Charakteristiky, typy, struktura, funkce ribozomů



ribozomy jsou to nejhojnější buněčné organely a podílejí se na syntéze proteinů. Nejsou obklopeny membránou a jsou tvořeny dvěma typy podjednotek: velká a malá, zpravidla velká podjednotka je téměř dvojnásobná..

Prokaryotická linie má 70S ribozomy složené z velké podjednotky 50S a malého 30S. Podobně jsou ribozomy eukaryotické linie složeny z velké podjednotky 60S a malé podjednotky 40S..

Ribozom je analogický s továrnou v pohybu, schopný číst messenger RNA, překládat to do aminokyselin a vázat je peptidovými vazbami.

Ribozomy jsou ekvivalentem téměř 10% celkových proteinů bakterií a více než 80% celkového množství RNA. V případě eukaryotů nejsou tak hojné s ohledem na jiné proteiny, ale jejich počet je větší.

V roce 1950 vizualizoval vědec George Palade poprvé ribozomy a tento objev získal Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu..

Index

  • 1 Obecné charakteristiky
  • 2 Struktura
  • 3 Typy
    • 3.1 Ribozomy v prokaryotech
    • 3.2 Ribozomy v eukaryotech
    • 3.3 Ribozomy v Arqueas
    • 3.4 Koeficient sedimentace
  • 4 Funkce
    • 4.1 Překlad proteinů
    • 4.2 Přenos RNA
    • 4.3 Chemické kroky syntézy proteinů
    • 4.4 Ribozomy a antibiotika
  • 5 Syntéza ribozomů
    • 5.1 Ribozomální RNA geny
  • 6 Vznik a vývoj
  • 7 Odkazy

Obecné vlastnosti

Ribozomy jsou základními složkami všech buněk a jsou spojeny se syntézou proteinů. Jsou velmi malé, takže mohou být zobrazeny pouze ve světle elektronového mikroskopu.

Ribozomy jsou volné v cytoplazmě buňky, zakotvené v hrubém endoplazmatickém retikulu - ribozómy dávají tomuto "vrásčitému" vzhledu - av některých organelách, jako jsou mitochondrie a chloroplasty.

Ribozómy připojené k membránám jsou zodpovědné za syntézu proteinů, které budou vloženy do plazmatické membrány nebo zaslány do vnějšího povrchu buňky..

Volné ribozomy, které nejsou vázány na žádnou strukturu v cytoplazmě, syntetizují proteiny, jejichž cílem je vnitřek buňky. Nakonec ribozomy mitochondrií syntetizují proteiny pro mitochondriální použití.

Stejným způsobem se několik ribozomů může spojit a vytvořit "polyribozomy", které tvoří řetězec spojený s messengerovou RNA, syntetizující stejný protein, několikrát a současně

Všechny se skládají ze dvou podjednotek: jedna je velká nebo větší a druhá malá nebo menší.

Někteří autoři se domnívají, že ribozómy nejsou membránové organely, protože tyto lipidové struktury postrádají, i když ostatní vědci je nepovažují za organely samotné..

Struktura

Ribozomy jsou malé buněčné struktury (od 29 do 32 nm, v závislosti na skupině organismů), zaoblené a husté, složené z ribozomálních RNA a proteinových molekul, které jsou navzájem spojeny.

Nejvíce studovanými ribozomy jsou eubakterie, archaea a eukaryoty. V první linii jsou ribozomy jednodušší a menší. Na druhé straně eukaryotické ribozomy jsou složitější a větší. V archaea, ribozómy jsou více podobné oběma skupinám v jistých aspektech.

Obzvláště komplexní jsou ribozomy obratlovců a krytosemenných rostlin (kvetoucí rostliny).

Každá podjednotka ribozomu sestává hlavně z ribozomální RNA a velkého množství proteinů. Velká podjednotka se může skládat z malých molekul RNA, kromě ribozomální RNA.

Proteiny jsou navázány na ribozomální RNA ve specifických oblastech podle pořadí. V rámci ribozomů může být diferencováno několik aktivních míst, jako jsou katalytické zóny.

Ribozomální RNA má pro buňku zásadní význam, což lze vidět v její sekvenci, která se během vývoje prakticky nemění, což odráží vysoké selektivní tlaky proti jakékoli změně.

Typy

Ribozomy v prokaryotech

Bakterie, jako E. coli, mají více než 15 000 ribozomů (v poměru je to ekvivalent téměř čtvrtiny suché hmotnosti bakteriální buňky).

Ribozomy v bakteriích mají průměr asi 18 nm a jsou složeny ze 65% ribozomální RNA a pouze 35% proteinů různých velikostí, mezi 6 000 a 75 000 kDa.

Velká podjednotka se nazývá 50S a malá 30S, která se spojí do 70S struktury s molekulovou hmotností 2,5 × 106 kDa.

Podjednotka 30S je prodloužená a není symetrická, zatímco 50S je silnější a kratší.

Malá podjednotka E. coli je složena z 16S ribozomální RNA (1542 bází) a 21 proteinů a ve velké podjednotce je 23S ribozomální RNA (2904 bází), 5S (1542 bází) a 31 proteinů. Proteiny, které je tvoří, jsou základní a jejich počet se liší podle struktury.

Molekuly ribozomální RNA jsou spolu s proteiny seskupeny do sekundární struktury podobně jako ostatní typy RNA.

Ribozomy v eukaryotech

Ribozómy u eukaryot (80S) jsou větší, s vyšším obsahem RNA a proteinu. RNA jsou delší a nazývají se 18S a 28S. Podobně jako u prokaryotů dominuje složení ribozomů ribozomální RNA.

V těchto organismech má ribozom molekulární hmotnost 4,2 × 106 kDa a je rozdělena do podjednotky 40S a 60S.

Podjednotka 40S obsahuje jednu molekulu RNA, 18S (1874 bází) a přibližně 33 proteinů. Podobně 60S podjednotka obsahuje 28S RNA (4718 bází), 5,8S (160 bází) a 5S (120 bází). Kromě toho se skládá ze základních proteinů a kyselých proteinů.

Ribozomy v Arqueas

Archaea je skupina mikroskopických organismů, které se podobají bakteriím, ale liší se v tolika vlastnostech, které tvoří samostatnou doménu. Žijí v různých prostředích a jsou schopni kolonizovat extrémní prostředí.

Typy ribozomů nalezených v archaea jsou podobné ribozomům eukaryotických organismů, i když mají také určité charakteristiky bakteriálních ribozomů.

Má tři typy molekul ribozomální RNA: 16S, 23S a 5S, vázané na 50 nebo 70 proteinů, v závislosti na druhu studie. Pokud jde o velikost, ribozomy archaea jsou blíže bakteriálním (70S se dvěma podjednotkami 30S a 50S), ale z hlediska jejich primární struktury jsou blíže k eukaryontům.

Protože archaea obvykle obývá prostředí s vysokými teplotami a vysokými koncentracemi solí, jejich ribozomy jsou vysoce odolné.

Koeficient sedimentace

S nebo Svedbergs označuje koeficient sedimentace částice. Vyjadřuje vztah mezi konstantní sedimentační rychlostí mezi aplikovaným zrychlením. Toto opatření má časové rozměry.

Všimněte si, že Svedbergy nejsou přísady, protože berou v úvahu hmotnost a tvar částic. Z tohoto důvodu v bakteriích ribozom složený z podjednotek 50S a 30S nepřidává 80S, ani podjednotky 40S a 60S netvoří ribozom 90S.

Funkce

Ribozomy jsou zodpovědné za zprostředkování procesu syntézy proteinů v buňkách všech organismů, což je univerzální biologické zařízení.

Ribozomy - spolu s transferovou RNA a messenger RNA - dokážou dekódovat DNA zprávu a interpretovat ji v sekvenci aminokyselin, které tvoří všechny proteiny organismu, v procesu zvaném translace.

Ve světle biologie, slovo překlad se odkazuje na změnu “jazyka” od nukleotid triplets k amino kyselinám.

Tyto struktury jsou centrální částí translace, kde dochází k většině reakcí, jako je tvorba peptidových vazeb a uvolňování nového proteinu.

Překlad proteinů

Proces tvorby proteinu začíná vazbou mezi messengerovou RNA a ribozomem. Posel se pohybuje touto strukturou na specifickém konci nazvaném "kodon startu řetězce".

Jelikož messenger RNA prochází ribozomem, vzniká molekula proteinu, protože ribozom je schopen interpretovat zprávu kódovanou v posla.

Tato zpráva je kódována v trojicích nukleotidů, ve kterých každé tři báze označují určitou aminokyselinu. Například, jestliže nosná RNA nese sekvenci: AUG AUU CUU UUG GCU, vytvořený peptid sestává z aminokyselin: methionin, isoleucin, leucin, leucin a alanin.

Tento příklad demonstruje "degeneraci" genetického kódu, protože více než jeden kodon - v tomto případě CUU a UUG - kóduje stejný typ aminokyseliny. Když ribozom detekuje stop kodon v messenger RNA, translace končí.

Ribozom má místo A a místo P. Místo P váže peptidyl-tRNA a v místě A vstupuje do aminoacyl-tRNA..

Přenos RNA

Transferové RNA jsou zodpovědné za transport aminokyselin na ribozom a mají sekvenci komplementární k tripletu. Existuje transferová RNA pro každou z 20 aminokyselin, které tvoří proteiny.

Chemické kroky syntézy proteinů

Proces začíná aktivací každé aminokyseliny s vazbou ATP v komplexu adenosinmonofosfátu, uvolňující fosfáty s vysokou energií.

Výsledkem předchozího kroku je aminokyselina s nadbytečnou energií a vazba probíhá s příslušnou transferovou RNA za vzniku komplexu aminokyselina-tRNA. Zde dochází k uvolňování adenosinmonofosfátu.

V ribozomu nalezne transferová RNA messengerovou RNA. V tomto kroku sekvence přenosu nebo antikodonové RNA hybridizuje s kodonem nebo tripletem mediátorové RNA. To vede k vyrovnání aminokyseliny s její správnou sekvencí.

Enzym peptidyl transferáza je zodpovědný za katalyzování tvorby peptidových vazeb, které vážou aminokyseliny. Tento proces spotřebovává velké množství energie, protože vyžaduje vytvoření čtyř vysokoenergetických vazeb pro každou aminokyselinu, která se váže na řetězec.

Reakce odstraní hydroxylový radikál na COOH konci aminokyseliny a odstraní vodík na konci NH2 další aminokyseliny. Reaktivní oblasti dvou aminokyselin se vážou a tvoří peptidovou vazbu.

Ribozomy a antibiotika

Vzhledem k tomu, že syntéza proteinů je nepostradatelnou událostí pro bakterie, určitá antibiotika se zaměřují na ribozomy a různé fáze translačního procesu.

Například streptomycin se váže na malou podjednotku, aby interferoval s procesem translace, což způsobuje chyby při čtení messenger RNA.

Jiná antibiotika, jako jsou neomyciny a gentamiciny, mohou také způsobit translační chyby, vazby na malou podjednotku.

Syntéza ribozomů

Veškerý buněčný aparát nezbytný pro syntézu ribozomů se nachází v nukleolu, husté oblasti jádra, která není obklopena membránovými strukturami..

Nukleolus je variabilní struktura v závislosti na typu buňky: je velká a viditelná v buňkách s vysokými požadavky na bílkoviny a je téměř neznatelnou oblastí v buňkách, které syntetizují malé množství proteinů..

Zpracování ribozomální RNA se vyskytuje v této oblasti, kde je spojeno s ribozomálními proteiny a vede ke vzniku granulovaných kondenzačních produktů, což jsou nezralé podjednotky, které tvořily funkční ribozomy.

Podjednotky jsou transportovány mimo jádro - přes jaderné póry - do cytoplazmy, kde jsou sestaveny do zralých ribozomů, které mohou začít syntézu proteinů..

Geny ribozomální RNA

U lidí se geny, které kódují ribozomální RNA, nacházejí v pěti párech specifických chromozomů: 13, 14, 15, 21 a 22. Protože buňky vyžadují velké množství ribozomů, geny se v těchto chromozomech několikrát opakují..

Nukleové geny kódují ribozomální RNA 5.8S, 18S a 28S a jsou transkribovány RNA polymerázou v prekurzorovém transkriptu 45S. 5S ribozomální RNA není syntetizována v nukleolu.

Vznik a vývoj

Moderní ribozomy se musely objevit v době LUCA, posledního univerzálního společného předka (zkratek v angličtině poslední společný společný předek), pravděpodobně v hypotetickém světě RNA. Navrhuje se, aby transferové RNA byly zásadní pro vývoj ribozomů.

Tato struktura by se mohla objevit jako komplex se samo-replikačními funkcemi, které následně získaly funkce pro syntézu aminokyselin. Jednou z nejvýraznějších vlastností RNA je její schopnost katalyzovat vlastní replikaci.

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.