактерии, археи и еукариоти. В първия ред рибозите са по-прости и по-малки. От друга страна, еукариотните рибозоми са по-сложни и по-големи. В археите, рибозомите са по-близки до двете групи в определени аспекти.

Рибозомите на гръбначните и покритосеменните (цъфтящи растения) са особено сложни.

Всяка рибозомна субединица се състои главно от рибозомна РНК и голямо разнообразие от протеини. Голямата субединица може да се състои от малки РНК молекули, в допълнение към рибозомната РНК.

Протеините са свързани с рибозомната РНК в специфични области, следвайки ред. В рамките на рибозомите могат да бъдат диференцирани няколко активни места, като каталитични зони.

Рибозомната РНК е от решаващо значение за клетката и това може да се види в нейната последователност, която е практически непроменена по време на еволюцията, отразявайки високите селективни налягания срещу всяка промяна.

тип

Рибозоми в прокариоти

Бактериите, като Е. coli, имат повече от 15 000 рибозоми (в пропорции това е еквивалентно на почти една четвърт от сухото тегло на бактериалната клетка).

Рибозомите в бактериите имат диаметър около 18 nm и са съставени от 65% рибозомна РНК и само 35% от протеини с различни размери, между 6000 и 75 000 kDa..

Голямата субединица се нарича 50S и малката 30S, които се комбинират, за да образуват 70S структура с молекулна маса 2.5 × 10.6 Ша.

30S субединицата е удължена и не е симетрична, докато 50S е по-дебела и по-къса.

Малката субединица на Е. coli Състои се от 16S рибозомни РНК (1542 бази) и 21 протеини, а в голямата субединица са 23S рибозомни РНК (2904 бази), 5S (1542 бази) и 31 протеини. Протеините, които ги съставят, са основни и броят им варира според структурата.

Молекулите на рибозомната РНК, заедно с протеините, са групирани във вторична структура подобно на другите видове РНК.

Рибозоми в еукариоти

Рибозомите в еукариотите (80S) са по-големи, с по-високо съдържание на РНК и протеин. РНК са по-дълги и се наричат ​​18S и 28S. Както при прокариотите, съставът на рибозомите е доминиран от рибозомна РНК.

В тези организми рибозомата има молекулна маса от 4,2 × 106 kDa и се разделя на 40S и 60S субединица.

40S субединицата съдържа единична РНК молекула, 18S (1874 бази) и около 33 протеини. По същия начин 60S субединицата съдържа 28S РНК (4718 бази), 5.8S (160 бази) и 5S (120 бази). Освен това, той се състои от основни протеини и киселинни протеини.

Рибосоми в Аркеас

Археите са група от микроскопични организми, които приличат на бактерии, но се различават по толкова много характеристики, които съставляват отделна област. Те живеят в разнообразна среда и могат да колонизират екстремни среди.

Видовете рибозоми, открити в археите, са подобни на рибозомите на еукариотните организми, въпреки че те също имат определени характеристики на бактериални рибозоми..

Той има три вида рибозомални РНК молекули: 16S, 23S и 5S, свързани с 50 или 70 протеини, в зависимост от вида на изследването. По отношение на размера, рибозомите на археите са по-близки до бактериалните (70S с две субединици 30S и 50S), но по отношение на тяхната първична структура те са по-близо до еукариотите.

Тъй като археите обитават обичайно среди с високи температури и високи концентрации на сол, рибозомите са силно устойчиви.

Коефициент на утаяване

S или Svedbergs, се отнася до коефициента на утаяване на частицата. Изразява връзката между постоянната скорост на утаяване между приложеното ускорение. Тази мярка има времеви измерения.

Имайте предвид, че Сведберг не са добавки, тъй като вземат предвид масата и формата на частицата. Поради тази причина в бактериите рибозомът, съставен от 50S и 30S субединици, не добавя 80S, също така 40S и 60S субединиците не образуват 90S рибозома.

функции

Рибозомите са отговорни за посредничеството в процеса на синтеза на протеини в клетките на всички организми, като универсален биологичен механизъм.

Рибозомите - заедно с трансферната РНК и информационната РНК - успяват да декодират ДНК съобщението и да го интерпретират в последователност от аминокиселини, които образуват всички протеини на организма, в процес, наречен транслация..

В светлината на биологията, преводът на думата се отнася до промяната на "езика" от нуклеотидните триплети до аминокиселини.

Тези структури са централната част на транслацията, където се наблюдават повечето реакции, като образуването на пептидни връзки и освобождаването на новия протеин.

Превод на протеини

Процесът на формиране на протеини започва с свързването между информационната РНК и рибозомата. Пратеникът се движи през тази структура в специфичен край, наречен "верижен стартов кодон".

Тъй като информационната РНК преминава през рибозомата, се образува протеинова молекула, защото рибозомата е в състояние да интерпретира съобщението, кодирано в посланика..

Това съобщение е кодирано в триплети от нуклеотиди, в които всяка трета база показва определена аминокиселина. Например, ако информационната РНК носи последователността: AUG AUU CUU UUG GCU, образуваният пептид се състои от аминокиселини: метионин, изолевцин, левцин, левцин и аланин..

Този пример демонстрира "дегенерация" на генетичния код, тъй като повече от един кодон - в този случай CUU и UUG - кодира същия тип аминокиселина. Когато рибозомата открие стоп кодон в информационната РНК, транслацията завършва.

Рибозомата има А място и Р място.П сайтът свързва пептидил-тРНК и в А мястото влиза в аминоацил-тРНК..

Прехвърлете РНК

Трансферните РНК са отговорни за транспортирането на аминокиселините до рибозомата и имат последователността, комплементарна на триплета. Има една трансферна РНК за всяка от 20-те аминокиселини, които съставляват протеините.

Химични етапи на синтеза на протеини

Процесът започва с активирането на всяка аминокиселина с АТР свързване в комплекс от аденозин монофосфат, освобождавайки фосфати с висока енергия.

Предходната стъпка води до получаване на аминокиселина с излишък на енергия и свързване със съответната трансферна РНК, за да се образува аминокиселинен-tRNA комплекс. Тук настъпва освобождаване на аденозин монофосфат.

В рибозомата трансферната РНК открива информационната РНК. В тази стъпка последователността на трансферната или антикодонна РНК се хибридизира с кодон или триплет на информационната РНК. Това води до подреждане на аминокиселината с нейната правилна последователност.

Ензимът пептидил трансфераза е отговорен за катализирането на образуването на пептидни връзки, които свързват аминокиселини. Този процес консумира големи количества енергия, тъй като изисква образуването на четири високоенергийни връзки за всяка аминокиселина, която се свързва с веригата.

Реакцията премахва хидроксилния радикал в COOH края на аминокиселината и отстранява водород в NH края2 на другата аминокиселина. Реактивните области на двете аминокиселини се свързват и създават пептидната връзка.

Рибозоми и антибиотици

Тъй като синтезът на протеини е незаменим случай за бактерии, някои антибиотици са насочени към рибозоми и различни етапи на процеса на транслация.

Например, стрептомицинът се свързва с малката субединица, за да се намесва в процеса на транслация, причинявайки грешки при четене на информационната РНК.

Други антибиотици, като неомицини и гентамицини, също могат да причинят грешки в транслацията, свързвайки се с малката субединица.

Синтез на рибозоми

Цялата клетъчна техника, необходима за синтеза на рибозоми, се намира в ядрото, плътна област на ядрото, която не е обградена от мембранни структури.

Ядрото е променлива структура в зависимост от типа на клетката: тя е голяма и забележима в клетките с високи изисквания за протеини и е почти незабележима област в клетките, които синтезират малко количество протеини..

Обработката на рибозомната РНК се осъществява в тази област, където тя е свързана с рибозомални протеини и води до образуване на гранулирани кондензационни продукти, които са незрелите субединици, които формират функционалните рибозоми..

Субединиците се транспортират извън ядрото - през ядрените пори - до цитоплазмата, където се събират в зрели рибозоми, които могат да започнат синтез на протеини..

Гени на рибозомна РНК

При хората гените, които кодират рибозомалните РНК, се откриват в пет двойки специфични хромозоми: 13, 14, 15, 21 и 22. Тъй като клетките изискват големи количества рибозоми, гените се повтарят няколко пъти в тези хромозоми..

Гените на нуклеола кодират рибозомални РНК 5.8S, 18S и 28S и се транскрибират чрез РНК полимераза в прекурсорен транскрипт от 45S. 5S рибозомната РНК не се синтезира в ядрото.

Произход и еволюция

Съвременните рибозоми трябва да са се появили по времето на LUCA, последния универсален общ прародител (на съкращенията на английски език) последен универсален общ прародител), вероятно в хипотетичния свят на РНК. Предполага се, че трансферните РНК са фундаментални за еволюцията на рибозомите.

Тази структура може да се появи като комплекс със самореплициращи се функции, които впоследствие са придобили функции за синтеза на аминокиселини. Една от най-забележителните характеристики на РНК е способността му да катализира собственото си възпроизвеждане.

препратки

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). биохимия. 5-то издание. Ню Йорк: З. Ф. Фрийман. Раздел 29.3, Рибозом е рибонуклеопротеинова частица (70S), направена от малка (30S) и голяма (50S) субединица. Достъпни на адрес: ncbi.nlm.nih.gov
  2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Покана за биология. Ed. Panamericana Medical.
  3. Fox, G.E. (2010). Произход и еволюция на рибозомата. Перспективите на Cold Spring Harbor в биологията, 2(9), a003483.
  4. Hall, J.E. (2015). Учебникът на Гитън и Хол за медицинска физиология. Elsevier Health Sciences.
  5. Левин, Б. (1993). Гени. Том 1. Реверте.
  6. Lodish, H. (2005). Клетъчна и молекулярна биология. Ed. Panamericana Medical.
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Рибозомна структура и механизъм на транслация. клетка, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G. J., Funke, B. R., & Case, C.L. (2007). Въведение в микробиологията. Ed. Panamericana Medical.
  9. Wilson, D.N. & Cate, J.H.D. (2012). Структурата и функцията на еукариотната рибозома. Перспективите на Cold Spring Harbor в биологията, 4(5), a011536.