Ribosomaal RNA hoe het wordt gesynthetiseerd, typen en structuur, functies

de Ribosomaal RNAof ribosomaal, in cellulaire biologie, is de belangrijkste structurele component van ribosomen. Daarom hebben ze een onmisbare rol in de synthese van eiwitten en komen ze het meest voor in relatie tot de andere hoofdsoorten RNA: messenger en overdracht.

De synthese van eiwitten is een cruciale gebeurtenis in alle levende organismen. Eerder werd aangenomen dat ribosomaal RNA niet actief deelnam aan dit fenomeen en dat het slechts een structurele rol speelde. Tegenwoordig zijn er aanwijzingen dat RNA katalytische functies heeft en de echte katalysator is voor eiwitsynthese.

In eukaryoten zijn de genen die aanleiding geven tot dit type RNA georganiseerd in een gebied van de kern genaamd de nucleolus. De soorten RNA worden meestal geclassificeerd op basis van hun gedrag in sedimentatie, daarom worden ze vergezeld door de letter S van "Svedberg-eenheden"..

index

• 1 soorten
  • 1.1 Svedberg-eenheden
  • 1.2 Prokaryoten
  • 1.3 Eukaryoten
• 2 Hoe wordt het gesynthetiseerd?
  • 2.1 Locatie van genen
  • 2.2 Start van transcriptie
  • 2.3 Verlenging en einde van transcriptie
  • 2.4 Post-transcriptionele modificaties
• 3 Structuur
• 4 functies
• 5 Toepasbaarheid
• 6 Evolutie
• 7 Referenties

type

Een van de meest opvallende verschillen tussen eukaryote en prokaryotische lijnen is de samenstelling in termen van het ribosomale RNA dat hun ribosomen vormt. Prokaryoten hebben kleinere ribosomen, terwijl ribosomen in eukaryoten groter zijn.

Ribosomen zijn verdeeld in grote en kleine subeenheden. De kleine bevat een enkele molecule van ribosomaal RNA, terwijl de grotere een groter molecuul bevat en twee kleiner, in het geval van eukaryoten.

Het kleinste ribosomale RNA in bacteriën kan 1500 tot 3000 nucleotiden bevatten. Bij mensen bereikt ribosomaal RNA langere lengtes, tussen 1800 en 5000 nucleotiden.

Ribosomen zijn de fysieke entiteiten waar eiwitsynthese plaatsvindt. Ze zijn samengesteld uit ongeveer 60% ribosomaal RNA. De rest zijn eiwitten.

Svedberg-eenheden

Historisch gezien wordt ribosomaal RNA geïdentificeerd door de sedimentatiecoëfficiënt van gesuspendeerde deeltjes gecentrifugeerd onder standaardomstandigheden, die wordt aangeduid door de letter S van "Svedberg-eenheden"..

Een van de interessante eigenschappen van dit apparaat is dat het niet additief is, dat wil zeggen, 10S plus 10S zijn geen 20S. Om deze reden is er enige verwarring gerelateerd aan de uiteindelijke grootte van de ribosomen.

prokaryoten

In bacteriën, archaea, mitochondria en chloroplasten bevat de kleine eenheid van het ribosoom 16S-ribosomaal RNA. Terwijl de grote subeenheid twee soorten ribosomaal RNA bevat: de 5S en de 23S.

eukaryotische

Eukaryoten, aan de andere kant, 18S ribosomaal RNA wordt gevonden in de kleine subeenheid en de grote subeenheid, 60S, bevat drie soorten ribosomaal RNA: 5S, 5,8S en 28S. In deze lijn zijn ribosomen meestal groter, complexer en overvloediger dan in prokaryoten.

Hoe wordt het gesynthetiseerd?

Locatie van genen

Ribosomaal RNA is de centrale component van ribosomen, dus de synthese ervan is een onmisbare gebeurtenis in de cel. De synthese vindt plaats in de nucleolus, een regio binnen de kern die niet wordt begrensd door een biologisch membraan.

De machine is verantwoordelijk voor het samenstellen van de eenheden ribosomen in de aanwezigheid van bepaalde eiwitten.

De ribosomale RNA-genen zijn op verschillende manieren georganiseerd, afhankelijk van de afstamming. Bedenk dat een gen een DNA-segment is dat codeert voor een fenotype.

In het geval van bacteriën worden de genen voor de 16S, 23S en 5S ribosomale RNA's georganiseerd en samen getranscribeerd in een operon. Deze organisatie van "genen samen" is heel gebruikelijk in de genen van prokaryoten.

Daarentegen worden eukaryoten, meer complexe organismen met een door membraam gescheiden nucleus, in tandem georganiseerd. Bij ons, mensen, zijn de genen die coderen voor ribosomaal RNA georganiseerd in vijf "groepen" gelokaliseerd op chromosomen 13, 14, 15, 21 en 22. Deze gebieden worden NOR genoemd.

Begin van transcriptie

In de cel is RNA-polymerase een enzym dat verantwoordelijk is voor het toevoegen van nucleotiden aan de RNA-strengen. Ze vormen een molecuul hiervan van een DNA-molecuul. Dit proces van het vormen van een RNA na een DNA zoals getemperd is bekend als transcriptie. Er zijn verschillende soorten RNA-polymerasen.

In het algemeen wordt de transcriptie van ribosomale RNA's uitgevoerd door RNA polymerase I, met uitzondering van 5S ribosomaal RNA, waarvan de transcriptie wordt uitgevoerd door RNA polymerase III. 5S heeft ook de eigenaardigheid dat het wordt getranscribeerd uit de nucleolus.

De promotors van RNA-synthese bestaan ​​uit twee elementen die rijk zijn aan GC-sequenties en een centraal gebied, hier begint de transcriptie.

Bij de mens voegen de transcriptiefactoren die nodig zijn voor het proces zich bij de centrale regio en geven aanleiding tot het pre-initiatiecomplex, dat bestaat uit de TATA-box en factoren geassocieerd met TBP.

Zodra alle factoren samen zijn, bindt RNA-polymerase I, samen met andere transcriptiefactoren, aan het centrale gebied van de promotor om het initiatiecomplex te vormen..

Verlenging en einde van transcriptie

Vervolgens vindt de tweede stap van het transcriptieproces plaats: verlenging. Hier vindt transcriptie zelf plaats en betreft het de aanwezigheid van andere katalytische eiwitten, zoals topoisomerase.

In eukaryoten hebben de transcriptie-eenheden van de ribosomale genen een DNA-sequentie aan het 3'-uiteinde met een sequentie die bekend staat als de Sal-box, die het einde van de transcriptie aangeeft.

Nadat de transcriptie van ribosomale RNAs geordend achter elkaar plaatsvindt, vindt de biogenese van de ribosomen plaats in de nucleolus. Transcripten van ribosomale genen rijpen en associëren met eiwitten om ribosomale eenheden te vormen.

Vóór de beëindiging vindt de vorming van een reeks "riboproteïnen" plaats. Net als in messenger RNAs, het proces van splicing wordt geregisseerd door kleine nucleolaire ribonucleoproteïnen of snRNP's, voor zijn acroniem in het Engels.

de splicing het is een proces waarbij introns (niet-coderende sequenties) worden verwijderd die de exons meestal "onderbreken" (sequenties die coderen voor het gen in kwestie).

Het proces leidt tot 20S-tussenproducten die 18S- en 32S-rRNA bevatten, die het 5,8S- en 28S-rRNA bevatten..

Post-transcriptionele modificaties

Nadat de ribosomale RNA's zijn ontstaan, ondergaan ze aanvullende modificaties. Deze omvatten methyleringen (toevoeging van een methylgroep) van ongeveer 100 nucleotiden per ribosoom in de 2'-OH-groep van het ribosoom. Bovendien vindt de isomerisatie van meer dan 100 uridinen in de pseudo-uridinevorm plaats.

structuur

Net als DNA bestaat RNA uit een stikstofbase gebonden door een covalente binding aan een fosfaatskelet.

De vier stikstofhoudende basen die hen vormen zijn adenine, cytosine, uracil en guanine. In tegenstelling tot DNA is RNA echter geen dubbelbandmolecuul, maar een eenvoudige band.

Net als transfer-RNA wordt ribosomaal RNA gekenmerkt door een tamelijk complexe secundaire structuur, met specifieke bindingsregio's die messenger-RNA en transfer-RNA's herkennen..

functies

De belangrijkste functie van ribosomaal RNA is om een ​​fysieke structuur te bieden die het mogelijk maakt om messenger RNA te nemen en het te decoderen in aminozuren, om eiwitten te vormen.

Eiwitten zijn biomoleculen met een breed scala aan functies - van zuurstoftransport, zoals hemoglobine, naar ondersteunende functies.

toepasselijkheid

Ribosomaal RNA wordt op grote schaal gebruikt, zowel op het gebied van moleculaire biologie en evolutie, als in de geneeskunde.

Als men de fylogenetische relaties meer problemen wil weten tussen twee groepen organismen - dat wil zeggen, hoe de organismen zich tot elkaar verhouden, in termen van verwantschap - worden de ribosomale RNA-genen meestal gebruikt als labels..

Ze zijn erg bruikbaar als moleculaire markers dankzij hun lage evolutionaire snelheden (dit type sequenties staan ​​bekend als "geconserveerde sequenties").

In feite is een van de beroemdste fylogenetische reconstructies op het gebied van biologie uitgevoerd door Carl Woese en medewerkers die 16S-ribosomale RNA-sequenties gebruikten. De resultaten van deze studie lieten de verdeling van levende organismen in drie domeinen toe: archaea, bacteriën en eukaryoten..

Aan de andere kant is ribosomaal RNA meestal het doelwit van veel antibiotica die op het gebied van de geneeskunde worden gebruikt om een ​​breed scala aan ziekten te genezen. Het is logisch om aan te nemen dat door het aanvallen van het eiwitproductiesysteem van een bacterie, dit onmiddellijk zal worden beïnvloed.

evolutie

Er wordt gespeculeerd dat ribosomen, zoals we die vandaag kennen, hun vorming begonnen in zeer afgelegen tijden, dicht bij de formatie van LUCA (met zijn initialen in Engels laatste universele gemeenschappelijke voorouder of laatste universele gemeenschappelijke voorouder).

In feite stelt een van de hypothesen met betrekking tot de oorsprong van het leven dat het leven afkomstig is van een RNA-molecuul - omdat het de noodzakelijke autokatalytische capaciteiten bezit om als een van de voorlopermoleculen van het leven te worden beschouwd.

De onderzoekers stellen voor dat de voorlopers van de huidige ribosomen niet zo selectief waren met de aminozuren, waarbij ze beide isomeren l en d accepteerden. Tegenwoordig is het algemeen bekend dat eiwitten uitsluitend worden gevormd door aminozuren.

Bovendien heeft ribosomaal RNA het vermogen om de peptidyltransferasereactie te katalyseren.Dit kenmerk van het dienen als een opslagplaats van nucleotiden, gekoppeld aan zijn katalytische vermogens, maakt het een sleutelelement in de evolutie van de eerste vormen op aarde..

referenties

1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biochemie. 5e editie. New York: W H Freeman. Rubriek 29.3, A Ribosome is een ribonucleoproteïne deeltje (70S) gemaakt van een kleine (30S) en een grote (50S) subeenheid. Beschikbaar bij: ncbi.nlm.nih.gov
2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Uitnodiging voor biologie. Ed. Panamericana Medical.
3. Fox, G. E. (2010). Oorsprong en evolutie van het ribosoom. Cold Spring Harbor perspectieven in de biologie, 2(9), a003483.
4. Hall, J. E. (2015). Guyton and Hall tekstboek van medische fysiologie e-Book. Elsevier Health Sciences.
5. Lewin, B. (1993). Genen. Deel 1. Reverte.
6. Lodish, H. (2005). Cellulaire en moleculaire biologie. Ed. Panamericana Medical.
7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribosoomstructuur en het mechanisme van vertaling. cel, 108(4), 557-572.
8. Tortora, G. J., Funke, B.R., & Case, C.L. (2007). Inleiding tot de microbiologie. Ed. Panamericana Medical.
9. Wilson, D. N., & Cate, J.H.D. (2012). De structuur en functie van het eukaryote ribosoom. Cold Spring Harbor perspectieven in de biologie, 4(5), a011536.