RIBOSOMALNA RNA: KAKO SE SINTETIZIRA, VRSTE IN STRUKTURA, FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2026

Ribosomske RNA ali ribosomsko, celične biologije, je najpomembnejši strukturna komponenta ribosoma. Zato imajo nepogrešljivo vlogo pri sintezi beljakovin in so najbolj razširjene v primerjavi z drugimi glavnimi vrstami RNA: sel in prenosom.

Sinteza beljakovin je ključni dogodek v vseh živih organizmih. Prej je veljalo, da ribosomalna RNA ni aktivno vključena v ta pojav in je imela le strukturno vlogo. Danes obstajajo dokazi, da ima RNA katalitične funkcije in je pravi katalizator sinteze beljakovin.

Vir: Jane Richardson (Dcrjsr), z Wikimedia Commons

V evkariontih so geni, ki povzročajo to vrsto RNA, organizirani v območju jedra, imenovanem nukleolus. Vrste RNA se običajno razvrstijo glede na njihovo vedenje pri sedimentaciji, zato jih za črko "Svedberške enote" spremlja črka S.

Vrste

Ena najbolj presenetljivih razlik med evkariontskimi in prokariotskimi rodovi je sestava ribosomske RNK, ki predstavlja njihove ribosome. Prokarioti imajo manjše ribosome, medtem ko so ribosomi v evkariontih večji.

Ribosomi so razdeljeni na velike in majhne podenote. Majhen vsebuje eno samo molekulo ribosomske RNA, medtem ko velika vsebuje eno večjo molekulo in dve manjši, če gre za evkariote.

Najmanjša ribosomalna RNA v bakterijah je lahko od 1500 do 3000 nukleotidov. Pri človeku ribosomalna RNA doseže večje dolžine, med 1800 in 5000 nukleotidi.

Ribosomi so fizične entitete, kjer pride do sinteze beljakovin. Sestavljeni so iz približno 60% ribosomske RNA. Ostalo so beljakovine.

Enote Svedberg

Zgodovinsko gledano se ribosomalna RNA identificira s koeficientom usedanja suspendiranih delcev, ki se centrifugirajo v standardnih pogojih, kar je označeno s črko S za "Svedbergove enote."

Ena od zanimivih lastnosti te enote je, da ni aditiva, to je, da 10S plus 10S ni 20S. Zaradi tega obstaja nekaj zmede, povezane s končno velikostjo ribosomov.

Prokarioti

Majhna enota ribosoma v bakterijah, arhejah, mitohondrijih in kloroplastih vsebuje 16S ribosomsko RNA. Medtem ko velika podenota vsebuje dve vrsti ribosomske RNA: 5S in 23S.

Evkarioti

V evkariotih je na drugi strani 18S ribosomska RNA v majhni podenoti, velika podenota 60S pa vsebuje tri vrste ribosomske RNA: 5S, 5.8S in 28S. V tej vrsti so ribosomi večji, kompleksnejši in obilnejši kot pri prokariotih.

Kako se sintetizira?

Lokacija genov

Ribosomska RNA je osrednja komponenta ribosomov, zato je njena sinteza nepogrešljiv dogodek v celici. Sinteza poteka v nukleolu, območju znotraj jedra, ki ga ne omejuje biološka membrana.

Stroj je odgovoren za sestavljanje ribosomskih enot v prisotnosti nekaterih beljakovin.

Geni ribosomalne RNA so organizirani na različne načine, odvisno od rodu. Ne pozabite, da je gen segment DNK, ki kodira fenotip.

V primeru bakterij so geni za 16S, 23S in 5S ribosomske RNA organizirani in prepisani skupaj v operon. Ta organizacija "gena skupaj" je zelo pogosta v prokariotskih genih.

V nasprotju s tem so evkarioti, bolj zapleteni organizmi z membrano omejenim jedrom, organizirani v tandemu. V nas ljudeh so geni, ki kodirajo ribosomsko RNA, organizirani v pet "grozdov", ki se nahajajo na kromosomih 13, 14, 15, 21 in 22. Tem regijam rečemo NOR.

Začetek prepisovanja

V celici je RNA polimeraza encim, ki je zadolžen za dodajanje nukleotidov v pramene RNA. Iz molekule DNA tvorijo molekulo le-teh. Ta postopek tvorbe RNA po temperiranju DNK je znan kot prepisovanje. Obstaja več vrst polimeraz RNA.

Na splošno transkripcijo ribosomskih RNK ​​izvaja RNA polimeraza I, z izjemo 5S ribosomske RNA, katere transkripcijo izvaja RNA polimeraza III. 5S ima tudi to posebnost, da se prepisuje zunaj nukleolusa.

Promotorje sinteze RNA sestavljata dva elementa, bogata z zaporedji GC, in osrednje območje, tu se začne transkripcija.

Pri ljudeh se transkripcijski faktorji, potrebni za postopek, vežejo na osrednje območje in povzročijo kompleks prediniciacije, ki je sestavljen iz polja TATA in dejavnikov, povezanih s TBP.

Ko so vsi dejavniki skupaj, se RNA polimeraza I skupaj z drugimi faktorji transkripcije veže na osrednje območje promotorja in tvori iniciacijski kompleks.

Podaljševanje in konec prepisa

Nato se zgodi drugi korak postopka prepisovanja: raztezek. Tu pride do same transkripcije in vključuje prisotnost drugih katalitičnih proteinov, kot je topoizomeraza.

Pri evkariotih imajo transkripcijske enote ribosomalnih genov na 3 'koncu DNA zaporedje z zaporedjem, znanim kot Sal box, ki označuje konec prepisovanja.

Po transkripciji ribosomskih RNK, razporejenih v tandemu, se v nukleolusu zgodi biogeneza ribosomov. Ribosomalni prepisi genov dozorevajo in se povezujejo z beljakovinami, da tvorijo ribosomske enote.

Pred prenehanjem pride do tvorbe niza "riboproteinov". Tako kot v mesnarskih RNA tudi postopek spajanja poganjajo majhni nukleolarni ribonukleoproteini ali snRNP, za kratico v angleščini.

Spajanje je postopek, pri katerem se izločajo introni (nekodirajoče sekvence), ki običajno »prekinjajo« eksone (zaporedja, ki kodirajo zadevni gen).

Proces vodi do vmesnih spojin 20S, ki vsebujejo 18S rRNA in 32S, ki vsebujejo 5,8S in 28S rRNA.

Post-transkripcijske spremembe

Po nastanku ribosomalnih RNK ​​se spremenijo. Ti vključujejo metilacije (dodajanje metilne skupine) približno 100 nukleotidov na ribosom v 2'-OH skupini ribosoma. Poleg tega pride do izomerizacije več kot 100 urin do oblike psevdo-uridina.

Struktura

Tako kot DNK je tudi RNA sestavljena iz dušikove baze, ki je kovalentno vezana na fosfatno hrbtenico.

Štiri dušikove baze, ki jih tvorijo, so adenin, citozin, uracil in gvanin. Vendar, za razliko od DNK, RNA ni molekula z dvojnim pasom, ampak en sam pas.

Kot za RNA za prenos je značilna, da je za ribosomsko RNA značilno, da ima precej zapleteno sekundarno strukturo s specifičnimi vezalnimi regijami, ki prepoznavajo messenger RNA in prenos RNA.

Lastnosti

Glavna funkcija ribosomske RNK je zagotoviti telesno strukturo, ki omogoča sprejemanje in dekodiranje mesne RNA v aminokisline, tvorbo beljakovin.

Beljakovine so biomolekule s široko paleto funkcij - od prevoza kisika, kot je hemoglobin, do podpornih funkcij.

Uporabnost

Ribosomalna RNA se intenzivno uporablja, tako na področju molekularne biologije in evolucije, kot tudi v medicini.

Če želite izvedeti več o filogenetskih razmerjih med dvema skupinama organizmov - torej o povezanosti organizmov med seboj v sorodstvu - se ribosomalni RNA geni pogosto uporabljajo kot označevanje.

Zaradi nizkih evolucijskih hitrosti so zelo uporabni kot molekularni markerji (te vrste zaporedij so poznane kot "ohranjene sekvence").

Dejansko je eno najbolj znanih filogenetskih rekonstrukcij na področju biologije izvedel Carl Woese in sodelavci z uporabo 16S ribosomske sekvence RNA. Rezultati te študije so omogočili, da so žive organizme razdelili na tri domene: arheje, bakterije in evkariote.

Po drugi strani je ribosomalna RNA pogosto tarča številnih antibiotikov, ki se v medicini uporabljajo za zdravljenje številnih bolezni. Logično je domnevati, da bo z napadom na sistem za proizvodnjo beljakovin bakterija vplivala takoj.

Evolucija

Špekulirajo, da so ribosomi, kot jih poznamo danes, začeli nastajati v zelo oddaljenih časih, blizu nastanka LUCA (zadnji univerzalni skupni prednik ali zadnji univerzalni prednik).

V resnici ena od hipotez o nastanku življenja navaja, da je življenje izviralo iz molekule RNA - saj ima potrebne avtokatalizne sposobnosti, da se lahko šteje za eno izmed predhodnih molekul življenja.

Raziskovalci predlagajo, da trenutni prekurzorji ribosomov niso bili tako selektivni z aminokislinami, saj so sprejemali tako l kot d izomere. Danes je splošno znano, da proteini nastajajo izključno iz amino oblike l.

Poleg tega ima ribosomalna RNA sposobnost kataliziranja reakcije peptidil transferaze, kar je značilno za deponiranje nukleotidov, skupaj s svojimi katalitičnimi zmožnostmi, zaradi česar je ključni element v razvoju prvih oblik na zemlji.

Reference

1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biokemija. 5. izdaja New York: WH Freeman. Oddelek 29.3, Ribosom je delček ribonukleoproteina (70S), sestavljen iz majhne (30S) in velike (50S) podenote. Dostopno na: ncbi.nlm.nih.gov
2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Vabilo na biologijo. Panamerican Medical Ed.
3. Fox, GE (2010). Poreklo in evolucija ribosoma. Perspektive hladne pomladne luke v biologiji, 2 (9), a003483.
4. Hall, JE (2015). Guyton in Hall učbenik e-knjige medicinske fiziologije. Elsevier Health Sciences.
5. Lewin, B. (1993). Geni Zvezek 1. Ponatis.
6. Lodish, H. (2005). Celična in molekularna biologija. Panamerican Medical Ed.
7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribosomska struktura in mehanizem prevajanja. Celica, 108 (4), 557–572.
8. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Uvod v mikrobiologijo. Panamerican Medical Ed.
9. Wilson, DN, & Cate, JHD (2012). Zgradba in funkcija evkariontskega ribosoma. Perspektive hladne pomladne luke v biologiji, 4 (5), a011536.