RIBOZOMÁLNA RNA: AKO JE SYNTETIZOVANÁ, TYPY A ŠTRUKTÚRA, FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2026

Ribozomálnej RNA alebo ribozomálnu, bunkovej biológie, je najdôležitejším konštrukčným prvkom ribozómu. Z tohto dôvodu majú nenahraditeľnú úlohu v syntéze proteínov a sú najhojnejšie vo vzťahu k iným hlavným typom RNA: messenger a transfer.

Syntéza proteínov je zásadnou udalosťou všetkých živých organizmov. Predtým sa verilo, že ribozomálna RNA sa do tohto javu aktívne nezapája a hrá iba štrukturálnu úlohu. Dnes existuje dôkaz, že RNA má katalytické funkcie a je skutočným katalyzátorom syntézy proteínov.

Zdroj: Jane Richardson (Dcrjsr), z Wikimedia Commons

V eukaryotoch sú gény, ktoré spôsobujú vznik tohto typu RNA, usporiadané do oblasti jadra nazývaného jadro. Typy RNA sa zvyčajne klasifikujú v závislosti od ich správania pri sedimentácii, a preto sú doplnené písmenom S pre „Svedbergove jednotky“.

druhy

Jedným z najvýraznejších rozdielov medzi eukaryotickými a prokaryotickými líniami je zloženie ribozomálnej RNA, ktorá tvorí ich ribozómy. Prokaryoty majú menšie ribozómy, zatiaľ čo ribozómy v eukaryotoch sú väčšie.

Ribozómy sú rozdelené na veľké a malé podjednotky. Malá obsahuje jednu molekulu ribozomálnej RNA, zatiaľ čo veľká obsahuje jednu väčšiu molekulu a dve menšie, v prípade eukaryot.

Najmenšia ribozomálna RNA v baktériách môže byť 1 500 až 3 000 nukleotidov. U ľudí dosahuje ribozomálna RNA väčšie dĺžky, medzi 1800 a 5000 nukleotidov.

Ribozómy sú fyzikálne entity, v ktorých dochádza k syntéze proteínov. Skladajú sa z približne 60% ribozomálnej RNA. Zvyšok sú bielkoviny.

Jednotky Svedberg

V minulosti bola ribozomálna RNA identifikovaná sedimentačným koeficientom suspendovaných častíc odstredených za štandardných podmienok, ktoré sú označené písmenom S pre „Svedbergove jednotky“.

Jednou zo zaujímavých vlastností tejto jednotky je to, že nie je aditívna, to znamená, že 10S a 10S nie sú 20S. Z tohto dôvodu existuje určitý zmätok v súvislosti s konečnou veľkosťou ribozómov.

prokaryotes

V baktériách, archaea, mitochondriách a chloroplastoch obsahuje malá jednotka ribozómu 16S ribozomálnu RNA. Zatiaľ čo veľká podjednotka obsahuje dva druhy ribozomálnej RNA: 5S a 23S.

eukaryota

Na druhej strane v eukaryotoch sa ribozomálna RNA 18S nachádza v malej podjednotke a veľká podjednotka, 60S, obsahuje tri typy ribozomálnej RNA: 5S, 5,8S a 28S. V tejto línii majú ribozómy tendenciu byť väčšie, komplexnejšie a hojnejšie ako v prokaryotoch.

Ako sa syntetizuje?

Umiestnenie génov

Ribozomálna RNA je ústrednou zložkou ribozómov, takže jej syntéza je nevyhnutnou udalosťou v bunke. Syntéza prebieha v jadre, čo je oblasť vnútri jadra, ktorá nie je ohraničená biologickou membránou.

Stroj je zodpovedný za zostavenie ribozómových jednotiek v prítomnosti určitých proteínov.

Gény ribozomálnej RNA sú usporiadané rôznymi spôsobmi v závislosti od línie. Pamätajte, že gén je segment DNA, ktorý kóduje fenotyp.

V prípade baktérií sú gény pre ribozomálne RNA 16S, 23S a 5S usporiadané a transkribované spoločne v operóne. Táto organizácia „gén spoločne“ je veľmi častá v prokaryotických génoch.

Na rozdiel od toho sú eukaryoty, komplexnejšie organizmy s jadrom oddeleným membránou, organizované v tandeme. U nás sú gény, ktoré kódujú ribozomálnu RNA, usporiadané do piatich „zhlukov“ umiestnených na chromozómoch 13, 14, 15, 21 a 22. Tieto oblasti sa nazývajú NOR.

Začiatok prepisu

V bunke je RNA polymeráza enzým zodpovedný za pridávanie nukleotidov k vláknam RNA. Tvoria ich molekuly z molekuly DNA. Tento proces tvorby RNA nasledujúci ako templát DNA je známy ako transkripcia. Existuje niekoľko typov RNA polymeráz.

Všeobecne sa transkripcia ribozomálnej RNA uskutočňuje RNA polymerázou I, s výnimkou 5S ribozomálnej RNA, ktorej transkripcia sa vykonáva RNA polymerázou III. 5S má tiež zvláštnosť, že je transkribovaný mimo jadra.

Promótory syntézy RNA pozostávajú z dvoch prvkov bohatých na GC sekvencie a centrálnej oblasti, tu začína transkripcia.

U ľudí sa transkripčné faktory potrebné pre tento proces viažu na centrálnu oblasť a vedú k prediniciačnému komplexu, ktorý pozostáva z TATA boxu a faktorov spojených s TBP.

Po spojení všetkých faktorov sa RNA polymeráza I spolu s ďalšími transkripčnými faktormi viažu na centrálnu oblasť promótora za vzniku iniciačného komplexu.

Predĺženie a koniec transkripcie

Následne nastane druhý krok procesu transkripcie: predĺženie. Tu dochádza k transkripcii samotnej a zahŕňa prítomnosť iných katalytických proteínov, ako je napríklad topoizomeráza.

V eukaryotoch majú transkripčné jednotky ribozomálnych génov sekvenciu DNA na 3 'konci so sekvenciou známou ako Sal box, ktorá označuje koniec transkripcie.

Keď dôjde k transkripcii ribozomálnych RNA usporiadaných v tandeme, v jadre dochádza k biogenéze ribozómov. Ribozomálny gén prepisuje zrelý a asociovaný s proteínmi za vzniku ribozomálnych jednotiek.

Pred ukončením dôjde k vytvoreniu série „riboproteínov“. Podobne ako v messengerových RNA je proces zostrihu riadený malými nukleárnymi ribonukleoproteínmi alebo snRNP pre jeho skratku v angličtine.

Zostrih je proces, pri ktorom sa eliminujú intróny (nekódujúce sekvencie), ktoré zvyčajne „prerušujú“ exóny (sekvencie, ktoré kódujú daný gén).

Tento proces vedie k medziproduktom 20S obsahujúcim 18S rRNA a 32S, obsahujúci 5,8S a 28S rRNA.

Posttranskripčné úpravy

Po vzniku ribozomálnych RNA prechádzajú ďalšími modifikáciami. Tieto zahŕňajú metylácie (pridanie metylovej skupiny) asi 100 nukleotidov na ribozóm v 2'-OH skupine ribozómu. Okrem toho dochádza k izomerizácii viac ako 100 uridínov na pseudo uridínovú formu.

štruktúra

Podobne ako DNA, aj RNA pozostáva z dusíkatej bázy kovalentne viazanej na fosfátový hlavný reťazec.

Štyri dusíkaté bázy, ktoré ich tvoria, sú adenín, cytozín, uracil a guanín. Na rozdiel od DNA však RNA nie je dvojpásmová molekula, ale jednoduchý pás.

Podobne ako prenosová RNA sa ribozomálna RNA vyznačuje pomerne zložitou sekundárnou štruktúrou so špecifickými väzobnými oblasťami, ktoré rozpoznávajú mediátorovú RNA a prenášajú RNA.

Vlastnosti

Hlavnou funkciou ribozomálnej RNA je poskytnúť fyzikálnu štruktúru, ktorá umožňuje, aby sa messengerová RNA odobrala a dekódovala na aminokyseliny, čím sa vytvorili proteíny.

Bielkoviny sú biomolekuly so širokou škálou funkcií - od transportu kyslíka, ako je hemoglobín, po podporné funkcie.

Použiteľnosť

Ribozomálna RNA sa vo veľkej miere používa tak v oblasti molekulárnej biológie a evolúcie, ako aj v medicíne.

Ak sa chcete dozvedieť viac o fylogenetických vzťahoch medzi dvoma skupinami organizmov - to znamená, ako sú tieto organizmy navzájom prepojené, pokiaľ ide o príbuzenstvo -, ribozomálne RNA gény sa často používajú ako značkovanie.

Sú veľmi užitočné ako molekulárne markery vďaka svojim nízkym vývojovým rýchlostiam (tieto typy sekvencií sú známe ako „konzervované sekvencie“).

V skutočnosti jednu z najznámejších fylogenetických rekonštrukcií v oblasti biológie uskutočnil Carl Woese a jeho kolegovia pomocou sekvencií 16S ribozomálnej RNA. Výsledky tejto štúdie umožnili rozdelenie živých organizmov do troch domén: archaea, baktérie a eukaryoty.

Na druhej strane je ribozomálna RNA často cieľom mnohých antibiotík, ktoré sa používajú v medicíne na liečenie širokého spektra chorôb. Je logické predpokladať, že napadnutím systému produkcie bielkovín baktérie bude okamžite postihnutá.

vývoj

Predpokladá sa, že ribozómy, ako ich poznáme dnes, sa začali formovať vo veľmi vzdialených časoch blízko formácie LUCA (posledný univerzálny spoločný predok alebo posledný spoločný spoločný predok).

V skutočnosti jedna z hypotéz týkajúcich sa pôvodu života uvádza, že život pochádza z molekuly RNA - pretože má potrebné autokatalytické schopnosti, aby sa považoval za jednu z prekurzorových molekúl života.

Vedci navrhujú, že súčasné ribozómové prekurzory neboli také selektívne s aminokyselinami, akceptujúc izoméry 1 a d. Dnes je všeobecne známe, že proteíny sú tvorené výlučne z aminoskupiny l-formy.

Okrem toho má ribozomálna RNA schopnosť katalyzovať peptidyltransferázovú reakciu Táto vlastnosť, ktorá slúži ako úložisko nukleotidov v spojení s jej katalytickými schopnosťami, z neho robí kľúčový prvok vo vývoji prvých foriem na Zemi.

Referencie

1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biochémie. 5. vydanie. New York: WH Freeman. Oddiel 29.3, Ribozóm je častice ribonukleoproteínu (70S) vyrobená z malej (30S) a veľkej (50S) podjednotky. K dispozícii na adrese: ncbi.nlm.nih.gov
2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Pozvánka na biológiu. Panamerican Medical Ed.
3. Fox, GE (2010). Pôvod a vývoj ribozómu. Perspektívy Cold Spring Harbor v biológii, 2 (9), a003483.
4. Hall, JE (2015). Guyton and Hall učebnica lekárskej fyziológie. Elsevier Health Sciences.
5. Lewin, B. (1993). gény Zväzok 1. Reverte.
6. Lodish, H. (2005). Bunková a molekulárna biológia. Panamerican Medical Ed.
7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribozómová štruktúra a mechanizmus translácie. Celí, 108 (4), 557-572.
8. Tortora, GJ, Funke, BR, a Case, CL (2007). Úvod do mikrobiológie. Panamerican Medical Ed.
9. Wilson, DN, a Cate, JHD (2012). Štruktúra a funkcia eukaryotického ribozómu. Perspektívy Cold Spring Harbor v biológii, 4 (5), a011536.