Рибосомні характеристики, типи, структура, функції



The рибосоми вони є найбільш поширеними клітинними органелами і беруть участь у синтезі білків. Вони не оточені мембраною і утворені двома типами субодиниць: великим і маленьким, як правило, велика субодиниця майже вдвічі меншою..

Прокаріотична лінія має рибосоми 70S, що складаються з великої субодиниці 50S і невеликої 30S. Аналогічно, рибосоми еукаріотичної лінії складаються з великої субодиниці 60S і невеликої субодиниці 40S..

Рибосома аналогічна фабриці в русі, здатній читати РНК-месенджер, переводячи її в амінокислоти і зв'язуючи їх пептидними зв'язками.

Рибосоми еквівалентні майже 10% загальних білків бактерій і більше 80% загальної кількості РНК. У випадку еукаріот, вони не є такою великою по відношенню до інших білків, але їх кількість більше.

У 1950 році дослідник Джордж Паладе вперше візуалізував рибосоми, і це відкриття отримало Нобелівську премію з фізіології або медицини..

Індекс

  • 1 Загальна характеристика
  • 2 Структура
  • 3 типи
    • 3.1 Рибосоми в прокаріотів
    • 3.2 Рибосоми у еукаріотів
    • 3.3 Рибосоми в Аркеасі
    • 3.4 Коефіцієнт седиментації
  • 4 Функції
    • 4.1 Переклад білків
    • 4.2 Перенесення РНК
    • 4.3. Хімічні етапи синтезу білка
    • 4.4. Рибосоми та антибіотики
  • 5 Синтез рибосом
    • 5.1 Гени рибосомних РНК
  • 6 Походження та еволюція
  • 7 Посилання

Загальна характеристика

Рибосоми є важливими компонентами всіх клітин і пов'язані з синтезом білка. Вони дуже малі за розмірами, тому їх можна візуалізувати тільки в світлі електронного мікроскопа.

Рибосоми вільні в цитоплазмі клітини, прикріплені до грубого ендоплазматичного ретикулуму - рибосоми дають той «зморщений» вигляд - і в деяких органелах, таких як мітохондрії і хлоропласти.

Рибосоми, прикріплені до мембран, відповідають за синтез білків, які будуть вставлені в плазматичну мембрану або спрямовані у зовнішню клітину.

Вільні рибосоми, які не пов'язані з будь-якою структурою в цитоплазмі, синтезують білки, призначення яких - це внутрішня частина клітини. Нарешті, рибосоми мітохондрій синтезують білки для мітохондріального використання.

Таким же чином, кілька рибосом можуть приєднуватися і утворювати "полирибосоми", утворюючи ланцюжок, пов'язаний з РНК, що синтезує той же білок, кілька разів і одночасно.

Всі вони складаються з двох субодиниць: один називається великим або більшим, а інший малим або меншим.

Деякі автори вважають, що рибосоми є немембранними органелами, оскільки їм не вистачає цих ліпідних структур, хоча інші дослідники не вважають їх самими органелами..

Структура

Рибосоми - це невеликі клітинні структури (від 29 до 32 нм, залежно від групи організмів), округлі і щільні, складаються з рибосомних РНК і білкових молекул, які пов'язані один з одним.

Найбільш вивченими рибосомами є еубактерії, археї та еукаріот. У першому ряді рибосоми є більш простими і меншими. З іншого боку, еукаріотичні рибосоми є більш складними і більшими. У археях рибосоми більш схожі на обидві групи в певних аспектах.

Особливо складними є рибосоми хребетних і покритонасінних (квіткових рослин).

Кожна рибосомна субодиниця складається в основному з рибосомної РНК і великої кількості білків. Велика субодиниця може складатися з малих молекул РНК, крім рибосомної РНК.

Білки зв'язуються з рибосомальною РНК у специфічних регіонах, дотримуючись порядку. В межах рибосом можна виділити декілька активних центрів, такі як каталітичні зони.

Рибосомна РНК має вирішальне значення для клітини, і це можна побачити в її послідовності, яка практично не змінювалася під час еволюції, відображаючи високі селективні тиску проти будь-яких змін.

Типи

Рибосоми в прокаріотів

Бактерії, як E. coli, мають більше 15 000 рибосом (у пропорціях це еквівалентно майже чверті сухої маси бактеріальної клітини).

Рибосоми в бактеріях мають діаметр близько 18 нм і складаються з 65% рибосомної РНК і тільки 35% білків різних розмірів, між 6000 і 75000 кДа..

Велика субодиниця називається 50S і невелика 30S, які об'єднуються, утворюючи структуру 70S з молекулярною масою 2,5 × 106 kDa.

Підрозділ 30S є витягнутим і не симетричним, тоді як 50S є більш товстим і коротшим.

Невелика субодиниця E. coli він складається з 16S рибосомальних РНК (1542 підстав) і 21 білків, а у великій субодиниці - 23S рибосомних РНК (2904 підстави), 5S (1542 підстав) та 31 білків. Білки, які їх утворюють, є основними, і їх кількість змінюється залежно від структури.

Молекули рибосомних РНК разом з білками групуються у вторинній структурі аналогічно іншим типам РНК.

Рибосоми у еукаріотів

Рибосоми у еукаріотів (80S) більші, з більш високим вмістом РНК і білка. РНК довші і називаються 18S і 28S. Як і у прокаріотів, у складі рибосом переважає рибосомная РНК.

У цих організмах рибосома має молекулярну масу 4,2 × 106 kDa і розбивається на субодиницю 40S і 60S.

Субодиниця 40S містить одну молекулу РНК, 18S (1874 підстави) і близько 33 білків. Аналогічно, субодиниця 60S містить 28S РНК (4718 баз), 5.8S (160 баз) і 5S (120 баз). Крім того, вона складається з основних білків і кислотних білків.

Рибосоми в Аркеас

Археї - це група мікроскопічних організмів, що нагадують бактерії, але вони відрізняються багатьма характеристиками, які становлять окремий домен. Вони живуть у різноманітних середовищах і можуть колонізувати екстремальні середовища.

Типи рибосом, знайдені в археях, схожі з рибосомами еукаріотичних організмів, хоча вони також мають певні характеристики бактеріальних рибосом.

Вона має три типи молекул рибосомних РНК: 16S, 23S і 5S, пов'язані з 50 або 70 білками, залежно від виду дослідження. Щодо розміру, рибосоми архей ближче до бактеріальних (70S з двома субодиницями 30S і 50S), але з точки зору їх первинної структури вони ближче до еукаріотів.

Оскільки археї зазвичай населяють середовища з високими температурами і високими концентраціями солей, їх рибосоми мають високу стійкість.

Коефіцієнт седиментації

S або Svedbergs, відноситься до коефіцієнта седиментації частинки. Висловлює зв'язок між постійною швидкістю седиментації між прикладеним прискоренням. Цей захід має часові розміри.

Зазначимо, що Сведберг не є добавками, оскільки вони враховують масу і форму частинки. З цієї причини в бактеріях рибосома, що складається з 50S і 30S субодиниць, не додає 80S, також субодиниці 40S і 60S не утворюють рибосому 90S.

Функції

Рибосоми несуть відповідальність за опосередкування процесу синтезу білка в клітинах всіх організмів, будучи універсальним біологічним механізмом.

Рибосоми - разом з РНК-переносом і РНК-месенджером - здатні декодувати повідомлення ДНК і інтерпретувати її в послідовності амінокислот, які утворюють всі білки організму, в процесі, який називається.

У світлі біології слово «переклад» відноситься до зміни «мови» від нуклеотидних триплетів до амінокислот.

Ці структури є центральною частиною трансляції, де відбувається більшість реакцій, таких як утворення пептидних зв'язків і вивільнення нового білка.

Переклад білків

Процес формування білка починається з зв'язування між месенджером РНК і рибосомою. Посланник рухається через цю структуру на конкретному кінці, званому "ланцюговим стартовим кодоном".

По мірі того, як РНК проходить через рибосому, утворюється молекула білка, оскільки рибосома здатна інтерпретувати повідомлення, закодоване в повідомленні.

Це повідомлення кодується в триплети нуклеотидів, в яких кожні три бази вказують на конкретну амінокислоту. Наприклад, якщо несуча РНК несе послідовність: AUG AUU CUU UUG GCU, утворений пептид складається з амінокислот: метіоніну, ізолейцину, лейцину, лейцину та аланіну..

Цей приклад демонструє "виродження" генетичного коду, оскільки більш ніж один кодон - в даному випадку CUU і UUG - кодує один і той же тип амінокислоти. Коли рибосома виявляє стоп-кодон в РНК-повідомленні, трансляція закінчується.

Рибосома має ділянку А і сайт Р. П-сайт зв'язує пептидил-тРНК, а на сайті А - аміноацил-тРНК..

Перенесення РНК

Трансферні РНК відповідають за транспортування амінокислот до рибосоми і мають послідовність, комплементарну триплету. Існує переносна РНК для кожної з 20 амінокислот, що складають білки.

Хімічні етапи синтезу білка

Процес починається з активації кожної амінокислоти з зв'язуванням АТФ в комплексі аденозинмонофосфату, вивільняючи високоенергетичні фосфати.

Попередній етап призводить до того, що амінокислота з надлишковою енергією і зв'язування відбувається з його відповідною перенесенням РНК, утворюючи амінокислотний тРНК-комплекс. Вивільнення монофосфату аденозину відбувається тут.

У рибосомі перенесення РНК виявляє месенджерную РНК. На цьому етапі послідовність перенесення або антикодон РНК гибридизуется з кодоном або триплетом месенджерной РНК. Це призводить до вирівнювання амінокислоти з її належною послідовністю.

Фермент пептидилтрансфераза відповідає за каталізацію утворення пептидних зв'язків, які зв'язують амінокислоти. Цей процес споживає велику кількість енергії, оскільки вимагає утворення чотирьох високоенергетичних зв'язків для кожної амінокислоти, що зв'язується з ланцюгом..

Реакція видаляє гідроксильний радикал на кінці СООН амінокислоти і видаляє водень на кінці NH2 іншої амінокислоти. Реактивні області двох амінокислот пов'язують і створюють пептидний зв'язок.

Рибосоми та антибіотики

Оскільки синтез білка є незамінною подією для бактерій, певні антибіотики націлені на рибосоми та різні стадії процесу перекладу.

Наприклад, стрептоміцин зв'язується з невеликою субодиницею для втручання в процес перекладу, викликаючи помилки при зчитуванні месенджерної РНК.

Інші антибіотики, такі як неоміцини і гентаміцини, також можуть викликати похибки перекладу, пов'язані з невеликою субодиницею.

Синтез рибосом

Вся клітинна техніка, необхідна для синтезу рибосом, знаходиться в ядрішці, щільній області ядра, яка не оточена мембранними структурами.

Ядром є змінною структурою в залежності від типу клітини: він великий і помітний в клітинах з високими потребами білка і є майже непомітною областю в клітинах, які синтезують невелику кількість білків..

Обробка рибосомной РНК відбувається в цій області, де вона з'єднується з рибосомними білками і дає початок гранулярним продуктам конденсації, які є незрілими субодиницями, які утворюють функціональні рибосоми..

Субодиниці транспортуються за межі ядра - через ядерні пори - до цитоплазми, де вони збираються в зрілі рибосоми, які можуть почати синтез білка..

Гени рибосомної РНК

У людини гени, які кодують рибосомальние РНК, знаходяться в п'яти парах специфічних хромосом: 13, 14, 15, 21 і 22. Оскільки клітини потребують великих кількостей рибосом, гени повторюються кілька разів у цих хромосомах..

Гени нуклеолу кодують рибосомальние РНК 5.8S, 18S і 28S і транскрибуються РНК-полімеразою в попереднику транскрипту 45S. 5S рибосомная РНК не синтезується в ядрішці.

Походження та еволюція

Сучасні рибосоми повинні були з'явитися за часів LUCA, останнього загального загального предка (скорочень англійською мовою) останній універсальний спільний предок), ймовірно, в гіпотетичному світі РНК. Передбачається, що трансферні РНК є фундаментальними для еволюції рибосом.

Ця структура могла б виникнути як комплекс з самовідтворюються функціями, які згодом придбали функції синтезу амінокислот. Однією з найбільш видатних характеристик РНК є її здатність каталізувати власну реплікацію.

Список літератури

  1. Берг Я. М., Тимочко JL, Stryer L. (2002). Біохімія. 5-е видання. Нью-Йорк: W H Фрімен. Розділ 29.3, Рибосома - це рибонуклеопротеиновая частинка (70S), виготовлена ​​з малої (30S) і великої (50S) субодиниці. Доступно за адресою: ncbi.nlm.nih.gov
  2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Запрошення до біології. Ed. Panamericana Medical.
  3. Fox, G.E. (2010). Походження і еволюція рибосоми. Перспективи Cold Spring Harbor в біології, 2(9), a003483.
  4. Hall, J. E. (2015). Підручник Гейтона і Холла медичної фізіології електронної книги. Elsevier Health Sciences.
  5. Левін, Б. (1993). Гени Том 1. Реверте.
  6. Lodish, H. (2005). Клітинна і молекулярна біологія. Ed. Panamericana Medical.
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Структура рибосоми і механізм трансляції. Cell, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G.J., Funke, B.R., & Case, C.L. (2007). Введення в мікробіологію. Ed. Panamericana Medical.
  9. Wilson, D.N. & Cate, J.H.D. (2012). Структура і функція еукаріотичної рибосоми. Перспективи Cold Spring Harbor в біології, 4(5), a011536.