Ribozómové charakteristiky, typy, štruktúra, funkcie



ribozómy sú najhojnejším bunkovým organelám a podieľajú sa na syntéze proteínov. Nie sú obklopené membránou a sú tvorené dvoma typmi podjednotiek: veľká a malá, spravidla veľká podjednotka je takmer dvojnásobná..

Prokaryotická línia má 70S ribozómy zložené z veľkej podjednotky 50S a malého 30S. Podobne sú ribozómy eukaryotickej línie tvorené veľkou podjednotkou 60S a malou podjednotkou 40S..

Ribozóm je analogický s továrňou v pohybe, schopný čítať RNA mediátora, prekladať ho do aminokyselín a viazať ich peptidovými väzbami.

Ribozómy sú ekvivalentné takmer 10% celkových proteínov baktérií a viac ako 80% celkového množstva RNA. V prípade eukaryotov nie sú tak početné, pokiaľ ide o iné proteíny, ale ich počet je väčší.

V roku 1950 vizualizoval výskumník George Palade prvýkrát ribozómy a tento objav získal Nobelovu cenu za fyziológiu alebo medicínu..

index

  • 1 Všeobecné charakteristiky
  • 2 Štruktúra
  • 3 Typy
    • 3.1 Ribozómy v prokaryotoch
    • 3.2 Ribozómy v eukaryotoch
    • 3.3 Ribozómy v Arqueas
    • 3.4 Koeficient sedimentácie
  • 4 Funkcie
    • 4.1 Preklad proteínov
    • 4.2 Prenos RNA
    • 4.3 Chemické kroky syntézy proteínov
    • 4.4 Ribozómy a antibiotiká
  • 5 Syntéza ribozómov
    • 5.1 Ribozomálne RNA gény
  • 6 Pôvod a vývoj
  • 7 Referencie

Všeobecné charakteristiky

Ribozómy sú základnými zložkami všetkých buniek a súvisia so syntézou proteínov. Sú veľmi malé, takže sa dajú vizualizovať iba vo svetle elektrónového mikroskopu.

Ribozómy sú voľné v cytoplazme bunky, ukotvené na hrubom endoplazmatickom retikule - ribozómy dávajú, že "vrásčitý" vzhľad - av niektorých organelách, ako sú mitochondrie a chloroplasty.

Ribozómy naviazané na membrány sú zodpovedné za syntézu proteínov, ktoré budú vložené do plazmatickej membrány alebo odoslané do exteriéru bunky..

Voľné ribozómy, ktoré nie sú viazané na žiadnu štruktúru v cytoplazme, syntetizujú proteíny, ktorých cieľom je vnútorný priestor bunky. Nakoniec, ribozómy mitochondrií syntetizujú proteíny pre mitochondriálne použitie.

Podobne, niekoľko ribozómov sa môže spojiť a vytvoriť "polyribozómy", tvoriace reťazec spojený s messenger RNA, syntetizujúci rovnaký proteín, viackrát a súčasne

Všetky sa skladajú z dvoch podjednotiek: jedného nazývaného veľkého alebo väčšieho a iného malého alebo menšieho.

Niektorí autori sa domnievajú, že ribozómy nie sú membránové organely, pretože im tieto štruktúry lipidov chýbajú, hoci iní výskumníci ich nepovažujú za organely samotné..

štruktúra

Ribozómy sú malé bunkové štruktúry (od 29 do 32 nm, v závislosti od skupiny organizmov), zaoblené a husté, zložené z ribozomálnych RNA a proteínových molekúl, ktoré sú navzájom spojené.

Najviac študované ribozómy sú eubaktérie, archaea a eukaryoty. V prvej línii sú ribozómy jednoduchšie a menšie. Na druhej strane eukaryotické ribozómy sú zložitejšie a väčšie. V archaea sú ribozómy v niektorých aspektoch viac podobné obom skupinám.

Obzvlášť komplexné sú ribozómy stavovcov a krytosemenných rastlín (kvitnúce rastliny).

Každá ribozomálna podjednotka pozostáva hlavne z ribozomálnej RNA a veľkého množstva proteínov. Veľká podjednotka môže okrem ribozomálnej RNA pozostávať z malých molekúl RNA.

Proteíny sú naviazané na ribozomálnu RNA v špecifických oblastiach po poradí. V rámci ribozómov môže byť diferencovaných niekoľko aktívnych miest, ako sú katalytické zóny.

Ribozomálna RNA má pre bunku kľúčový význam a je možné ju vidieť v jej sekvencii, ktorá sa počas evolúcie prakticky nezmenila, čo odráža vysoké selektívne tlaky proti akejkoľvek zmene.

typ

Ribozómy v prokaryotoch

Baktérie, podobne E. coli, majú viac ako 15 000 ribozómov (v pomere to zodpovedá takmer štvrtine suchej hmotnosti bakteriálnej bunky).

Ribozómy v baktériách majú priemer približne 18 nm a sú zložené zo 65% ribozomálnej RNA a iba 35% proteínov rôznych veľkostí, medzi 6 000 a 75 000 kDa.

Veľká podjednotka sa nazýva 50S a malá 30S, ktorá sa kombinuje do 70S štruktúry s molekulovou hmotnosťou 2,5 × 106 kDa.

Podjednotka 30S je predĺžená a nie je symetrická, zatiaľ čo 50S je hrubšia a kratšia.

Malá podjednotka E. coli skladá sa z 16S ribozomálnej RNA (1542 báz) a 21 proteínov a vo veľkej podjednotke je 23S ribozomálna RNA (2904 báz), 5S (1542 báz) a 31 proteínov. Proteíny, ktoré ich tvoria, sú základné a počet sa líši podľa štruktúry.

Molekuly ribozomálnej RNA sa spolu s proteínmi zoskupujú do sekundárnej štruktúry podobne ako iné typy RNA.

Ribozómy v eukaryotoch

Ribozómy v eukaryotoch (80S) sú väčšie, s vyšším obsahom RNA a proteínu. RNA sú dlhšie a nazývajú sa 18S a 28S. Tak ako v prokaryotoch, aj v kompozícii ribozómov dominuje ribozomálna RNA.

V týchto organizmoch má ribozóm molekulovú hmotnosť 4,2 × 106 kDa a je rozdelená do podjednotky 40S a 60S.

Podjednotka 40S obsahuje jednu molekulu RNA, 18S (1874 báz) a približne 33 proteínov. Podobne 60S podjednotka obsahuje 28S RNA (4718 báz), 5,8 S (160 báz) a 5S (120 báz). Okrem toho sa skladá zo základných proteínov a kyslých proteínov.

Ribozómy v Arqueas

Archaea je skupina mikroskopických organizmov, ktoré sa podobajú baktériám, ale líšia sa v mnohých charakteristikách, ktoré tvoria samostatnú doménu. Žijú v rôznych prostrediach a sú schopní kolonizovať extrémne prostredia.

Typy ribozómov nachádzajúcich sa v archaea sú podobné ribozómom eukaryotických organizmov, hoci majú aj určité charakteristiky bakteriálnych ribozómov.

Má tri typy molekúl ribozomálnej RNA: 16S, 23S a 5S, viazané na 50 alebo 70 proteínov, v závislosti od druhu štúdie. Čo sa týka veľkosti, ribozómy archaea sú bližšie k bakteriálnym (70S s dvoma podjednotkami 30S a 50S), ale z hľadiska ich primárnej štruktúry sú bližšie k eukaryontom.

Keďže archaea obyčajne obývajú prostredie s vysokými teplotami a vysokými koncentráciami solí, ich ribozómy sú vysoko odolné.

Koeficient sedimentácie

S alebo Svedbergs označuje koeficient sedimentácie častice. Vyjadruje vzťah medzi konštantnou sedimentačnou rýchlosťou medzi aplikovaným zrýchlením. Toto opatrenie má časové rozmery.

Všimnite si, že Svedbergs nie sú prísady, pretože zohľadňujú hmotnosť a tvar častice. Z tohto dôvodu, v baktériách ribozóm zložený z podjednotiek 50S a 30S nepridáva 80S, tiež 40S a 60S podjednotky netvoria 90S ribozóm.

funkcie

Ribozómy sú zodpovedné za sprostredkovanie procesu syntézy proteínov v bunkách všetkých organizmov, ktoré sú univerzálnym biologickým mechanizmom.

Ribozómy - spolu s transferovou RNA a messenger RNA - dokážu dekódovať DNA správu a interpretovať ju v sekvencii aminokyselín, ktoré tvoria všetky proteíny organizmu, v procese nazývanom translácia.

Vo svetle biológie, slovo preklad odkazuje na zmenu "jazyka" z nukleotidov tripletov na aminokyseliny.

Tieto štruktúry sú centrálnou časťou translácie, kde dochádza k väčšine reakcií, ako je tvorba peptidových väzieb a uvoľňovanie nového proteínu.

Preklad proteínov

Proces tvorby proteínov začína väzbou medzi mediátorovou RNA a ribozómom. Posol sa pohybuje touto štruktúrou na špecifickom konci nazývanom "kodón štartu reťazca".

Keď mediátorová RNA prechádza cez ribozóm, vytvára sa molekula proteínu, pretože ribozóm je schopný interpretovať správu kódovanú v posla.

Táto správa je kódovaná v trojiciach nukleotidov, v ktorých každé tri bázy označujú konkrétnu aminokyselinu. Napríklad, ak mediátorová RNA nesie sekvenciu: AUG AUU CUU UUG GCU, vytvorený peptid pozostáva z aminokyselín: metionínu, izoleucínu, leucínu, leucínu a alanínu..

Tento príklad demonštruje "degeneráciu" genetického kódu, pretože viac ako jeden kodón - v tomto prípade CUU a UUG - kóduje rovnaký typ aminokyseliny. Keď ribozóm deteguje stop kodón v mediátorovej RNA, translácia končí.

Ribozóm má miesto A a miesto P. Miesto P viaže peptidyl-tRNA a v mieste A vstupuje do aminoacyl-tRNA..

Prenos RNA

Transferové RNA sú zodpovedné za transport aminokyselín na ribozóm a majú sekvenciu komplementárnu k tripletu. Existuje transferová RNA pre každú z 20 aminokyselín, ktoré tvoria proteíny.

Chemické kroky syntézy proteínov

Proces začína aktiváciou každej aminokyseliny s väzbou ATP v komplexe adenozínmonofosfátu, pričom sa uvoľňujú vysokoenergetické fosfáty..

Výsledkom predchádzajúceho kroku je aminokyselina s nadbytkom energie a naviazanie sa uskutočňuje s príslušnou transferovou RNA za vzniku komplexu aminokyselina-tRNA. Uvoľňuje sa uvoľňovanie adenozínmonofosfátu.

V ribozóme nájde transferová RNA mediátorovú RNA. V tomto kroku sekvencia transferovej alebo antikodónovej RNA hybridizuje s kodónom alebo tripletom mediátorovej RNA. To vedie k zarovnaniu aminokyseliny s jej správnou sekvenciou.

Enzým peptidyltransferáza je zodpovedný za katalýzu tvorby peptidových väzieb, ktoré viažu aminokyseliny. Tento proces spotrebuje veľké množstvo energie, pretože vyžaduje vytvorenie štyroch vysokoenergetických väzieb pre každú aminokyselinu, ktorá sa viaže na reťazec.

Reakcia odstraňuje hydroxylový radikál na COOH konci aminokyseliny a odstraňuje vodík na NH konci2 inej aminokyseliny. Reaktívne oblasti dvoch aminokyselín sa viažu a vytvárajú peptidovú väzbu.

Ribozómy a antibiotiká

Pretože syntéza proteínov je nevyhnutnou udalosťou pre baktérie, niektoré antibiotiká sa zameriavajú na ribozómy a rôzne štádiá translačného procesu.

Napríklad streptomycín sa viaže na malú podjednotku, aby interferoval s procesom translácie, čo spôsobuje chyby pri čítaní messenger RNA.

Iné antibiotiká, ako sú neomycíny a gentamycíny, môžu tiež spôsobiť chyby v translácii, ktoré sú spojené s malou podjednotkou.

Syntéza ribozómov

Všetky bunkové mechanizmy potrebné na syntézu ribozómov sa nachádzajú v jadre, hustej oblasti jadra, ktorá nie je obklopená membránovými štruktúrami..

Nukleolus je variabilná štruktúra v závislosti od typu bunky: je veľký a nápadný v bunkách s vysokými požiadavkami na bielkoviny a je takmer nepostrehnuteľnou oblasťou v bunkách, ktoré syntetizujú malé množstvo proteínov..

Spracovanie ribozomálnej RNA sa vyskytuje v tejto oblasti, kde je spojené s ribozomálnymi proteínmi a spôsobuje vznik granulovaných kondenzačných produktov, ktoré sú nezrelé podjednotky, ktoré tvorili funkčné ribozómy.

Podjednotky sú transportované mimo jadra - cez jadrové póry - do cytoplazmy, kde sú zostavené do zrelých ribozómov, ktoré môžu začať syntézu proteínov..

Gény ribozomálnej RNA

U ľudí sa gény, ktoré kódujú ribozomálne RNA nachádzajú v piatich pároch špecifických chromozómov: 13, 14, 15, 21 a 22. Keďže bunky vyžadujú veľké množstvo ribozómov, gény sa v týchto chromozómoch niekoľkokrát opakujú..

Nukleové gény kódujú ribozomálne RNA 5.8S, 18S a 28S a sú transkribované RNA polymerázou v prekurzorovom transkripte 45S. 5S ribozomálna RNA nie je syntetizovaná v jadre.

Pôvod a vývoj

Moderné ribozómy sa museli objaviť v čase LUCA, posledného univerzálneho spoločného predka (skratiek v angličtine posledný univerzálny spoločný predok), pravdepodobne v hypotetickom svete RNA. Navrhuje sa, aby transferové RNA boli základom pre vývoj ribozómov.

Táto štruktúra by sa mohla objaviť ako komplex s vlastnými replikujúcimi funkciami, ktoré následne nadobudli funkcie pre syntézu aminokyselín. Jednou z najvýraznejších charakteristík RNA je jej schopnosť katalyzovať vlastnú replikáciu.

referencie

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). biochémie. 5. vydanie. New York: W H Freeman. Časť 29.3, Ribozóm je ribonukleoproteínová časť (70S) vyrobená z malej (30S) a veľkej (50S) podjednotky. K dispozícii na adrese: ncbi.nlm.nih.gov
  2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Pozvánka na biológiu. Panamericana Medical.
  3. Fox, G. E. (2010). Pôvod a vývoj ribozómu. Cold Spring Harbor perspektívy v biológii, 2(9), a003483.
  4. Hall, J. E. (2015). Guyton a Hall učebnica lekárskej fyziológie e-knihy. Elsevier Health Sciences.
  5. Lewin, B. (1993). Gény. Zväzok 1. Reverte.
  6. Lodish, H. (2005). Bunková a molekulárna biológia. Panamericana Medical.
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Štruktúra ribozómu a mechanizmus translácie. bunka, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G. J., Funke, B.R., a C. L. (2007). Úvod do mikrobiológie. Panamericana Medical.
  9. Wilson, D. N., & Cate, J. H. D. (2012). Štruktúra a funkcia eukaryotického ribozómu. Cold Spring Harbor perspektívy v biológii, 4(5), a011536.