RIBOSOMAS: RAKSTURLIELUMI, VEIDI, STRUKTŪRA, FUNKCIJAS - BIOLOĢIJA - 2025

Par ribosomas ir visvairāk bagātīgs šūnu organoīdi un ir iesaistīti proteīnu sintēzi. Tos neaptver membrāna un tie sastāv no divu veidu apakšvienībām: liela un maza, kā parasti, lielā apakšvienība ir gandrīz divas reizes mazāka.

Prokariotu līnijai ir 70S ribosomas, kas sastāv no lielas 50S un mazas 30S apakšvienības. Tāpat eikariotu cilmes ribosomas sastāv no lielas 60S un mazas 40S apakšvienības.

Ribosoma ir analoga kustīgai rūpnīcai, kas spēj nolasīt kurjera RNS, pārvērst to aminoskābēs un sasaistīt tās ar peptīdu saitēm.

Ribosomas ir ekvivalentas gandrīz 10% no visiem baktērijas olbaltumvielām un vairāk nekā 80% no kopējā RNS daudzuma. Eikariotu gadījumā tie nav tik bagātīgi attiecībā pret citiem proteīniem, bet to skaits ir lielāks.

1950. gadā pētnieks Džordžs Palade vispirms vizualizēja ribosomas, un šim atklājumam tika piešķirta Nobela prēmija fizioloģijā vai medicīnā.

Vispārīgais raksturojums

Ribosomas ir būtiska visu šūnu sastāvdaļa un ir saistītas ar olbaltumvielu sintēzi. Tie ir ļoti mazi, tāpēc tos var vizualizēt tikai elektronu mikroskopa gaismā.

Ribosomas šūnas citoplazmā ir brīvas, tās noenkurojas raupjā endoplazmatiskā retikulumā - ribosomas piešķir tai “saburzītu” izskatu - un dažos organellos, piemēram, mitohondrijos un hloroplastos.

Ar membrānu saistītās ribosomas ir atbildīgas par olbaltumvielu sintēzi, kas tiks ievietota plazmas membrānā vai tiks nosūtīta uz šūnas ārpusi.

Brīvās ribosomas, kas nav saistītas ar citoplazmas struktūru, sintezē olbaltumvielas, kuru galamērķis ir šūnas iekšpusē. Visbeidzot, mitohondriju ribosomas sintezē olbaltumvielas mitohondriju lietošanai.

Tādā pašā veidā vairākas ribosomas var pievienoties un veidot "poliribosomas", veidojot ķēdi, kas savienota ar messenger RNS, sintezējot vienu un to pašu olbaltumvielu, vairākas reizes un vienlaikus

Tos visus veido divas apakšvienības: vienu sauc par lielu vai lielāku un otru par mazu vai mazāku.

Daži autori uzskata ribosomas par nemembranālām organellām, jo ​​tām trūkst šo lipīdu struktūru, lai gan citi pētnieki neuzskata tos par organelliem paši.

Uzbūve

Ribosomas ir nelielas šūnu struktūras (no 29 līdz 32 nm, atkarībā no organisma grupas), noapaļotas un blīvas, kas sastāv no ribosomālas RNS un olbaltumvielu molekulām, kas ir savstarpēji saistītas.

Visizpētītākās ribosomas ir eubakterijas, arhaea un eukarioti. Pirmajā līnijā ribosomas ir vienkāršākas un mazākas. Savukārt eikariotu ribosomas ir sarežģītākas un lielākas. Arhajā ribosomas noteiktos aspektos ir līdzīgākas abām grupām.

Īpaši sarežģītas ir mugurkaulnieku un angiosperm ribosomas (ziedoši augi).

Katru ribosomu apakšvienību galvenokārt veido ribosomu RNS un visdažādākie proteīni. Lielo apakšvienību papildus ribosomu RNS var veidot arī mazas RNS molekulas.

Pēc pasūtījuma olbaltumvielas noteiktos reģionos tiek savienoti ar ribosomālu RNS. Ribosomās var izdalīt vairākas aktīvās vietas, piemēram, katalītiskās zonas.

Ribosomālai RNS ir izšķiroša nozīme šūnā, un to var redzēt tās secībā, kas evolūcijas laikā praktiski nav mainījusies, atspoguļojot augsto selektīvo spiedienu pret jebkādām izmaiņām.

Ribosomu funkcijas

Ribosomas ir atbildīgas par starpniecību olbaltumvielu sintēzes procesā visu organismu šūnās, kas ir universāla bioloģiskā iekārta.

Ribosomām kopā ar pārnešanas RNS un kurjeru RNS izdodas atšifrēt DNS ziņojumu un interpretēt to aminoskābju secībā, kas veidos visas olbaltumvielas organismā, procesu, ko sauc par tulkošanu.

Ņemot vērā bioloģiju, vārda tulkojums attiecas uz "valodas" maiņu no nukleotīdu tripletiem uz aminoskābēm.

Šīs struktūras ir centrālā tulkošanas daļa, kur notiek lielākā daļa reakciju, piemēram, peptīdu saišu veidošanās un jaunā proteīna izdalīšanās.

Olbaltumvielu tulkošana

Olbaltumvielu veidošanās process sākas ar savienību starp kurjeru RNS un ribosomu. Kurjers pārvietojas pa šo struktūru noteiktā galā, ko sauc par "ķēdes ierosinātāja kodonu".

Kad Messenger RNS iet caur ribosomu, veidojas olbaltumvielu molekula, jo ribosoma spēj interpretēt sūtītājā kodēto ziņojumu.

Šis ziņojums ir kodēts nukleotīdu tripletos, ar katrām trim bāzēm norādot konkrētu aminoskābi. Piemēram, ja kurjers RNS satur secību: AUG AUU CUU UUG GCU, izveidotais peptīds sastāv no aminoskābēm: metionīna, izoleicīna, leicīna, leicīna un alanīna.

Šis piemērs parāda ģenētiskā koda “deģenerāciju”, jo vairāk nekā viens kodons - šajā gadījumā CUU un UUG - kodē viena veida aminoskābes. Kad ribosoma atklāj kodonu MNS MNS, translācija beidzas.

Ribosomai ir A un P vieta.P vietai ir peptidil-tRNS un aminoacil-tRNS iekļūst A vietā.

Pārnest RNS

Pārnešanas RNS ir atbildīgas par aminoskābju transportēšanu uz ribosomu, un to secība ir komplementāra ar tripletu. Katrai no 20 aminoskābēm, kas veido olbaltumvielas, ir pārneses RNS.

Olbaltumvielu sintēzes ķīmiskie posmi

Process sākas ar katras aminoskābes aktivizēšanu ar ATP saistīšanos adenozīna monofosfāta kompleksā, atbrīvojot augstas enerģijas fosfātus.

Iepriekšējā solī tiek iegūta aminoskābe ar lieko enerģiju, un saistīšanās notiek ar attiecīgo pārneses RNS, veidojot aminoskābes-tRNS kompleksu. Šeit notiek adenozīna monofosfāta izdalīšanās.

Ribosomā pārnejošā RNS sastopas ar Messenger RNS. Šajā posmā pārnešanas vai antikodona RNS secība hibridizējas ar Messenger kodonu vai tripletu. Tas noved pie aminoskābes izlīdzināšanas ar pareizo secību.

Fermenta peptidiltransferāze ir atbildīga par peptīdu saišu veidošanās katalizēšanu, kas saista aminoskābes. Šis process patērē lielu daudzumu enerģijas, jo tas prasa četru augstas enerģijas saišu veidošanos katrai aminoskābei, kas pievienota ķēdei.

Reakcijas noņem hidroksilgrupa pie COOH beigās no aminoskābju un noņem ūdeņradi no NH ₂ beigās no otras aminoskābi. Abu aminoskābju reaktīvie reģioni sakrīt un veido peptīdu saiti.

Ribosomas un antibiotikas

Tā kā olbaltumvielu sintēze ir būtisks notikums baktērijām, noteiktas antibiotikas ir vērstas uz ribosomām un dažādiem translācijas procesa posmiem.

Piemēram, streptomicīns saistās ar mazo apakšvienību, lai traucētu tulkošanas procesu, izraisot kļūdas Messenger RNS lasījumā.

Citas antibiotikas, piemēram, neomicīni un gentamicīni, arī var izraisīt kļūdas tulkojumā, savienojoties ar mazo apakšvienību.

Ribosomu veidi

Ribosomas prokariotos

Baktērijām, tāpat kā E. coli, ir vairāk nekā 15 000 ribosomu (proporcijās tas ir vienāds ar gandrīz ceturto daļu baktēriju šūnas sausā svara).

Baktērijās esošo ribosomu diametrs ir aptuveni 18 nm, un tās veido 65% ribosomu RNS un tikai 35% dažāda lieluma olbaltumvielu, no 6 000 līdz 75 000 kDa.

Liels subvienības sauc 50S un mazo 30S, kas apvienojas, lai veidotu 70s struktūru ar kura molekulārā masa ir 2,5 × 10 ⁶ kDa.

30S apakšvienība ir iegarenas formas un nav simetriska, savukārt 50S ir biezāka un īsāka.

Mazo E. coli apakšvienību veido 16S ribosomālas RNS (1542 bāzes) un 21 olbaltumviela, un lielajā apakšvienībā ir 23S ribosomālas RNS (2904 bāzes), 5S (1542 bāzes) un 31 proteīns. Olbaltumvielas, kas tos veido, ir pamata, un to skaits mainās atkarībā no struktūras.

Ribosomālas RNS molekulas kopā ar olbaltumvielām tiek sagrupētas sekundārā struktūrā, kas ir līdzīga cita veida RNS.

Ribosomas eikariotos

Ribosomas eikariotos (80S) ir lielākas, ar lielāku RNS un olbaltumvielu saturu. RNS ir garākas un tiek sauktas par 18S un 28S. Tāpat kā prokariotos, ribosomu sastāvā dominē ribosomu RNS.

Šajos organismiem, ribosomu ir molekulārā masa ir 4,2 × 10 ⁶ kDa un ir sadalīta robežās no 40 līdz 60 gadiem subvienību.

40S subvienība satur vienu RNS molekulu, 18S (1874 bāzes) un apmēram 33 olbaltumvielas. Līdzīgi 60S apakšvienība satur RNS 28S (4718 bāzes), 5.8S (160 bāzes) un 5S (120 bāzes). Turklāt to veido pamata olbaltumvielas un skābie proteīni.

Ribosomas archaea

Archaea ir mikroskopisko organismu grupa, kas līdzinās baktērijām, bet atšķiras pēc tik daudzām īpašībām, ka veido atsevišķu domēnu. Viņi dzīvo daudzveidīgā vidē un spēj kolonizēt galēju vidi.

Arhajā atrodami ribosomu veidi ir līdzīgi eikariotisko organismu ribosomām, lai arī tām ir arī noteiktas baktēriju ribosomu īpašības.

Tam ir trīs ribosomu RNS molekulu veidi: 16S, 23S un 5S, kas savienoti ar 50 vai 70 olbaltumvielām, atkarībā no pētījuma sugas. Pēc lieluma archaea ribosomas ir tuvāk baktērijām (70S ar divām apakšvienībām 30S un 50S), bet primārās struktūras ziņā tās ir tuvākas eikariotiem.

Tā kā archaea mēdz dzīvot vidē ar augstu temperatūru un augstu sāls koncentrāciju, to ribosomas ir ļoti izturīgas.

Sedimentācijas koeficients

S vai Svedbergs attiecas uz daļiņu sedimentācijas koeficientu. Tas izsaka saistību starp nemainīgu sedimentācijas ātrumu un pielietoto paātrinājumu. Šim pasākumam ir laika dimensijas.

Ņemiet vērā, ka Svedbergi nav piedevas, jo tie ņem vērā daļiņu masu un formu. Šī iemesla dēļ baktērijās ribosoma, kas sastāv no 50S un 30S subvienībām, nesasniedz 80S, tāpat 40S un 60S apakšvienības neveido 90S ribosomas.

Ribosomu sintēze

Visas ribosomu sintēzei nepieciešamās šūnas ir atrodamas nukleolā - blīvā kodola reģionā, ko neaptver membrānas struktūras.

Kodols ir mainīga struktūra atkarībā no šūnas veida: tas ir liels un pamanāms šūnās ar augstu olbaltumvielu daudzumu, un tas ir gandrīz nemanāms laukums šūnās, kas sintezē maz olbaltumvielu.

Ribosomālas RNS apstrāde notiek šajā apgabalā, kur tā savienojas ar ribosomu olbaltumvielām un rada granulētus kondensācijas produktus, kas ir nenobriedušas apakšvienības, kas veido funkcionālās ribosomas.

Apakšvienības tiek transportētas ārpus kodola - caur kodola porām - uz citoplazmu, kur tās tiek samontētas nobriedušās ribosomās, kas var sākt olbaltumvielu sintēzi.

Ribosomu RNS gēni

Cilvēkiem ribosomu RNS kodējošie gēni ir sastopami piecos specifiskos hromosomu pāros: 13, 14, 15, 21 un 22. Tā kā šūnām ir nepieciešams liels skaits ribosomu, gēni tiek atkārtoti vairākas reizes šajās hromosomās .

Nukleola gēni kodē 5.8S, 18S un 28S ribosomālas RNS un RNS polimerāze tiek transkribēta 45S prekursora transkriptā. Kodolā netiek sintezēta 5S ribosomāla RNS.

Izcelsme un evolūcija

Mūsdienu ribosomām ir jābūt parādītām LUCA laikā, kas ir pēdējais vispārējais sencis, iespējams, RNS hipotētiskajā pasaulē. Tiek ierosināts, ka pārnešanas RNS bija būtiska ribosomu evolūcijai.

Šī struktūra varētu rasties kā komplekss ar pašreplicējošām funkcijām, kas vēlāk ieguva funkcijas aminoskābju sintēzei. Viena no izcilākajām RNS īpašībām ir spēja katalizēt pašas replikāciju.

Atsauces

1. Bergs JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Bioķīmija. 5. izdevums. Ņujorka: WH Freeman. 29.3. Sadaļa, Ribosoma ir ribonukleoproteīnu daļiņa (70S), kas izgatavota no maza (30S) un liela (50S) apakšvienības. Pieejams vietnē: ncbi.nlm.nih.gov
2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Ielūgums uz bioloģiju. Panamerican Medical Ed.
3. Fokss, GE (2010). Ribosomas izcelsme un attīstība. Cold Spring Harbor perspektīvas bioloģijā, 2 (9), a003483.
4. Hall, JE (2015). Gytona un Hallas mācību grāmata par medicīniskās fizioloģijas e-grāmatu. Elsevier veselības zinātnes.
5. Lewins, B. (1993). Gēni 1. sējums. Atgriezties.
6. Lodish, H. (2005). Šūnu un molekulārā bioloģija. Panamerican Medical Ed.
7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribosomu uzbūve un tulkošanas mehānisms. Cell, 108 (4), 557-572.
8. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Ievads mikrobioloģijā. Panamerican Medical Ed.
9. Vilsons, DN, un Keita, JHD (2012). Eikariotu ribosomas uzbūve un funkcijas. Cold Spring Harbor perspektīvas bioloģijā, 4 (5), a011536.