Ribozomální RNA, jak je syntetizována, typy a struktura, funkce



Ribozomální RNAnebo ribozom, v buněčné biologii, je nejdůležitější strukturální složkou ribozomů. Proto mají nepostradatelnou roli v syntéze proteinů a jsou nejrozšířenější ve vztahu k ostatním hlavním typům RNA: messenger a transfer.

Syntéza proteinů je klíčovou událostí ve všech živých organismech. Předtím se věřilo, že se ribozomální RNA na tomto fenoménu aktivně nepodílí a že hrála jen strukturální roli. V současné době existuje důkaz, že RNA má katalytické funkce a je skutečným katalyzátorem syntézy proteinů.

V eukaryotech jsou geny, které dávají vznik tomuto typu RNA, organizovány v oblasti jádra zvané nukleolus. Typy RNA jsou obvykle klasifikovány v závislosti na jejich chování v sedimentaci, což je důvod, proč jsou doprovázeny písmenem S "Svedbergových jednotek"..

Index

  • 1 Typy
    • 1.1 Jednotky Svedberg
    • 1.2 Prokaryoty
    • 1.3 Eukaryoty
  • 2 Jak se syntetizuje?
    • 2.1 Umístění genů
    • 2.2 Začátek transkripce
    • 2.3 Prodloužení a konec transkripce
    • 2.4 Posttranskripční modifikace
  • 3 Struktura
  • 4 Funkce
  • 5 Použitelnost
  • 6 Evoluce
  • 7 Odkazy

Typy

Jedním z nejvýraznějších rozdílů mezi eukaryotickými a prokaryotickými liniemi je složení ribozomální RNA, která představuje jejich ribozomy. Prokaryoty mají menší ribozomy, zatímco ribozómy v eukaryotech jsou větší.

Ribozomy jsou rozděleny do velkých a malých podjednotek. Malý obsahuje jednu molekulu ribozomální RNA, zatímco větší obsahuje větší molekulu a dva menší, v případě eukaryot.

Nejmenší ribozomální RNA v bakteriích může mít 1500 až 3000 nukleotidů. U lidí dosahuje ribozomální RNA delší délky, mezi 1800 a 5000 nukleotidy.

Ribozómy jsou fyzikální entity, kde dochází k syntéze proteinů. Skládají se z přibližně 60% ribozomální RNA. Zbytek jsou proteiny.

Jednotky Svedberg

Historicky je ribozomální RNA identifikována sedimentačním koeficientem suspendovaných částic odstředěných za standardních podmínek, což je označeno písmenem S "jednotek Svedberg"..

Jednou ze zajímavých vlastností této jednotky je, že není aditivní, to znamená, že 10S plus 10S nejsou 20S. Z tohoto důvodu existuje určitá nejasnost týkající se konečné velikosti ribozomů.

Prokaryoty

U bakterií, archaea, mitochondrií a chloroplastů obsahuje malá jednotka ribozomu 16S ribozomální RNA. Zatímco velká podjednotka obsahuje dva druhy ribozomální RNA: 5S a 23S.

Eukaryoty

Eukaryoty, na druhé straně, 18S ribozomální RNA se nachází v malé podjednotce a velká podjednotka, 60S, obsahuje tři typy ribozomální RNA: 5S, 5,8S a 28S. V této linii, ribozómy jsou obvykle větší, komplexnější a hojnější než v prokaryotes.

Jak je to syntetizováno?

Umístění genů

Ribozomální RNA je centrální složkou ribozomů, takže její syntéza je nepostradatelnou událostí v buňce. Syntéza probíhá v nukleolu, oblasti uvnitř jádra, která není vázána biologickou membránou.

Strojní zařízení je zodpovědné za sestavení jednotek ribozomů v přítomnosti určitých proteinů.

Ribozomální RNA geny jsou organizovány různými způsoby v závislosti na linii. Připomeňme, že gen je segment DNA, který kóduje fenotyp.

V případě bakterií jsou geny pro 16S, 23S a 5S ribozomální RNA organizovány a transkribovány společně v operonu. Tato organizace "genů dohromady" je velmi běžná v genech prokaryot.

Naproti tomu eukaryoty, komplexnější organismy s membránově ohraničeným jádrem, jsou organizovány v tandemu. V nás, lidech, jsou geny, které kódují ribozomální RNA, organizovány do pěti "skupin" umístěných na chromozomech 13, 14, 15, 21 a 22. Tyto oblasti se nazývají NOR.

Začátek transkripce

V buňce je RNA polymeráza enzymem zodpovědným za přidání nukleotidů do řetězců RNA. Tyto molekuly tvoří molekulu DNA z molekuly DNA. Tento proces tvorby RNA následující po temperované DNA je znám jako transkripce. Existuje několik typů RNA polymeráz.

Obecně se transkripce ribozomálních RNA provádí pomocí RNA polymerázy I, s výjimkou 5S ribozomální RNA, jejíž transkripce se provádí RNA polymerázou III. 5S má také zvláštnost, že je přepsána z jádra.

Promotory syntézy RNA se skládají ze dvou prvků bohatých na GC sekvence a centrální oblasti, zde začíná transkripce.

U lidí se transkripční faktory nezbytné pro proces připojují k centrální oblasti a dávají vznik komplexu před iniciací, který se skládá z pole TATA a faktorů spojených s TBP..

Jakmile jsou všechny faktory spolu, RNA polymeráza I se spolu s dalšími transkripčními faktory váže na centrální oblast promotoru za vzniku iniciačního komplexu.

Prodloužení a konec transkripce

Následně nastává druhý krok transkripčního procesu: prodloužení. Zde dochází k transkripci a zahrnuje přítomnost dalších katalytických proteinů, jako je topoizomeráza.

V eukaryotech mají transkripční jednotky ribozomálních genů sekvenci DNA na 3 'konci se sekvencí známou jako box Sal, který označuje konec transkripce.

Po transkripci ribozomálních RNA uspořádaných v tandemu dochází k biogenezi ribozomů v nukleolu. Transkripty genů ribozomů zralé a asociované s proteiny tvoří ribozomální jednotky.

Před ukončením dochází k tvorbě řady "riboproteinů". Stejně jako u messengerových RNA, proces spojování je řízen malými nukleolar ribonukleoproteiny nebo snRNPs, pro jeho zkratku v angličtině.

spojování je to proces, ve kterém jsou vymazány introny (nekódující sekvence), které obvykle "přerušují" exony (sekvence, které kódují daný gen)..

Proces vede k 20S prostředkům obsahujícím 18S a 32S rRNA, které obsahují 5,8S a 28S rRNA.

Post-transkripční modifikace

Poté, co vzniknou ribozomální RNA, podstoupí další modifikace. Ty zahrnují methylace (přidání methylové skupiny) asi 100 nukleotidů na ribozom v 2'-OH skupině ribozomu. Kromě toho dochází k izomeraci více než 100 uridinů k pseudo-uridinové formě.

Struktura

Podobně jako DNA se RNA skládá z dusíkaté báze vázané kovalentní vazbou na fosfátovou kostru.

Čtyři dusíkaté báze, které je tvoří, jsou adenin, cytosin, uracil a guanin. Nicméně, na rozdíl od DNA, RNA není dvojpásmová molekula, ale jednoduchý pás.

Podobně jako transferová RNA je ribozomální RNA charakterizována spíše komplexní sekundární strukturou, se specifickými vazebnými oblastmi, které rozpoznávají messenger RNA a transfer RNA..

Funkce

Hlavní funkcí ribozomální RNA je poskytnout fyzikální strukturu, která umožňuje brát messenger RNA a dekódovat ji do aminokyselin, za vzniku proteinů..

Proteiny jsou biomolekuly se širokou škálou funkcí - od transportu kyslíku, jako je hemoglobin, až po podpůrné funkce.

Použitelnost

Ribozomální RNA je široce používána, a to jak v oblasti molekulární biologie a evoluce, tak i medicíny.

Pokud si člověk přeje znát fylogenetické vztahy více problémů mezi dvěma skupinami organismů - to znamená, jak se organismy navzájem vztahují, pokud jde o příbuznost - geny ribozomálních RNA se obvykle používají jako značky..

Jsou velmi užitečné jako molekulární markery díky svým nízkým evolučním poměrům (tento typ sekvencí je znám jako "konzervované sekvence").

Ve skutečnosti jedna z nejznámějších fylogenetických rekonstrukcí v oblasti biologie byla provedena Carlem Woese a spolupracovníky s použitím 16S ribozomálních RNA sekvencí. Výsledky této studie umožnily rozdělení živých organismů na tři oblasti: archaea, bakterie a eukaryoty..

Na druhé straně, ribozomální RNA je obvykle cílem mnoha antibiotik, která se používají v oblasti medicíny k léčbě široké škály onemocnění. Je logické předpokládat, že útokem na systém produkce bílkovin bakterie bude okamžitě postižen.

Evoluce

To je spekuloval, že ribozómy, jak my známe je dnes, začal jejich formaci ve velmi vzdálených časech, blízký vytvoření LUCA (jeho iniciálami v Anglický poslední společný společný předek nebo poslední univerzální společný předek).

Ve skutečnosti jedna z hypotéz týkajících se původu života uvádí, že život vznikl z molekuly RNA - protože má nezbytné autokatalytické kapacity, které lze považovat za jednu z prekurzorových molekul života.

Výzkumníci navrhli, aby prekurzory současných ribozomů nebyly tak selektivní s aminokyselinami, které by akceptovaly oba izomery l a d. V současné době je všeobecně známo, že proteiny jsou tvořeny výhradně aminokyselinami.

Navíc, ribozomální RNA má schopnost katalyzovat peptidyl transferázovou reakci.Tato charakteristika sloužící jako úložiště nukleotidů, spolu s jeho katalytickými schopnostmi, z něj činí klíčový prvek ve vývoji prvních forem na Zemi..

Odkazy

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biochemie 5. vydání. New York: W H Freeman. Oddíl 29.3, Ribozom je ribonukleoproteinová částice (70S) vyrobená z malé (30S) a velké (50S) podjednotky. Dostupné na adrese: ncbi.nlm.nih.gov
  2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Pozvánka na biologii. Panamericana Medical.
  3. Fox, G. E. (2010). Vznik a vývoj ribozomu. Cold Spring Harbor perspektivy v biologii, 2(9), a003483.
  4. Hall, J. E. (2015). Guyton a Hall učebnice lékařské fyziologie e-Book. Elsevier Health Sciences.
  5. Lewin, B. (1993). Geny Svazek 1. Reverte.
  6. Lodish, H. (2005). Buněčná a molekulární biologie. Panamericana Medical.
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Struktura ribozomu a mechanismus translace. Buňka, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G. J., Funke, B.R., a C. L. (2007). Úvod do mikrobiologie. Panamericana Medical.
  9. Wilson, D. N., & Cate, J. H. D. (2012). Struktura a funkce eukaryotického ribozomu. Cold Spring Harbor perspektivy v biologii, 4(5), a011536.