RYBOSOMALNY RNA: JAK JEST SYNTETYZOWANY, RODZAJE I STRUKTURA, FUNKCJE - BIOLOGIA - 2025

Rybosomalnego RNA i rybosomalną, biologia komórki, jest najważniejszym elementem konstrukcyjnym rybosomu. Dlatego odgrywają niezastąpioną rolę w syntezie białek i występują najliczniej w stosunku do innych głównych typów RNA: przekaźnika i transferu.

Synteza białek jest kluczowym wydarzeniem we wszystkich żywych organizmach. Wcześniej uważano, że rybosomalny RNA nie był aktywnie zaangażowany w to zjawisko, a jedynie odgrywał rolę strukturalną. Obecnie istnieją dowody na to, że RNA pełni funkcje katalityczne i jest prawdziwym katalizatorem syntezy białek.

Źródło: Jane Richardson (Dcrjsr), z Wikimedia Commons

U eukariotów geny, które powodują powstanie tego typu RNA, są zorganizowane w regionie jądra zwanym jąderkiem. Typy RNA są zwykle klasyfikowane w zależności od ich zachowania w sedymentacji, dlatego towarzyszy im litera S dla „jednostek Svedberga”.

Rodzaje

Jedną z najbardziej uderzających różnic między liniami eukariotycznymi i prokariotycznymi jest skład rybosomalnego RNA, który tworzy ich rybosomy. Prokariota mają mniejsze rybosomy, podczas gdy rybosomy u eukariontów są większe.

Rybosomy są podzielone na duże i małe podjednostki. Mała zawiera pojedynczą cząsteczkę rybosomalnego RNA, podczas gdy duża zawiera jedną większą cząsteczkę i dwie mniejsze, w przypadku eukariotów.

Najmniejsze rybosomalne RNA w bakteriach może mieć od 1500 do 3000 nukleotydów. U ludzi rybosomalne RNA osiąga większe długości, od 1800 do 5000 nukleotydów.

Rybosomy to jednostki fizyczne, w których zachodzi synteza białek. Składają się w około 60% z rybosomalnego RNA. Reszta to białka.

Jednostki Svedberg

Historycznie rzecz biorąc, rybosomalne RNA identyfikuje się na podstawie współczynnika sedymentacji zawieszonych cząstek odwirowanych w standardowych warunkach, co jest oznaczone literą S oznaczającą „jednostki Svedberga”.

Jedną z interesujących właściwości tego urządzenia jest to, że nie jest addytywna, to znaczy 10S plus 10S to nie 20S. Z tego powodu istnieje pewne zamieszanie związane z ostateczną wielkością rybosomów.

Prokariota

W bakteriach, archeonach, mitochondriach i chloroplastach mała jednostka rybosomu zawiera rybosomalny RNA 16S. Podczas gdy duża podjednostka zawiera dwa gatunki rybosomalnego RNA: 5S i 23S.

Eukarionty

Z drugiej strony u eukariontów rybosomalny RNA 18S znajduje się w małej podjednostce, a duża podjednostka 60S zawiera trzy typy rybosomalnego RNA: 5S, 5,8S i 28S. W tej linii rybosomy są zwykle większe, bardziej złożone i liczniejsze niż u prokariotów.

Jak jest syntetyzowany?

Lokalizacja genów

Rybosomalne RNA jest centralnym składnikiem rybosomów, więc jego synteza jest nieodzownym wydarzeniem w komórce. Synteza zachodzi w jąderku, regionie w jądrze, który nie jest ograniczony błoną biologiczną.

Mechanizm jest odpowiedzialny za składanie jednostek rybosomów w obecności określonych białek.

Geny rybosomalnego RNA są zorganizowane na różne sposoby w zależności od linii. Pamiętaj, że gen to fragment DNA, który koduje fenotyp.

W przypadku bakterii geny rybosomalnego RNA 16S, 23S i 5S są zorganizowane i transkrybowane razem w operonie. Ta organizacja „razem genów” jest bardzo powszechna w genach prokariotycznych.

Natomiast eukarionty, bardziej złożone organizmy z jądrem oddzielonym błoną, są zorganizowane w tandemie. U ludzi, geny kodujące rybosomalne RNA są zorganizowane w pięć „klastrów” zlokalizowanych na chromosomach 13, 14, 15, 21 i 22. Regiony te nazywane są NOR.

Początek transkrypcji

W komórce polimeraza RNA jest enzymem odpowiedzialnym za dodawanie nukleotydów do nici RNA. Tworzą ich cząsteczkę z cząsteczki DNA. Ten proces tworzenia RNA po temperowaniu DNA jest znany jako transkrypcja. Istnieje kilka rodzajów polimeraz RNA.

Zasadniczo transkrypcja rybosomalnego RNA jest przeprowadzana przez polimerazę RNA I, z wyjątkiem rybosomalnego RNA 5S, którego transkrypcję przeprowadza polimeraza RNA III. 5S ma również tę szczególną cechę, że jest transkrybowany poza jąderkiem.

Promotory syntezy RNA składają się z dwóch elementów bogatych w sekwencje GC i regionu centralnego, w którym rozpoczyna się transkrypcja.

U ludzi czynniki transkrypcyjne niezbędne do tego procesu wiążą się z regionem centralnym i powodują powstanie kompleksu przedinicjacyjnego, który składa się z kasety TATA i czynników związanych z TBP.

Gdy wszystkie czynniki są razem, polimeraza RNA I, wraz z innymi czynnikami transkrypcyjnymi, wiąże się z centralnym regionem promotora, tworząc kompleks inicjacyjny.

Wydłużenie i koniec transkrypcji

Następnie następuje drugi etap procesu transkrypcji: elongacja. Tutaj zachodzi sama transkrypcja i obejmuje obecność innych białek katalitycznych, takich jak topoizomeraza.

U eukariontów jednostki transkrypcyjne genów rybosomalnych mają sekwencję DNA na końcu 3 'z sekwencją znaną jako kaseta Sal, która wskazuje koniec transkrypcji.

Po transkrypcji rybosomalnego RNA ułożonego w tandemie następuje biogeneza rybosomów w jąderku. Transkrypty genów rybosomalnych dojrzewają i łączą się z białkami, tworząc jednostki rybosomalne.

Przed terminacją zachodzi tworzenie serii „ryboprotein”. Podobnie jak w przypadku informacyjnego RNA, proces splicingu jest napędzany przez małe jąderkowe białka rybonukleoproteinowe lub snRNP, od którego pochodzi akronim w języku angielskim.

Splicing to proces, w którym eliminowane są introny (sekwencje niekodujące), które zwykle są „przerywającymi” eksonami (sekwencjami, które kodują dany gen).

Proces prowadzi do związków pośrednich 20S zawierających 18S rRNA i 32S, zawierających 5,8S i 28S rRNA.

Modyfikacje potranskrypcyjne

Po powstaniu rybosomalnego RNA podlegają dalszym modyfikacjom. Obejmują one metylacje (dodanie grupy metylowej) około 100 nukleotydów na rybosom w grupie 2'-OH rybosomu. Ponadto zachodzi izomeryzacja ponad 100 urydyn do postaci pseudourydyny.

Struktura

Podobnie jak DNA, RNA składa się z azotowej zasady kowalencyjnie związanej ze szkieletem fosforanowym.

Cztery zasady azotowe, które je tworzą to adenina, cytozyna, uracyl i guanina. Jednak w przeciwieństwie do DNA, RNA nie jest cząsteczką dwupasmową, ale pojedynczym prążkiem.

Podobnie jak transferowy RNA, rybosomalny RNA charakteryzuje się dość złożoną drugorzędową strukturą, ze specyficznymi regionami wiążącymi, które rozpoznają informacyjny RNA i przenoszą RNA.

cechy

Główną funkcją rybosomalnego RNA jest zapewnienie fizycznej struktury, która pozwala na pobieranie i dekodowanie informacyjnego RNA na aminokwasy w celu utworzenia białek.

Białka to biocząsteczki o szerokim zakresie funkcji - od transportu tlenu, np. Hemoglobiny, po funkcje wspomagające.

Możliwość zastosowania

Rybosomalne RNA jest szeroko stosowane, zarówno w dziedzinie biologii molekularnej i ewolucji, jak i w medycynie.

Jeśli chcesz poznać relacje filogenetyczne więcej problemów między dwiema grupami organizmów - to znaczy, w jaki sposób organizmy są ze sobą spokrewnione pod względem pokrewieństwa - jako znaczniki często używane są geny rybosomalnego RNA.

Są bardzo przydatne jako markery molekularne dzięki ich niskim szybkościom ewolucji (tego typu sekwencje są znane jako „sekwencje konserwatywne”).

W rzeczywistości jedna z najsłynniejszych rekonstrukcji filogenetycznych w dziedzinie biologii została wykonana przez Carla Woese i jego współpracowników przy użyciu sekwencji rybosomalnego RNA 16S. Wyniki tego badania pozwoliły na podzielenie organizmów żywych na trzy domeny: archeony, bakterie i eukarionty.

Z drugiej strony rybosomalny RNA jest często celem wielu antybiotyków, które są stosowane w medycynie do leczenia wielu chorób. Logiczne jest założenie, że atakując system produkcji białka bakterii, zostanie to natychmiast dotknięte.

Ewolucja

Spekuluje się, że rybosomy, jakie znamy dzisiaj, zaczęły powstawać w bardzo odległych czasach, blisko powstania LUCA (ostatniego wspólnego przodka wszechświata lub ostatniego wspólnego przodka wszechświata).

W rzeczywistości jedna z hipotez dotyczących pochodzenia życia głosi, że życie powstało z cząsteczki RNA - ponieważ ma ona niezbędne zdolności autokatalityczne, aby uznać ją za jedną z prekursorów życia.

Naukowcy sugerują, że obecne prekursory rybosomów nie były tak selektywne w stosunku do aminokwasów, akceptując zarówno izomery l, jak i d. Obecnie powszechnie wiadomo, że białka powstają wyłącznie z aminokwasu w formie l.

Ponadto rybosomalny RNA posiada zdolność katalizowania reakcji peptydylotransferazy, co w połączeniu z jego zdolnością katalityczną, jako repozytorium nukleotydów, jest kluczowym elementem ewolucji pierwszych form na Ziemi.

Bibliografia

1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biochemia. 5. edycja. Nowy Jork: WH Freeman. Sekcja 29.3, Rybosom to cząsteczka rybonukleoproteiny (70S) zbudowana z małej (30S) i dużej (50S) podjednostki. Dostępne pod adresem: ncbi.nlm.nih.gov
2. Curtis, H. i Schnek, A. (2006). Zaproszenie na biologię. Panamerican Medical Ed.
3. Fox, GE (2010). Pochodzenie i ewolucja rybosomu. Perspektywy Cold Spring Harbor w biologii, 2 (9), a003483.
4. Hall, JE (2015). Guyton and Hall podręcznik fizjologii medycznej e-Book. Elsevier Health Sciences.
5. Lewin, B. (1993). Geny Tom 1. Przywróć.
6. Lodish, H. (2005). Biologia komórkowa i molekularna. Panamerican Medical Ed.
7. Ramakrishnan, V. (2002). Struktura rybosomu i mechanizm translacji. Celi, 108 (4), 557-572.
8. Tortora, GJ, Funke, BR i Case, CL (2007). Wprowadzenie do mikrobiologii. Panamerican Medical Ed.
9. Wilson, DN i Cate, JHD (2012). Struktura i funkcja eukariotycznego rybosomu. Perspektywy Cold Spring Harbor w biologii, 4 (5), a011536.