Χαρακτηριστικά ριβοσώματος, τύποι, δομή, λειτουργίες



Το ριβοσωμάτων Αυτοί είναι οι πιο άφθονα οργανίδια κυττάρων και εμπλέκονται στην πρωτεϊνική σύνθεση. Δεν περιβάλλονται από μεμβράνη και σχηματίζονται από δύο τύπους υπομονάδων: ένα μεγάλο και ένα μικρό, γενικά μεγάλης υπομονάδας είναι σχεδόν διπλάσιο από το μικρό.

Η προκαρυωτική σειρά έχει ριβοσώματα 70S που αποτελούνται από μια μεγάλη υπομονάδα 50S και μια μικρή 30S. Παρομοίως, τα ριβοσώματα της ευκαρυωτικής γραμμής αποτελούνται από μια μεγάλη υπομονάδα 60S και μια μικρή υπομονάδα 40S..

Το ριβόσωμα είναι ανάλογο με ένα εργοστάσιο σε κίνηση, ικανό να διαβάζει το αγγελιοφόρο RNA, να το μεταφράζει σε αμινοξέα και να τα συνδέει με πεπτιδικούς δεσμούς.

Τα ριβοσώματα είναι ισοδύναμα με σχεδόν το 10% των συνολικών πρωτεϊνών βακτηριδίων και περισσότερο από το 80% της συνολικής ποσότητας RNA. Στην περίπτωση των ευκαρυωτών, δεν είναι τόσο άφθονοι σε σχέση με άλλες πρωτεΐνες, αλλά ο αριθμός τους είναι μεγαλύτερος.

Το 1950, ο ερευνητής George Palade απεικόνισε τα ριβοσώματα για πρώτη φορά και η ανακάλυψη αυτή απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ στη Φυσιολογία ή την Ιατρική.

Ευρετήριο

  • 1 Γενικά χαρακτηριστικά
  • 2 Δομή
  • 3 τύποι
    • 3.1 Ριβοσώματα σε Προκαρυώτες
    • 3.2 Ριζοσωματίδια στους Ευκαρυώτες
    • 3.3 Ριβοσώματα στην Arqueas
    • 3.4 Συντελεστής καθίζησης
  • 4 Λειτουργίες
    • 4.1 Μετάφραση πρωτεϊνών
    • 4.2 Μεταφορά RNA
    • 4.3 Χημικά στάδια σύνθεσης πρωτεϊνών
    • 4.4 Ριβοσώματα και αντιβιοτικά
  • 5 Σύνθεση ριβοσωμάτων
    • 5.1 Ribosomal RNA γονίδια
  • 6 Προέλευση και εξέλιξη
  • 7 Αναφορές

Γενικά χαρακτηριστικά

Τα ριβοσώματα είναι απαραίτητα συστατικά όλων των κυττάρων και σχετίζονται με τη σύνθεση πρωτεϊνών. Είναι πολύ μικρού μεγέθους, ώστε να μπορούν να εμφανιστούν μόνο υπό το φως του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου.

Τα ριβοσώματα είναι ελεύθερη στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου, αγκυροβόλησε στο τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο - ριβοσώματα σας δώσει ότι «ρυτιδωμένο» εμφάνιση - και σε ορισμένες οργανίδια όπως τα μιτοχόνδρια και χλωροπλάστες.

Τα ριβοσώματα που συνδέονται με τις μεμβράνες είναι υπεύθυνα για τη σύνθεση πρωτεϊνών που θα εισαχθούν στη μεμβράνη του πλάσματος ή θα σταλούν στο εξωτερικό του κυττάρου.

Ελεύθερη ριβοσώματα, τα οποία δεν είναι συζευγμένα σε οποιαδήποτε δομή στο κυτταρόπλασμα, πρωτεΐνες που συντίθενται των οποίων ο προορισμός είναι στο εσωτερικό του κυττάρου. Τέλος, τα ριβοσώματα των μιτοχονδρίων συνθέτουν πρωτεΐνες για μιτοχονδριακή χρήση.

Ομοίως, πολλές ριβοσώματα μπορεί να δεσμεύσει και να σχηματίσει τις «πολυριβοσώματα» σχηματίζοντας μια αλυσίδα συνδέεται με ένα αγγελιοφόρο RNA, σύνθεση την ίδια πρωτεΐνη, πολλές φορές και ταυτόχρονα

Όλα αποτελούνται από δύο υπομονάδες: το ένα ονομάζεται μεγάλο ή μεγαλύτερο και ένα άλλο μικρό ή μικρότερο.

Μερικοί συγγραφείς θεωρούν ότι τα ριβοσώματα είναι μη-μεμβρανώδη οργανίδια, επειδή δεν διαθέτουν αυτές τις λιπιδικές δομές, αν και άλλοι ερευνητές δεν τις θεωρούν οργανίδια..

Δομή

Τα ριβοσώματα είναι μικρά κυτταρικές δομές (από 29-32 nm, ανάλογα με την ομάδα οργανισμό), στρογγυλεμένες και πυκνή, αποτελούμενη από ριβοσωμικού RNA και πρωτεΐνης μόρια, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους.

Τα πλέον μελετημένα ριβοσώματα είναι αυτά των ευβακτηρίων, των αρχαίων και των ευκαρυωτών. Στην πρώτη γενιά τα ριβοσώματα είναι απλούστερα και μικρότερα. Τα ευκαρυωτικά ριβοσώματα, από την άλλη πλευρά, είναι πιο περίπλοκα και μεγαλύτερα. Στην αρχαία, τα ριβοσώματα είναι πιο παρόμοια και με τις δύο ομάδες σε ορισμένες πτυχές.

Τα ριβοσώματα των σπονδυλωτών και των αγγειοσπερμών (ανθοφόρα φυτά) είναι ιδιαίτερα περίπλοκα.

Κάθε ριβοσωματική υπομονάδα αποτελείται κυρίως από ριβοσωμικό RNA και μεγάλη ποικιλία πρωτεϊνών. Η μεγάλη υπομονάδα μπορεί να αποτελείται από μικρά μόρια RNA, επιπλέον του ριβοσωμικού RNA.

Οι πρωτεΐνες συζεύγνυνται με το ριβοσωμικό RNA σε συγκεκριμένες περιοχές, ακολουθώντας μια σειρά. Εντός των ριβοσωμάτων, διάφορες δραστικές θέσεις μπορούν να διαφοροποιηθούν, όπως είναι οι καταλυτικές ζώνες.

Το ριβοσωματικό RNA έχει κρίσιμη σημασία για το κύτταρο και αυτό μπορεί να διαπιστωθεί στην αλληλουχία του, η οποία ήταν ουσιαστικά αμετάβλητη κατά τη διάρκεια της εξέλιξης, αντανακλώντας τις υψηλές επιλεκτικές πιέσεις έναντι οποιασδήποτε αλλαγής.

Τύποι

Ribosomes σε Προκαρυώτες

Τα βακτήρια, όπως Ε. Coli, έχουν περισσότερα από 15.000 ριβοσώματα (σε αναλογίες, αυτό ισοδυναμεί με σχεδόν το ένα τέταρτο του ξηρού βάρους του βακτηριακού κυττάρου).

Ριβοσώματα σε βακτήρια έχουν μια διάμετρο περίπου 18 nm και αποτελούνται από 65% ριβοσωμικού RNA και μόνο το 35% των πρωτεϊνών των διαφόρων μεγεθών μεταξύ 6.000 και 75.000 kDa.

Η μεγάλη υπομονάδα ονομάζεται 50S και 30S μικρά, συνδυάζονται για να σχηματίσουν μια δομή του 70S με μοριακή μάζα από 2.5 χ 106 kDa.

Η υπομονάδα 30S είναι επιμήκης και δεν είναι συμμετρική, ενώ το 50S είναι παχύτερο και μικρότερο.

Η μικρή υπομονάδα του Ε. Coli Αποτελείται από 16S ριβοσωμικού RNA (1542 βάσεις) και 21 πρωτεΐνες και μεγάλη ριβοσωματική υπομονάδα RNA 23S είναι (2904 βάσεις), 5S (1542 βάσεις) και 31 πρωτεΐνες. Πρωτεΐνες που συνθέτουν είναι βασικές και ο αριθμός ποικίλλει ανάλογα με τη δομή.

Ριβοσωμικό RNA μόρια, μαζί με τις πρωτεΐνες, είναι ομαδοποιημένες σε ένα δευτερογενή δομή παρόμοια με άλλο τρόπο τύπους RNA.

Ribosomes σε Ευκαρυώτες

Τα ριβοσώματα των ευκαρυωτικών (80S) είναι μεγαλύτερα, με υψηλότερη περιεκτικότητα σε RNA και πρωτεΐνες. Τα RNAs είναι μακρύτερα και ονομάζονται 18S και 28S. Όπως και στους προκαρυώτες, η σύνθεση των ριβοσωμάτων κυριαρχείται από το ριβοσωμικό RNA.

Στους οργανισμούς αυτούς το ριβόσωμα έχει μοριακή μάζα 4,2 × 106 kDa και κατανέμεται στην υπομονάδα 40S και 60S.

Η υπομονάδα 40S περιέχει ένα μόριο RNA, 18S (1874 βάσεις) και περίπου 33 πρωτεΐνες. Παρομοίως, η υπομονάδα 60S περιέχει 28S RNA (4718 βάσεις), 5.8S (160 βάσεις) και 5S (120 βάσεις). Επιπλέον, αποτελείται από βασικές πρωτεΐνες και όξινες πρωτεΐνες.

Ribosomes στην Arqueas

Τα Αρχαία είναι μια ομάδα μικροσκοπικών οργανισμών που μοιάζουν με βακτήρια, αλλά διαφέρουν σε τόσα χαρακτηριστικά που αποτελούν ξεχωριστό τομέα. Ζουν σε ποικίλα περιβάλλοντα και είναι σε θέση να αποικίζουν ακραία περιβάλλοντα.

Οι τύποι ριβοσωμάτων που βρίσκονται στην αρχαία είναι παρόμοιοι με τα ριβοσώματα των ευκαρυωτικών οργανισμών, αν και έχουν επίσης ορισμένα χαρακτηριστικά των βακτηριακών ριβοσωμάτων.

Έχει τρεις τύπους ριβοσωμικού RNA μορίων: 16S, 23S και 5S, 50 ή 70 συζευγμένο με πρωτεΐνες, ανάλογα με το είδος της μελέτης. Όσο για το archaea ριβοσώματα μέγεθος είναι πιο κοντά σε βακτηριακές (70S με 30S και 50S δύο υπομονάδες), αλλά από την άποψη της πρωτοταγή δομή τους είναι πιο κοντά στο ευκαρυώτες.

Καθώς οι αρχαίοι κάτοικοι συνήθως κατοικούν σε περιβάλλοντα με υψηλές θερμοκρασίες και υψηλές συγκεντρώσεις αλατιού, τα ριβοσώματα τους είναι εξαιρετικά ανθεκτικά.

Συντελεστής καθίζησης

Το S ή το Svedbergs, αναφέρεται στον συντελεστή καθίζησης του σωματιδίου. Εκφράζει τη σχέση μεταξύ της σταθερής ταχύτητας καθίζησης μεταξύ της εφαρμοζόμενης επιτάχυνσης. Το μέτρο αυτό έχει διαστάσεις χρόνου.

Σημειώστε ότι Svedbergs δεν είναι προσθετική, και ότι λαμβάνει υπόψη τη μάζα και το σχήμα του σωματιδίου. Ως εκ τούτου, σε βακτήρια οι 50S ριβοσώματος υπομονάδες αποτελείται 30S και 80S δεν άθροισμα, 40S και 60S και οι υπομονάδες δεν σχηματίζουν ένα 90S ριβοσώματος.

Λειτουργίες

Τα ριβοσώματα είναι υπεύθυνα για τη διαμεσολάβηση της διαδικασίας της πρωτεϊνικής σύνθεσης στα κύτταρα όλων των οργανισμών, καθιστώντας ένα παγκόσμιο βιολογικό μηχανισμό.

Ριβοσώματα - σε συνδυασμό με το RNA μεταφοράς και αγγελιοφόρο RNA - μπορεί να αποκωδικοποιήσει το μήνυμα και να ερμηνεύσει DNA σε μία αλληλουχία αμινοξέων για να σχηματίσουν όλες τις πρωτεΐνες ενός οργανισμού, σε μία διαδικασία που ονομάζεται μετάφραση.

Υπό το φως της βιολογίας, η μετάφραση λέξεων αναφέρεται στην αλλαγή της "γλώσσας" από τις τριπλέτες νουκλεοτιδίων στα αμινοξέα.

Αυτές οι δομές είναι το κεντρικό τμήμα της μετάφρασης, όπου συμβαίνουν οι περισσότερες αντιδράσεις, όπως ο σχηματισμός πεπτιδικών δεσμών και η απελευθέρωση της νέας πρωτεΐνης.

Μετάφραση πρωτεϊνών

Η διαδικασία σχηματισμού πρωτεΐνης αρχίζει με τη σύνδεση μεταξύ αγγελιοφόρου RNA και ριβοσώματος. Ο αγγελιοφόρος κινείται μέσω αυτής της δομής σε ένα συγκεκριμένο άκρο που ονομάζεται "κωδικόνιο έναρξης αλυσίδας".

Καθώς το αγγελιαφόρο RNA διέρχεται μέσω του ριβοσώματος, σχηματίζεται ένα μόριο πρωτεΐνης, επειδή το ριβόσωμα είναι σε θέση να ερμηνεύσει το μήνυμα που κωδικοποιείται στον αγγελιοφόρο.

Αυτό το μήνυμα κωδικοποιείται σε τριάδες νουκλεοτιδίων, στην οποία τρεις βάσεις υποδεικνύουν ένα συγκεκριμένο αμινοξύ. Για παράδειγμα, εάν αγγελιοφόρο RNA που φέρει την αλληλουχία: Aug UUG CUU AUU GCU, το πεπτίδιο που σχηματίζεται αποτελούνται από αμινοξέα: μεθειονίνη, ισολευκίνη, λευκίνη, λευκίνη, αλανίνη και.

Αυτό το παράδειγμα καταδεικνύει τον "εκφυλισμό" του γενετικού κώδικα, δεδομένου ότι περισσότερα από ένα κωδικόνια - στην προκειμένη περίπτωση το CUU και το UUG - κωδικοποιούν τον ίδιο τύπο αμινοξέων. Όταν το ριβόσωμα ανιχνεύσει ένα κωδικόνιο λήξης στο αγγελιαφόρο RNA, η μετάφραση τελειώνει.

Το ριβόσωμα έχει θέση Α και θέση Ρ. Η θέση Ρ δεσμεύει το πεπτίδιο-tRNA και στην θέση Α εισέρχεται στο αμινοακυλο-tRNA..

Μεταφέρετε RNA

Τα RNA μεταφοράς είναι υπεύθυνα για τη μεταφορά των αμινοξέων στο ριβόσωμα και έχουν την αλληλουχία συμπληρωματική προς την τριάδα. Υπάρχει ένα RNA μεταφοράς για κάθε ένα από τα 20 αμινοξέα που συνθέτουν τις πρωτεΐνες.

Χημικά βήματα σύνθεσης πρωτεϊνών

Η διαδικασία ξεκινά με την ενεργοποίηση κάθε αμινοξέος με δέσμευση ΑΤΡ σε ένα σύμπλοκο μονοφωσφορικής αδενοσίνης, απελευθερώνοντας φωσφορικά υψηλής ενέργειας.

Τα παραπάνω βήμα έχει ως αποτέλεσμα ένα αμινοξύ με περίσσεια ενέργειας και η δέσμευση επέρχεται με την αντίστοιχη RNA μεταφοράς για να σχηματιστεί μία αμινο σύμπλοκο οξέος-tRNA. Εκλύεται μονοφωσφορική αδενοσίνη εδώ.

Στο ριβόσωμα, το RNA μεταφοράς εντοπίζει το αγγελιαφόρο RNA. Σε αυτό το στάδιο η αλληλουχία του RNA μεταφοράς ή αντι-κωδικονίου υβριδοποιείται με το κωδικόνιο ή την τριπλή του αγγελιαφόρου RNA. Αυτό οδηγεί στην ευθυγράμμιση του αμινοξέος με την κατάλληλη αλληλουχία του.

Το ένζυμο πεπτιδυλ τρανσφεράση είναι υπεύθυνο για την κατάλυση του σχηματισμού πεπτιδικών δεσμών που δεσμεύουν τα αμινοξέα. Αυτή η διαδικασία καταναλώνει μεγάλες ποσότητες ενέργειας, καθώς απαιτεί το σχηματισμό τεσσάρων δεσμών υψηλής ενέργειας για κάθε αμινοξύ που δεσμεύεται στην αλυσίδα.

Η αντίδραση αφαιρεί ρίζα υδροξυλίου στο άκρο COOH του αμινοξέος και απομακρύνει ένα υδρογόνο στο άκρο NH2 του άλλου αμινοξέος. Οι αντιδραστικές περιοχές των δύο αμινοξέων δεσμεύονται και δημιουργούν τον πεπτιδικό δεσμό.

Ρινοσώματα και αντιβιοτικά

Δεδομένου ότι η σύνθεση πρωτεϊνών είναι ένα αναπόφευκτο γεγονός για τα βακτήρια, ορισμένα αντιβιοτικά στοχεύουν ριβοσώματα και διαφορετικά στάδια της διαδικασίας μετάφρασης.

Για παράδειγμα, η στρεπτομυκίνη δεσμεύεται στη μικρή υπομονάδα να παρεμβαίνει στη διαδικασία μετάφρασης, προκαλώντας σφάλματα στην ανάγνωση του αγγελιαφόρου RNA.

Άλλα αντιβιοτικά όπως οι νεομυκίνη και οι γενταμικίνες μπορούν επίσης να προκαλέσουν σφάλματα μετάφρασης, συνδέοντας τη μικρή υπομονάδα.

Σύνθεση ριβοσωμάτων

Όλα τα κυτταρικά μηχανήματα που είναι απαραίτητα για τη σύνθεση των ριβοσωμάτων βρίσκονται στον πυρήνα, μια πυκνή περιοχή του πυρήνα που δεν περιβάλλεται από μεμβρανώδεις δομές.

Το πυρηνίσκος είναι μια μεταβλητή δομή ανάλογα με τον τύπο κυττάρου: είναι μεγάλη και εμφανή σε κύτταρα με υψηλές απαιτήσεις σε πρωτεΐνες και είναι ένα σχεδόν ανεπαίσθητη περιοχή κυττάρων που συνθέτουν μικρές ποσότητες πρωτεΐνης.

Ριβοσωμικό επεξεργασίας του RNA εμφανίζεται σε αυτήν την περιοχή, όπου εμπλέκεται με ριβοσωμικές πρωτεΐνες και να οδηγήσει σε προϊόντα κοκκώδους συμπύκνωσης, που είναι ανώριμα υπομονάδες για να σχηματίσουν τις λειτουργικές ριβοσώματα.

Οι υπομονάδες μεταφέρονται εκτός του πυρήνα - μέσω των πυρηνικών πόρων - στο κυτταρόπλασμα, όπου συναρμολογούνται σε ώριμα ριβοσώματα που μπορούν να ξεκινήσουν τη σύνθεση πρωτεϊνών.

Γονίδια ριβοσωμικού RNA

Στους ανθρώπους, τα γονίδια που κωδικοποιούν ριβοσωμικό RNA βρέθηκαν σε πέντε ζεύγη ειδικών χρωμοσωμάτων: 13, 14, 15, 21 και 22. Δεδομένου ότι τα κύτταρα απαιτούν μεγάλες ποσότητες ριβοσωμάτων, τα γονίδια επαναλαμβάνεται αρκετές φορές σε αυτά τα χρωμοσώματα.

Τα γονίδια πυρήνων κωδικοποιούν ριβοσωμικά RNAs 5.8S, 18S και 28S και μεταγράφονται με RNA πολυμεράση σε πρόδρομο μεταγράφημα 45S. Το 5S ριβοσωμικό RNA δεν συντίθεται στον πυρήνα.

Προέλευση και εξέλιξη

Τα σύγχρονα ριβοσώματα πρέπει να εμφανίστηκαν την εποχή του LUCA, του τελευταίου καθολικού κοινού προγόνου (των συντομογραφιών στα αγγλικά τον τελευταίο καθολικό κοινό πρόγονο), πιθανώς στον υποθετικό κόσμο του RNA. Προτείνεται ότι τα RNA μεταφοράς είναι θεμελιώδη για την εξέλιξη των ριβοσωμάτων.

Αυτή η δομή θα μπορούσε να εμφανιστεί ως ένα σύνθετο με αυτο-αναπαραγόμενες λειτουργίες που στη συνέχεια απέκτησαν λειτουργίες για τη σύνθεση των αμινοξέων. Ένα από τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά του RNA είναι η ικανότητά του να καταλύει τον δικό του αναδιπλασιασμό.

Αναφορές

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Βιοχημεία. 5η έκδοση. Νέα Υόρκη: W H Freeman. Τμήμα 29.3, Ένα ριβόσωμα είναι ένα σωματίδιο ριβονουκλεοπρωτεΐνης (70S) κατασκευασμένο από μια μικρή (30S) και μια μεγάλη (50S) υπομονάδα. Διατίθεται στη διεύθυνση: ncbi.nlm.nih.gov
  2. Curtis, Η., & Schnek, Α. (2006). Πρόσκληση στη Βιολογία. Ed. Panamericana Medical.
  3. Fox, G. Ε. (2010). Προέλευση και εξέλιξη του ριβοσώματος. Cold Spring Harbor προοπτικές στη βιολογία, 2(9), a003483.
  4. Hall, J. Ε. (2015). Guyton και Hall βιβλίο της ιατρικής φυσιολογίας e-Book. Elsevier Health Sciences.
  5. Lewin, Β. (1993). Γονίδια Τόμος 1. Επαναστροφή.
  6. Lodish, Η. (2005). Κυτταρική και μοριακή βιολογία. Ed. Panamericana Medical.
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Η δομή του ριβοσώματος και ο μηχανισμός μετάφρασης. Cell, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G.J., Funke, Β. R., & Case, C.L. (2007). Εισαγωγή στη μικροβιολογία. Ed. Panamericana Medical.
  9. Wilson, D. Ν., & Cate, J. Η. D. (2012). Η δομή και η λειτουργία του ευκαρυωτικού ριβοσώματος. Cold Spring Harbor προοπτικές στη βιολογία, 4(5), a011536.