RIBOSOMI: ZNAČILNOSTI, VRSTE, ZGRADBA, FUNKCIJE - BIOLOGIJA - 2026

V ribosomi so najbolj množični celične organele in sodelujejo pri sintezi proteinov. Niso obkroženi z membrano in so sestavljeni iz dveh vrst podenot: velike in majhne, ​​praviloma je velika podenota skoraj dvakrat manjša.

Prokariotska linija ima 70S ribosomov, sestavljenih iz velike 50S in majhne podenote 30S. Prav tako so ribosomi evkariontske rodu sestavljeni iz velike 60S in majhne podenote 40S.

Ribosom je analogen tovarni, ki se giblje, sposobna je prebrati RNA sel, ga prevesti v aminokisline in jih povezati s peptidnimi vezmi.

Ribosomi ustrezajo skoraj 10% celotnih beljakovin bakterije in več kot 80% celotne količine RNA. Pri evkariotih jih ni tako obilo glede na druge beljakovine, vendar je njihovo število večje.

Leta 1950 je raziskovalec George Palade prvič vizualiziral ribosome in to odkritje je prejelo Nobelovo nagrado za fiziologijo ali medicino.

Splošne značilnosti

Ribosomi so bistveni sestavni deli vseh celic in so povezani s sintezo beljakovin. So zelo majhne velikosti, zato jih je mogoče videti le pod svetlobo elektronskega mikroskopa.

Ribosomi se nahajajo v citoplazmi celice, zasidrani na grobi endoplazemski retikulum - ribosomi mu dajejo "naguban" videz - in v nekaterih organelih, kot so mitohondriji in kloroplasti.

Na membrano vezane ribosome so odgovorni za sintezo beljakovin, ki bodo vstavljene v plazemsko membrano ali pa bodo poslane na zunanjo stran celice.

Prosti ribosomi, ki niso povezani z nobeno strukturo v citoplazmi, sintetizirajo beljakovine, katerih cilj je znotraj celice. Končno ribosomi mitohondrije sintetizirajo beljakovine za mitohondrijsko uporabo.

Na enak način se lahko več ribosomov pridruži in tvori "poliribosome", ki tvorijo verigo, povezano z messenger RNA, sintetizirajo isti protein, večkrat in hkrati

Vse so sestavljene iz dveh podenot: ena se imenuje velika ali večja, druga pa majhna ali manjša.

Nekateri avtorji menijo, da so ribosomi neembranski organeli, saj ti lipidni ustroji nimajo, čeprav jih drugi raziskovalci ne štejejo za organele.

Struktura

Ribosomi so majhne celične strukture (od 29 do 32 nm, odvisno od skupine organizmov), zaobljene in goste, sestavljene iz ribosomalne RNA in beljakovinskih molekul, ki so med seboj povezane.

Najbolj preučeni ribosomi so evbakterije, arheje in evkarioti. V prvi vrsti so ribosomi enostavnejši in manjši. Eukariotski ribosomi so po svoje bolj kompleksni in večji. V arhejah so ribosomi v določenih pogledih bolj podobni obema skupinama.

Ribosomi vretenčarjev in angiospermov (cvetoče rastline) so še posebej zapleteni.

Vsako ribosomsko podenoto sestavljajo predvsem ribosomska RNA in najrazličnejše beljakovine. Veliko podenoto lahko poleg ribosomske RNA sestavljajo tudi majhne molekule RNA.

Beljakovine so na naročilu povezane z ribosomsko RNA v določenih regijah. Znotraj ribosomov lahko ločimo več aktivnih mest, na primer katalitične cone.

Ribosomalna RNA je za celico ključnega pomena, kar lahko vidimo v njenem zaporedju, ki je bilo med evolucijo skoraj nespremenjeno, kar odraža visoke selektivne pritiske proti kakršni koli spremembi.

Ribosomske funkcije

Ribosomi so odgovorni za posredovanje procesa sinteze beljakovin v celicah vseh organizmov in so univerzalni biološki mehanizem.

Ribosomom - skupaj s prenosno RNA in mesno RNA - uspe dekodirati sporočilo DNK in ga interpretirati v zaporedje aminokislin, ki bodo tvorile vse beljakovine v organizmu, v procesu, imenovanem prevod.

V luči biologije se beseda prevod nanaša na spremembo "jezika" iz nukleotidnih trojčkov v aminokisline.

Te strukture so osrednji del prevajanja, kjer se zgodi večina reakcij, na primer tvorba peptidnih vezi in sproščanje novega proteina.

Prevajanje beljakovin

Proces tvorbe beljakovin se začne z združitvijo med selitveno RNA in ribosomom. Glasnik potuje skozi to strukturo na določenem koncu, ki se imenuje "kodon verižnega iniciatorja".

Ko se messenger RNA preide skozi ribosom, nastane beljakovinska molekula, ker ribosom lahko interpretira sporočilo, kodirano v messengerju.

To sporočilo je kodirano v nukleotidne trojčke, pri čemer vsake tri baze kažejo določeno aminokislino. Na primer, če prenaša RNA zaporedje: AUG AUU CUU UUG GCU, bo nastali peptid sestavljen iz aminokislin: metionina, izolevcina, levcina, levcina in alanina.

Ta primer prikazuje "degeneriranost" genskega koda, saj več kot en kodon - v tem primeru CUU in UUG - kodira za isto vrsto aminokislin. Ko ribosom zazna stop kodon v messenger RNA, se prevod konča.

Ribosom ima mesto A in P mesto. P mesto vsebuje peptidil-tRNA in aminoacil-tRNA vstopi na mesto A.

Prenesite RNA

Prenosne RNK so odgovorne za transport aminokislin do ribosoma in imajo zaporedje, ki dopolnjuje triplet. Obstaja prenosna RNA za vsako od 20 aminokislin, ki sestavljajo beljakovine.

Kemični koraki sinteze beljakovin

Postopek se začne z aktiviranjem vsake aminokisline z vezavo ATP v kompleksu adenosinofonofata, pri čemer se sproščajo visoko energijski fosfati.

V prejšnjem koraku se aminokislina s presežno energijo in vezava zgodi z njeno prenosno RNA, da tvori kompleks aminokisline-tRNA. Tu pride do sproščanja adenozin monofosfata.

V ribosomu se prenosna RNA sreča z mesno RNA. Na tej stopnji se zaporedje prenosne ali antikodon RNA hibridizira s kodonom ali trojico messenger RNA. To vodi v poravnavo aminokisline z njenim pravilnim zaporedjem.

Encim peptidil transferaza je odgovoren za kataliziranje tvorbe peptidnih vezi, ki vežejo aminokisline. Ta postopek porabi velike količine energije, saj zahteva tvorbo štirih visokoenergijskih vezi za vsako aminokislino, ki je pritrjena na verigo.

Reakcijsko odstrani hidroksilno ostanek na COOH koncu aminokisline in odstrani vodik v NH ₂ koncu druge aminokisline. Reaktivne regije obeh aminokislin se združijo in ustvarijo peptidno vez.

Ribosomi in antibiotiki

Ker je sinteza beljakovin bistven dogodek za bakterije, nekateri antibiotiki ciljajo na ribosome in različne faze procesa prevajanja.

Na primer, streptomicin se veže na majhno podenoto, da moti prevajalski postopek, kar povzroča napake pri branju RNA messengerja.

Tudi drugi antibiotiki, kot so neomicini in gentamicini, lahko povzročijo napake pri prevajanju in se priklopijo na majhno podenoto.

Vrste ribosomov

Ribosomi v prokariotih

Bakterije, kot E. coli, imajo več kot 15.000 ribosomov (v razmerjih to pomeni skoraj četrtino suhe mase bakterijske celice).

Ribosomi v bakterijah imajo premer približno 18 nm in jih sestavlja 65% ribosomske RNA in le 35% beljakovin različnih velikosti, med 6.000 in 75.000 kDa.

Velika podenota se imenuje 50S in majhna 30S, ki se združita in tvorita 70S strukturo z molekulsko maso 2,5 × 10 ⁶ kDa.

Podenota 30S je podolgovate oblike in ni simetrična, 50S pa je debelejša in krajša.

Majhno podenoto E. coli sestavlja 16S ribosomskih RNK ​​(1542 baz) in 21 beljakovin, velika podenota pa vsebuje 23S ribosomskih RNK ​​(2904 baz), 5S (1542 baz) in 31 proteinov. Beljakovine, ki jih sestavljajo, so osnovne, število pa se razlikuje glede na strukturo.

Molekule ribosomske RNA so skupaj z beljakovinami združene v sekundarno strukturo, podobno drugim vrstam RNA.

Ribosomi v evkariontih

Ribosomi v evkariontih (80S) so večji, z večjo vsebnostjo RNA in beljakovin. RNK so daljše in jih imenujemo 18S in 28S. Tako kot pri prokariotih tudi v sestavi ribosomov prevladuje ribosomska RNA.

V teh organizmih ima ribosom molekulsko maso 4,2 × 106 ⁶ kDa in se razgradi v podenoto 40S in 60S.

Podenota 40S vsebuje eno molekulo RNA, 18S (1874 baz) in približno 33 proteinov. Podobno 60S podenota vsebuje RNA 28S (4718 baz), 5.8S (160 baz) in 5S (120 baz). Poleg tega jo sestavljajo osnovne beljakovine in kisle beljakovine.

Ribosomi v arhajih

Arhee so skupina mikroskopskih organizmov, ki spominjajo na bakterije, vendar se razlikujejo po toliko značilnostih, da predstavljajo ločeno domeno. Živijo v različnih okoljih in so sposobni kolonizirati ekstremna okolja.

Vrste ribosomov, ki jih najdemo v arhejah, so podobne ribosomom evkariontskih organizmov, čeprav imajo tudi nekatere značilnosti bakterijskih ribosomov.

Ima tri vrste ribosomskih molekul RNA: 16S, 23S in 5S, skupaj z 50 ali 70 proteini, odvisno od vrste raziskave. Po velikosti so arhejski ribosomi bližje bakterijskim (70S z dvema podenotama 30S in 50S), vendar so po svoji primarni strukturi bližje evkarionom.

Ker arheje običajno poseljujejo v okolju z visokimi temperaturami in visokimi koncentracijami soli, so njihovi ribosomi zelo odporni.

Koeficient sedimentacije

S ali Svedbergs se nanaša na koeficient sedimentacije delca. Izraža razmerje med konstantno hitrostjo usedanja in uporabljenim pospeševanjem. Ta mera ima dimenzije časa.

Upoštevajte, da Svedbergi niso aditivi, saj upoštevajo maso in obliko delca. Iz tega razloga pri bakterijah ribosom, sestavljen iz 50S in 30S podenot, ne vsebuje 80S, prav tako podenota 40S in 60S ne tvorita ribosoma 90S.

Sinteza ribosoma

Vsa celična mehanizacija, potrebna za sintezo ribosomov, se nahaja v jedru, gostem območju jedra, ki ni obdan z membranskimi strukturami.

Nukleolus je spremenljiva struktura, odvisno od vrste celice: je velik in opazen v celicah z visokimi potrebami po beljakovinah in je skoraj neopazno območje v celicah, ki sintetizirajo malo beljakovin.

Obdelava ribosomske RNK se pojavi na tem območju, kjer se združi z ribosomskimi proteini in povzroči zrnate kondenzacijske produkte, ki so nezrele podenote, ki tvorijo funkcionalne ribosome.

Podenote se prevažajo zunaj jedra - skozi jedrske pore - do citoplazme, kjer se sestavijo v zrele ribosome, ki lahko začnejo sintezo beljakovin.

Renosomalni geni RNA

Pri ljudeh se geni, ki kodirajo ribosomske RNK, nahajajo na petih posebnih parih kromosomov: 13, 14, 15, 21 in 22. Ker celice potrebujejo veliko število ribosomov, se geni na teh kromosomih ponovijo večkrat .

Nukleolusni geni kodirajo za 5.8S, 18S in 28S ribosomske RNA in jih RNA polimeraza prepisuje v prepis predhodnika 45S. Ribosomska RNA se v nukleolusu ne sintetizira.

Poreklo in evolucija

Sodobni ribosomi so se morali pojaviti v času LUCA, zadnjega univerzalnega skupnega prednika, verjetno v hipotetičnem svetu RNA. Predlaga se, da so bile transferne RNA temeljne za razvoj ribosomov.

Ta struktura bi lahko nastala kot kompleks s samo-ponovljivimi funkcijami, ki so pozneje pridobile funkcije za sintezo aminokislin. Ena najbolj izjemnih lastnosti RNA je njegova sposobnost kataliziranja lastne replikacije.

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 podenote (50S). 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.