RIBOSOMER: EGENSKAPER, TYPER, STRUKTUR, FUNKTIONER - BIOLOGI - 2025

De ribosomer är de mest rikligt förekommande cellorganeller och är involverade i proteinsyntes. De omges inte av ett membran och består av två typer av underenheter: en stor och en liten, som en allmän regel är den stora underenheten nästan dubbelt så liten.

Den prokaryotiska linjen har 70S ribosomer som består av en stor 50S och en liten 30S underenhet. Likaså består ribosomer i den eukaryota linjen av en stor 60S och en liten 40S-subenhet.

Ribosomen är analog med en rörlig fabrik, som kan läsa budbärar-RNA, översätta den till aminosyror och koppla dem samman med peptidbindningar.

Ribosomer motsvarar nästan 10% av de totala proteinerna i en bakterie och mer än 80% av den totala mängden RNA. När det gäller eukaryoter är de inte lika stora i förhållande till andra proteiner men antalet är högre.

År 1950 visualiserade forskaren George Palade först ribosomer och denna upptäckt tilldelades Nobelpriset i fysiologi eller medicin.

Generella egenskaper

Ribosomer är väsentliga komponenter i alla celler och är relaterade till proteinsyntes. De är mycket små i storlek så att de bara kan visualiseras under ljuset av ett elektronmikroskop.

Ribosomer finns fria i cellens cytoplasma, förankrade i det grova endoplasmatiska retikulummet - ribosomer ger det "skrynkliga" utseendet - och i vissa organeller, såsom mitokondrier och kloroplaster.

Membranbundna ribosomer är ansvariga för syntesen av proteiner som kommer att införas i plasmamembranet eller kommer att skickas till utsidan av cellen.

Fria ribosomer, som inte är kopplade till någon struktur i cytoplasma, syntetiserar proteiner vars destination är inuti cellen. Slutligen syntetiserar ribosomerna i mitokondrierna proteiner för mitokondriell användning.

På samma sätt kan flera ribosomer förena sig och bilda "polyribosomer", bilda en kedja kopplad till ett messenger-RNA, syntetisera samma protein, flera gånger och samtidigt

De består alla av två underenheter: den ena kallas stor eller större och den andra liten eller mindre.

Vissa författare anser ribosomer vara icke-membranösa organeller, eftersom de saknar dessa lipidstrukturer, även om andra forskare inte betraktar dem som organeller själva.

Strukturera

Ribosomer är små cellulära strukturer (från 29 till 32 nm, beroende på gruppen av organismer), rundade och täta, sammansatta av ribosomalt RNA och proteinmolekyler, som är associerade med varandra.

De mest studerade ribosomerna är de av eubakterier, archaea och eukaryoter. I den första linjen är ribosomerna enklare och mindre. Eukaryota ribosomer är för sin del mer komplexa och större. I archaea är ribosomer mer lik de båda grupperna i vissa avseenden.

Ryggradosomer för ryggradsdjur och angiosperm (blommande växter) är särskilt komplexa.

Varje ribosomal underenhet består huvudsakligen av ribosomalt RNA och ett brett urval av proteiner. Den stora underenheten kan bestå av små RNA-molekyler utöver ribosomalt RNA.

Proteiner är kopplade till ribosomalt RNA i specifika regioner efter en beställning. Inom ribosomer kan flera aktiva ställen särskiljas, såsom katalytiska zoner.

Ribosomalt RNA är av avgörande betydelse för cellen och detta kan ses i dess sekvens, som har varit praktiskt taget oförändrad under evolutionen, vilket återspeglar det höga selektiva trycket mot varje förändring.

Ribosomfunktioner

Ribosomer ansvarar för att förmedla proteinsyntesprocessen i cellerna i alla organismer, som är en universell biologisk maskin.

Ribosomer - tillsammans med överförings-RNA och budbärar-RNA - lyckas avkoda DNA-meddelandet och tolka det till en sekvens av aminosyror som kommer att bilda alla proteiner i en organisme, i en process som kallas översättning.

Mot bakgrund av biologi hänvisar ordet översättning till förändringen av "språk" från nukleotid-tripletter till aminosyror.

Dessa strukturer är den centrala delen av translationen, där de flesta av reaktionerna inträffar, såsom bildandet av peptidbindningar och frisättningen av det nya proteinet.

Proteinöversättning

Processen med proteinbildning börjar med föreningen mellan ett budbärar-RNA och en ribosom. Budbäraren reser genom denna struktur i en specifik ände som kallas "kedjaninitierarkodon."

När messenger-RNA passerar genom ribosomen bildas en proteinmolekyl, eftersom ribosomen kan tolka meddelandet som är kodat i messenger.

Detta meddelande är kodat i nukleotid-tripletter med var tredje bas som indikerar en viss aminosyra. Om exempelvis messenger-RNA bär sekvensen: AUG AUU CUU UUG GCU, kommer den bildade peptiden att bestå av aminosyrorna: metionin, isoleucin, leucin, leucin och alanin.

Detta exempel visar "degenerationen" av den genetiska koden, eftersom mer än ett kodon - i detta fall CUU och UUG - kodar för samma typ av aminosyra. När ribosomen upptäcker ett stoppkodon i messenger-RNA slutar översättningen.

Ribosomen har ett A-ställe och ett P.-ställe. P-stället innehåller peptidyl-tRNA och aminoacyl-tRNA kommer in i A-stället.

Överför RNA

Överförings-RNA: er ansvarar för att transportera aminosyrorna till ribosomen och har sekvensen komplementär till tripletten. Det finns ett överförings-RNA för var och en av de 20 aminosyrorna som utgör proteiner.

Kemiska steg i proteinsyntes

Processen börjar med aktiveringen av varje aminosyra med bindning av ATP i ett adenosinmonofosfatkomplex, vilket frisätter högenergifosfater.

Det föregående steget resulterar i en aminosyra med överskott av energi och bindning sker med dess respektive överförings-RNA för att bilda ett aminosyra-tRNA-komplex. Här sker frisättningen av adenosinmonofosfat.

I ribosomen möter överförings-RNA budbärarens RNA. I detta steg hybridiserar sekvensen för överföringen eller antikodon-RNA med kodon eller triplett för messenger-RNA. Detta leder till anpassningen av aminosyran till dess korrekta sekvens.

Enzymet peptidyltransferas ansvarar för att katalysera bildningen av peptidbindningar som binder aminosyror. Denna process förbrukar stora mängder energi, eftersom den kräver bildning av fyra högenergibindningar för varje aminosyra som är fäst vid kedjan.

Reaktionen avlägsnar en hydroxylradikal vid COOH-änden av aminosyran och tar bort en väte på NH ₂ änden av den andra aminosyran. De reaktiva regionerna i de två aminosyrorna sammanförs och skapar peptidbindningen.

Ribosomer och antibiotika

Eftersom proteinsyntes är en viktig händelse för bakterier, riktar vissa antibiotika ribosomer och olika stadier i översättningsprocessen.

Till exempel binds streptomycin till den lilla underenheten för att störa översättningsprocessen, vilket orsakar fel i läsningen av messenger-RNA.

Andra antibiotika, såsom neomyciner och gentamiciner, kan också orsaka fel i översättningen, koppling till den lilla underenheten.

Typer av ribosomer

Ribosomer i prokaryoter

Bakterier, liksom E. coli, har mer än 15 000 ribosomer (i proportioner motsvarar det nästan en fjärdedel av bakteriecells torrvikt).

Ribosomer i bakterier har en diameter på cirka 18 nm och består av 65% ribosomalt RNA och endast 35% proteiner i olika storlekar, mellan 6 000 och 75 000 kDa.

Den stora underenheten kallas 50S och den lilla 30S, som kombineras för att bilda en 70S-struktur med en molekylmassa på 2,5 × 10 ⁶ kDa.

Underenheten 30S är långsträckt och inte symmetrisk, medan 50S är tjockare och kortare.

Den lilla underenheten av E. coli består av 16S ribosomala RNA: er (1542 baser) och 21 proteiner, och den stora underenheten innehåller 23S ribosomala RNA: er (2904 baser), 5S (1542 baser) och 31 proteiner. Proteinerna som komponerar dem är basiska och antalet varierar beroende på strukturen.

Ribosomala RNA-molekyler, tillsammans med proteiner, grupperas tillsammans i en sekundär struktur som liknar andra typer av RNA.

Ribosomer i eukaryoter

Ribosomer i eukaryoter (80S) är större, med ett högre innehåll av RNA och protein. RNA: er är längre och kallas 18S och 28S. Liksom i prokaryoter domineras sammansättningen av ribosomer av ribosomalt RNA.

I dessa organismer har ribosomen en molekylmassa på 4,2 × 10 ⁶ kDa och sönderdelas i 40S- och 60S-underenheten.

40S-subenheten innehåller en enda RNA-molekyl, 18S (1874 baser) och cirka 33 proteiner. På liknande sätt innehåller 60S-underenheten RNA: er 28S (4718 baser), 5,8S (160 baser) och 5S (120 baser). Dessutom består det av basiska proteiner och sura proteiner.

Ribosomer i archaea

Archaea är en grupp mikroskopiska organismer som liknar bakterier, men skiljer sig åt i så många egenskaper att de utgör en separat domän. De bor i olika miljöer och kan kolonisera extrema miljöer.

De typer av ribosomer som finns i archaea liknar ribosomerna i eukaryota organismer, även om de också har vissa egenskaper hos bakteriella ribosomer.

Den har tre typer av ribosomala RNA-molekyler: 16S, 23S och 5S, kopplade till 50 eller 70 proteiner, beroende på studieart. När det gäller storlek är archaea ribosomer närmare bakteriella (70S med två underenheter 30S och 50S) men när det gäller deras primära struktur är de närmare eukaryoter.

Eftersom archaea tenderar att bo i miljöer med höga temperaturer och höga saltkoncentrationer, är deras ribosomer mycket resistenta.

Sedimentationskoefficient

S eller Svedbergs, avser partikelns sedimentationskoefficient. Det uttrycker förhållandet mellan sedimentationens konstant hastighet och den applicerade accelerationen. Detta mått har mått på tid.

Observera att Svedbergs inte är tillsatser eftersom de tar hänsyn till partikelns massa och form. Av detta skäl lägger ribosomen som består av 50S och 30S underenheter inte upp till 80S i bakterier, liksom 40S och 60S subenheterna bildar inte en 90S ribosom.

Ribosomsyntes

Alla de cellulära maskinerna som är nödvändiga för syntes av ribosomer finns i kärnan, en tät region i kärnan som inte är omgiven av membranstrukturer.

Kärnan är en variabel struktur beroende på celltypen: den är stor och iögonfallande i celler med höga proteinkrav, och det är ett nästan omöjligt område i celler som syntetiserar lite protein.

Bearbetningen av ribosomalt RNA sker i detta område, där det kopplas ihop med ribosomala proteiner och ger upphov till granulära kondensationsprodukter, som är de omogna underenheter som bildar funktionella ribosomer.

Underenheterna transporteras utanför kärnan - genom kärnporerna - till cytoplasma, där de samlas i mogna ribosomer som kan påbörja proteinsyntes.

Ribosomala RNA-gener

Hos människor finns generna som kodar för ribosomala RNA på fem specifika kromosompar: 13, 14, 15, 21 och 22. Eftersom celler kräver ett stort antal ribosomer upprepas generna flera gånger på dessa kromosomer. .

Nucleolus-generna kodar 5,8S, 18S och 28S ribosomala RNA och transkriberas av RNA-polymeras till ett 45S-föregångstranskript. 5S ribosomalt RNA syntetiseras inte i kärnan.

Ursprung och evolution

Moderna ribosomer måste ha dykt upp under tiden för LUCA, den sista universella gemensamma förfäder, troligen i den hypotetiska världen av RNA. Det föreslås att överförings-RNA var grundläggande för utvecklingen av ribosomer.

Denna struktur kan uppstå som ett komplex med självreplikerande funktioner som senare fick funktioner för syntes av aminosyror. En av de mest framstående egenskaperna hos RNA är dess förmåga att katalysera sin egen replikering.

referenser

1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biokemi. 5: e upplagan. New York: WH Freeman. Avsnitt 29.3, en ribosom är en ribonukleoproteinpartikel (70S) gjord av en liten (30S) och en stor (50S) underenhet. Finns på: ncbi.nlm.nih.gov
2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Inbjudan till biologi. Panamerican Medical Ed.
3. Fox, GE (2010). Ursprunget och utvecklingen av ribosomen. Cold Spring Harbor-perspektiv i biologi, 2 (9), a003483.
4. Hall, JE (2015). Guyton och Halls lärobok för medicinsk fysiologi e-bok. Elsevier Health Sciences.
5. Lewin, B. (1993). gener Volym 1. Återgå.
6. Lodish, H. (2005). Cellulär och molekylärbiologi. Panamerican Medical Ed.
7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribosomstruktur och översättningsmekanismen. Cell, 108 (4), 557-572.
8. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Introduktion till mikrobiologi. Panamerican Medical Ed.
9. Wilson, DN, & Cate, JHD (2012). Strukturen och funktionen av den eukaryota ribosomen. Cold Spring Harbor-perspektiv i biologi, 4 (5), a011536.