RIBOZÓMY: VLASTNOSTI, TYPY, ŠTRUKTÚRA, FUNKCIE - BIOLÓGIE - 2024

Tieto ribozómy sú najhojnejšia organely a sú zapojené do syntézy proteínov. Nie sú obklopené membránou a sú tvorené dvoma typmi podjednotiek: veľká a malá, spravidla je veľká podjednotka takmer dvakrát menšia.

Prokaryotická línia má 70S ribozómy zložené z veľkej 50S a malej 30S podjednotky. Podobne sú ribozómy eukaryotickej línie tvorené veľkou 60S a malou 40S podjednotkou.

Ribozóm je analogický s pohybujúcou sa továrňou, schopný čítať messengerovú RNA, prekladať ju na aminokyseliny a vzájomne ich spájať peptidovými väzbami.

Ribozómy zodpovedajú takmer 10% celkových proteínov baktérie a viac ako 80% z celkového množstva RNA. V prípade eukaryotov nie sú také bohaté na iné proteíny, ale ich počet je vyšší.

V roku 1950 vedec George Palade prvýkrát predstavil ribozómy a tento objav získal Nobelovu cenu za fyziológiu alebo medicínu.

Všeobecné charakteristiky

Ribozómy sú nevyhnutnými zložkami všetkých buniek a súvisia so syntézou proteínov. Sú veľmi malé, takže ich možno vizualizovať iba pod svetlom elektrónového mikroskopu.

Ribozómy sa nachádzajú v cytoplazme bunky voľne, ukotvené v drsnom endoplazmatickom retikule - ribozómy dodávajú „vráskavému“ vzhľadu - av niektorých organelách, ako sú mitochondrie a chloroplasty.

Ribozómy viazané na membránu sú zodpovedné za syntézu proteínov, ktoré sa zavedú do plazmatickej membrány alebo sa odošlú na vonkajšiu stranu bunky.

Voľné ribozómy, ktoré nie sú viazané k žiadnej štruktúre v cytoplazme, syntetizujú proteíny, ktorých cieľ je vo vnútri bunky. Nakoniec ribozómy mitochondrií syntetizujú proteíny na mitochondriálne použitie.

Rovnakým spôsobom sa niekoľko ribozómov môže spojiť a tvoriť „polyribozómy“, pričom tvoria reťazec spojený s messengerovou RNA, syntetizujú rovnaký proteín viackrát a súčasne

Všetky sú zložené z dvoch podjednotiek: jedna sa volá veľká alebo väčšia a druhá malá alebo menšia.

Niektorí autori považujú ribozómy za nepochádzajúce organely, pretože im chýbajú tieto lipidové štruktúry, hoci iní vedci ich nepovažujú za organely samotné.

štruktúra

Ribozómy sú malé bunkové štruktúry (od 29 do 32 nm, v závislosti od skupiny organizmov), zaoblené a husté, zložené z ribozomálnych RNA a proteínových molekúl, ktoré sú navzájom spojené.

Najčastejšie študovanými ribozómami sú eubaktérie, archaea a eukaryoty. V prvej línii sú ribozómy jednoduchšie a menšie. Eukaryotické ribozómy sú zložitejšie a väčšie. V archaea sú ribozómy v niektorých ohľadoch viac podobné obom skupinám.

Ribozómy stavovcov a angiospermov (kvitnúce rastliny) sú obzvlášť zložité.

Každá ribozomálna podjednotka je tvorená primárne ribozomálnou RNA a širokou škálou proteínov. Veľká podjednotka môže byť tvorená malými molekulami RNA okrem ribozomálnej RNA.

Proteíny sú naviazané na ribozomálnu RNA v špecifických oblastiach podľa poradia. V rámci ribozómov je možné rozlíšiť niekoľko aktívnych miest, napríklad katalytické zóny.

Ribozomálna RNA má pre bunku zásadný význam a je možné ju vidieť v jej sekvencii, ktorá sa počas evolúcie prakticky nezmenila, čo odráža vysoké selektívne tlaky proti akejkoľvek zmene.

Ribozómové funkcie

Ribozómy sú zodpovedné za sprostredkovanie procesu syntézy proteínov v bunkách všetkých organizmov, keďže sú univerzálnym biologickým mechanizmom.

Ribozómy - spolu s prenosovou RNA a messengerovou RNA - dokážu dekódovať správu DNA a interpretovať ju do sekvencie aminokyselín, ktorá bude tvoriť všetky proteíny v organizme v procese zvanom translácia.

Vo svetle biológie sa preklad slova týka zmeny „jazyka“ z nukleotidových tripletov na aminokyseliny.

Tieto štruktúry sú ústrednou časťou translácie, kde sa vyskytuje väčšina reakcií, ako je tvorba peptidových väzieb a uvoľňovanie nového proteínu.

Proteínový preklad

Proces tvorby proteínu začína spojením medzi messengerovou RNA a ribozómom. Posol prechádza touto štruktúrou na špecifickom konci nazývanom „kodón iniciátora reťazca“.

Keď messengerová RNA prechádza ribozómom, vytvára sa proteínová molekula, pretože ribozóm je schopný interpretovať správu kódovanú v messengeri.

Táto správa je kódovaná v nukleotidových trojiciach, pričom každé tri bázy označujú konkrétnu aminokyselinu. Napríklad, ak mediátorová RNA nesie sekvenciu: AUG AUU CUU UUG GCU, vytvorený peptid bude pozostávať z aminokyselín: metionín, izoleucín, leucín, leucín a alanín.

Tento príklad ukazuje „degeneráciu“ genetického kódu, pretože viac ako jeden kodón - v tomto prípade CUU a UUG - kóduje rovnaký typ aminokyseliny. Keď ribozóm deteguje stop kodón v messengerovej RNA, translácia končí.

Ribozóm má miesto A a P. Miesto P drží peptidyl-tRNA a aminoacyl-tRNA vstupuje do miesta A.

Prenos RNA

Transferové RNA sú zodpovedné za transport aminokyselín do ribozómu a majú sekvenciu komplementárnu k tripletu. Existuje transferová RNA pre každú z 20 aminokyselín, ktoré tvoria proteíny.

Chemické kroky syntézy proteínov

Tento proces začína aktiváciou každej aminokyseliny väzbou ATP v komplexe adenozínmonofosfát, čím sa uvoľňujú vysokoenergetické fosfáty.

Predchádzajúci krok vedie k aminokyseline s nadmernou energiou a väzba nastáva s príslušnou prenosovou RNA za vzniku komplexu aminokyselina-tRNA. Tu dochádza k uvoľňovaniu adenozínmonofosfátu.

V ribozóme sa prenosová RNA stretáva s messengerovou RNA. V tomto štádiu hybridizuje sekvencia transferovej alebo antikodónovej RNA s kodónom alebo tripletom messengerovej RNA. To vedie k zarovnaniu aminokyseliny so správnou sekvenciou.

Enzým peptidyltransferáza je zodpovedná za katalyzovanie tvorby peptidových väzieb, ktoré viažu aminokyseliny. Tento proces spotrebováva veľké množstvo energie, pretože vyžaduje vytvorenie štyroch vysokoenergetických väzieb pre každú aminokyselinu, ktorá je pripojená k reťazcu.

Reakcia odstraňuje hydroxy-skupinu na COOH konci aminokyseliny a odstráni atóm vodíka v NH ₂ konci druhej aminokyseliny. Reaktívne oblasti týchto dvoch aminokyselín sa spoja a vytvárajú peptidovú väzbu.

Ribozómy a antibiotiká

Pretože syntéza proteínov je nevyhnutnou udalosťou pre baktérie, určité antibiotiká sa zameriavajú na ribozómy a rôzne štádiá translačného procesu.

Napríklad sa streptomycín viaže na malú podjednotku, aby interferoval s procesom translácie, čo spôsobuje chyby v čítaní messengerovej RNA.

Iné antibiotiká, ako sú neomycíny a gentamicíny, môžu tiež spôsobiť chyby v translácii a pripájaní k malej podjednotke.

Druhy ribozómov

Ribozómy v prokaryotoch

Baktérie, ako je E. coli, majú viac ako 15 000 ribozómov (v pomere to zodpovedá takmer štvrtine suchej hmotnosti bakteriálnej bunky).

Ribozómy v baktériách majú priemer asi 18 nm a sú tvorené 65% ribozomálnej RNA a iba 35% proteínov rôznych veľkostí, medzi 6 000 a 75 000 kDa.

Veľká podjednotka je nazývaný 50S a malé 30S, ktoré dohromady tvoria 70S štruktúry s molekulovou hmotnosťou 2,5 x 10 ⁶ kDa.

30S podjednotka je podlhovastého tvaru a nie symetrická, zatiaľ čo 50S je hrubšia a kratšia.

Malá podjednotka E. coli sa skladá z 16S ribozomálnych RNA (1542 báz) a 21 proteínov a veľká podjednotka obsahuje 23S ribozomálnych RNA (2904 báz), 5S (1542 báz) a 31 proteínov. Proteíny, ktoré ich tvoria, sú základné a ich počet sa líši v závislosti od štruktúry.

Molekuly ribozomálnej RNA sú spolu s proteínmi zoskupené do sekundárnej štruktúry podobnej iným typom RNA.

Ribozómy v eukaryotoch

Ribozómy v eukaryotoch (80S) sú väčšie a majú vyšší obsah RNA a proteínov. RNA sú dlhšie a nazývajú sa 18S a 28S. Rovnako ako v prokaryotoch, v zložení ribozómov dominuje ribozomálna RNA.

V týchto organizmov, ribozóm má molekulovú hmotnosť 4,2 x 10 ⁶ kDa a je rozložený do 40S a 60S podjednotku.

40S podjednotka obsahuje jednu molekulu RNA, 18S (1874 báz) a asi 33 proteínov. Podobne 60S podjednotka obsahuje RNA 28S (4718 báz), 5,8S (160 báz) a 5S (120 báz). Okrem toho sa skladá z bázických proteínov a kyslých proteínov.

Ribozómy v archaea

Archaea je skupina mikroskopických organizmov, ktoré sa podobajú baktériám, ale líšia sa v mnohých charakteristikách, že tvoria samostatnú doménu. Žijú v rôznych prostrediach a dokážu kolonizovať extrémne prostredia.

Druhy ribozómov nachádzajúcich sa v archaea sú podobné ribozómom eukaryotických organizmov, hoci majú aj určité vlastnosti bakteriálnych ribozómov.

Má tri typy molekúl ribozomálnej RNA: 16S, 23S a 5S, naviazané na 50 alebo 70 proteínov, v závislosti od študovaného druhu. Z hľadiska veľkosti sú archaea ribozómy bližšie k bakteriálnym (70S s dvoma podjednotkami 30S a 50S), ale z hľadiska ich primárnej štruktúry sú bližšie k eukaryotom.

Keďže archaea má tendenciu obývať prostredie s vysokými teplotami a vysokými koncentráciami solí, ich ribozómy sú vysoko rezistentné.

Sedimentačný koeficient

S alebo Svedbergs označuje sedimentačný koeficient častice. Vyjadruje vzťah medzi konštantnou rýchlosťou sedimentácie a aplikovaným zrýchlením. Toto opatrenie má rozmery času.

Všimnite si, že Svedbergs nie sú aditívne, pretože zohľadňujú hmotnosť a tvar častice. Z tohto dôvodu u baktérií ribozóm zložený z podjednotiek 50S a 30S nepridáva až 80S, podobne podjednotky 40S a 60S netvoria ribozóm 90S.

Syntéza ribozómov

Všetky bunkové mechanizmy potrebné na syntézu ribozómov sa nachádzajú v jadre, hustej oblasti jadra, ktorá nie je obklopená membránovými štruktúrami.

Jadro je variabilná štruktúra v závislosti od typu bunky: je veľká a nápadná v bunkách s vysokými požiadavkami na bielkoviny a je to takmer nepostrehnuteľná oblasť v bunkách, ktorá syntetizuje malé množstvo bielkovín.

V tejto oblasti dochádza k spracovaniu ribozomálnej RNA, kde sa viaže s ribozomálnymi proteínmi a vedie k vzniku granulovaných kondenzačných produktov, čo sú nezrelé podjednotky, ktoré tvoria funkčné ribozómy.

Podjednotky sa transportujú mimo jadra - cez jadrové póry - do cytoplazmy, kde sa zhromažďujú do zrelých ribozómov, ktoré môžu začať syntézu proteínov.

Ribozomálne RNA gény

U ľudí sa gény kódujúce ribozomálne RNA nachádzajú na piatich špecifických chromozómových pároch: 13, 14, 15, 21 a 22. Pretože bunky vyžadujú veľké množstvo ribozómov, gény sa na týchto chromozómoch niekoľkokrát opakujú. ,

Nukleolusové gény kódujú ribozomálne RNA 5,8S, 18S a 28S a sú transkribované RNA polymerázou do 45S prekurzorového transkriptu. 5S ribozomálna RNA nie je syntetizovaná v jadre.

Pôvod a vývoj

Moderné ribozómy sa museli objaviť v čase LUCA, posledného univerzálneho spoločného predka, pravdepodobne v hypotetickom svete RNA. Navrhuje sa, že prenosové RNA boli zásadné pre vývoj ribozómov.

Táto štruktúra by mohla vzniknúť ako komplex so samoreplikujúcimi sa funkciami, ktoré neskôr získali funkcie pre syntézu aminokyselín. Jednou z najvýznamnejších charakteristík RNA je jej schopnosť katalyzovať svoju vlastnú replikáciu.

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.