Ribosomes karakteristieken, types, structuur, functies



de ribosomen ze zijn de meest voorkomende cellulaire organellen en zijn betrokken bij de synthese van eiwitten. Ze zijn niet omringd door een membraan en worden gevormd door twee soorten subeenheden: een grote en een kleine, in de regel is de grote subeenheid bijna twee keer zo klein.

De prokaryote lijn heeft 70S-ribosomen die zijn samengesteld uit een grote 50S-subeenheid en een kleine 30S. Evenzo zijn de ribosomen van de eukaryote lijn samengesteld uit een grote 60S-subeenheid en een kleine 40S-subeenheid..

Het ribosoom is analoog aan een fabriek in beweging, in staat om het boodschapper-RNA te lezen, het om te zetten in aminozuren en ze te binden door peptidebindingen.

Ribosomen zijn equivalent aan bijna 10% van de totale eiwitten van een bacterie en meer dan 80% van de totale RNA-hoeveelheid. In het geval van eukaryoten zijn ze niet zo overvloedig met betrekking tot andere eiwitten, maar hun aantal is groter.

In 1950 visualiseerde onderzoeker George Palade voor de eerste keer ribosomen en deze ontdekking werd bekroond met de Nobelprijs voor de fysiologie of geneeskunde.

index

  • 1 Algemene kenmerken
  • 2 Structuur
  • 3 soorten
    • 3.1 Ribosomen in prokaryoten
    • 3.2 Ribosomen in Eukaryoten
    • 3.3 Ribosomen in Arqueas
    • 3.4 Sedimentatiecoëfficiënt
  • 4 functies
    • 4.1 Vertaling van eiwitten
    • 4.2 Transfer RNA
    • 4.3 Chemische stappen van eiwitsynthese
    • 4.4 Ribosomen en antibiotica
  • 5 Synthese van ribosomen
    • 5.1 Ribosomale RNA-genen
  • 6 Oorsprong en evolutie
  • 7 Referenties

Algemene kenmerken

Ribosomen zijn essentiële componenten van alle cellen en zijn gerelateerd aan eiwitsynthese. Ze zijn erg klein van formaat, zodat ze alleen kunnen worden gevisualiseerd in het licht van de elektronenmicroscoop.

Ribosomen zijn vrij in het cytoplasma van de cel, verankerd aan het ruwe endoplasmatisch reticulum - ribosomen geven dat "gerimpelde" uiterlijk - en in sommige organellen, zoals mitochondriën en chloroplasten.

Ribosomen die aan membranen zijn bevestigd, zijn verantwoordelijk voor de synthese van eiwitten die in het plasmamembraan worden ingebracht of naar de buitenzijde van de cel worden gestuurd.

De vrije ribosomen, die niet zijn gekoppeld aan een structuur in het cytoplasma, synthetiseren eiwitten waarvan de bestemming het inwendige van de cel is. Ten slotte synthetiseren de ribosomen van mitochondriën eiwitten voor mitochondriaal gebruik.

Op dezelfde manier kunnen verschillende ribosomen samenkomen en de "polyribosomen" vormen, een keten vormen die gekoppeld is aan een boodschapper-RNA en hetzelfde eiwit synthetiseert, meerdere keren en tegelijkertijd

Ze zijn allemaal samengesteld uit twee subeenheden: de ene wordt groot of groter genoemd en de andere is klein of kleiner.

Sommige auteurs beschouwen ribosomen als niet-vliezige organellen, omdat ze deze lipidestructuren missen, hoewel andere onderzoekers ze zelf niet als organellen beschouwen..

structuur

Ribosomen zijn kleine cellulaire structuren (van 29 tot 32 nm, afhankelijk van de groep organismen), afgerond en dicht, samengesteld uit ribosomale RNA- en eiwitmoleculen, die met elkaar verbonden zijn.

De meest bestudeerde ribosomen zijn die van eubacteria, archaea en eukaryoten. In de eerste lijn zijn de ribosomen eenvoudiger en kleiner. De eukaryote ribosomen daarentegen zijn complexer en groter. In archaea lijken ribosomen in sommige opzichten meer op beide groepen.

De ribosomen van gewervelde dieren en angiospermen (bloeiende planten) zijn bijzonder complex.

Elke ribosomale subeenheid bestaat hoofdzakelijk uit ribosomaal RNA en een grote verscheidenheid aan eiwitten. De grote subeenheid kan bestaan ​​uit kleine RNA-moleculen, naast ribosomaal RNA.

De eiwitten zijn gekoppeld aan het ribosomale RNA in specifieke regio's, volgens een volgorde. Binnen de ribosomen kunnen verschillende actieve plaatsen worden onderscheiden, zoals katalytische zones.

Ribosomaal RNA is van cruciaal belang voor de cel en dit is te zien in zijn volgorde, die vrijwel onveranderd is gebleven tijdens de evolutie, als gevolg van de hoge selectieve druk tegen elke verandering.

type

Ribosomen in Prokaryoten

De bacteriën, zoals E. coli, hebben meer dan 15.000 ribosomen (in verhoudingen is dit gelijk aan bijna een kwart van het droge gewicht van de bacteriële cel).

Ribosomen in bacteriën hebben een diameter van ongeveer 18 nm en zijn samengesteld uit 65% ribosomaal RNA en slechts 35% van eiwitten van verschillende groottes, tussen 6.000 en 75.000 kDa.

De grote subeenheid wordt 50S en de kleine 30S genoemd, die samen een 70S-structuur met een molecuulmassa van 2,5 x 10 vormen.6 kDa.

De 30S-subeenheid is langwerpig en niet symmetrisch, terwijl de 50S dikker en korter is.

De kleine subeenheid van E. coli het is samengesteld uit 16S ribosomaal RNA (1542 basen) en 21 proteïnen en in de grote subeenheid zijn 23S ribosomaal RNA (2904 basen), 5S (1542 basen) en 31 proteïnen. De eiwitten waaruit ze bestaan, zijn basaal en het aantal varieert afhankelijk van de structuur.

De ribosomale RNA-moleculen, samen met de eiwitten, zijn gegroepeerd in een secundaire structuur vergelijkbaar met de andere soorten RNA.

Ribosomen in Eukaryoten

Ribosomen in eukaryoten (80S) zijn groter, met een hoger RNA- en eiwitgehalte. De RNA's zijn langer en worden 18S en 28S genoemd. Zoals in prokaryoten wordt de samenstelling van ribosomen gedomineerd door ribosomaal RNA.

In deze organismen heeft het ribosoom een ​​molecuulmassa van 4,2 x 106 kDa en het is onderverdeeld in de 40S- en 60S-subeenheid.

De 40S-subeenheid bevat een enkel RNA-molecuul, 18S (1874 basen) en ongeveer 33 eiwitten. Evenzo bevat de 60S-subeenheid het 28S-RNA (4718 basen), 5,8S (160 basen) en 5S (120 basen). Bovendien bestaat het uit basische eiwitten en zure eiwitten.

Ribosomen in Arqueas

Archaea zijn een groep microscopische organismen die op bacteriën lijken, maar ze verschillen in zoveel kenmerken die een afzonderlijk domein vormen. Ze leven in verschillende omgevingen en kunnen extreme omgevingen koloniseren.

De soorten ribosomen die worden gevonden in archaea zijn vergelijkbaar met de ribosomen van eukaryote organismen, hoewel ze ook bepaalde kenmerken van bacteriële ribosomen hebben.

Het heeft drie soorten ribosomale RNA-moleculen: 16S, 23S en 5S, gekoppeld aan 50 of 70 eiwitten, afhankelijk van de soort van onderzoek. Wat de grootte betreft, zijn de ribosomen van archaea dichter bij de bacteriële (70S met twee subeenheden 30S en 50S) maar qua primaire structuur zijn ze dichter bij de eukaryoten.

Omdat de archaea meestal in omgevingen met hoge temperaturen en hoge zoutconcentraties wonen, zijn hun ribosomen zeer resistent.

Sedimentatiecoëfficiënt

De S of Svedbergs, verwijst naar de sedimentatiecoëfficiënt van het deeltje. Brengt de relatie tot uitdrukking tussen de constante sedimentatiesnelheid tussen de toegepaste versnelling. Deze maat heeft tijddimensies.

Merk op dat Svedbergs geen additieven zijn, omdat ze rekening houden met de massa en de vorm van het deeltje. Om deze reden voegt in bacteriën het ribosoom dat is samengesteld uit 50S- en 30S-subeenheden geen 80S toe, ook de 40S- en 60S-subeenheden vormen geen 90S-ribosoom.

functies

De ribosomen zijn verantwoordelijk voor het mediëren van het proces van eiwitsynthese in de cellen van alle organismen, zijnde een universele biologische machine.

De ribosomen - samen met het transfer-RNA en het boodschapper-RNA - weten de DNA-boodschap te decoderen en te interpreteren in een reeks aminozuren die alle eiwitten van een organisme vormen, in een proces dat vertaling wordt genoemd.

In het licht van de biologie verwijst het woord vertaling naar de verandering van "taal" van nucleotide-tripletten in aminozuren.

Deze structuren vormen het centrale deel van translatie, waar de meeste reacties optreden, zoals de vorming van peptidebindingen en de afgifte van het nieuwe eiwit.

Vertaling van eiwitten

Het proces van eiwitvorming begint met de binding tussen een boodschapper-RNA en een ribosoom. De boodschapper verplaatst zich door deze structuur aan een specifiek uiteinde genaamd "chain start codon".

Terwijl het boodschapper-RNA door het ribosoom gaat, wordt een eiwitmolecuul gevormd, omdat het ribosoom in staat is om het in de boodschapper gecodeerde bericht te interpreteren.

Dit bericht wordt gecodeerd in tripletten van nucleotiden, waarbij elke drie basen een bepaald aminozuur aangeven. Als het messenger-RNA bijvoorbeeld de sequentie draagt: AUG AUU CUU UUG GCU, bestaat het gevormde peptide uit de aminozuren: methionine, isoleucine, leucine, leucine en alanine.

Dit voorbeeld demonstreert de "degeneratie" van de genetische code, aangezien meer dan één codon - in dit geval CUU en UUG - codeert voor hetzelfde type aminozuur. Wanneer het ribosoom een ​​stopcodon in het boodschapper-RNA detecteert, eindigt de translatie.

Het ribosoom heeft een A-plaats en een P-plaats. De P-plaats bindt het peptidyl-tRNA en op de A-plaats komt het het aminoacyl-tRNA binnen..

RNA overbrengen

De overdracht-RNA's zijn verantwoordelijk voor het transporteren van de aminozuren naar het ribosoom en hebben de sequentie die complementair is aan het triplet. Er is een transfer-RNA voor elk van de 20 aminozuren waaruit de eiwitten bestaan.

Chemische stappen van eiwitsynthese

Het proces begint met de activering van elk aminozuur met ATP-binding in een complex van adenosine monofosfaat, het vrijgeven van hoge energie fosfaten.

De vorige stap resulteert in een aminozuur met een overmaat aan energie en binding vindt plaats met zijn respectieve overdrachts-RNA, om een ​​aminozuur-tRNA-complex te vormen. Adenosine monofosfaatafgifte vindt hier plaats.

In het ribosoom vindt het transfer-RNA het boodschapper-RNA. In deze stap hybridiseert de sequentie van het transfer- of anticodon-RNA met het codon of triplet van het boodschapper-RNA. Dit leidt tot de uitlijning van het aminozuur met de juiste sequentie.

Het enzym peptidyltransferase is verantwoordelijk voor het katalyseren van de vorming van peptidebindingen die aan aminozuren binden. Dit proces verbruikt grote hoeveelheden energie, omdat het de vorming vereist van vier hoogenergetische bindingen voor elk aminozuur dat aan de keten bindt.

De reactie verwijdert een hydroxylradicaal aan het COOH-uiteinde van het aminozuur en verwijdert een waterstof aan het NH-uiteinde2 van het andere aminozuur. De reactieve gebieden van de twee aminozuren binden en vormen de peptidebinding.

Ribosomen en antibiotica

Omdat eiwitsynthese een onmisbare gebeurtenis is voor bacteriën, richten bepaalde antibiotica zich op ribosomen en verschillende stadia van het vertaalproces.

Streptomycine bindt bijvoorbeeld aan de kleine subeenheid om het translatieproces te verstoren, waardoor fouten ontstaan ​​bij het lezen van messenger RNA.

Andere antibiotica zoals neomycinen en gentamicines kunnen ook translatiefouten veroorzaken, koppeling aan de kleine subeenheid.

Synthese van ribosomen

Alle cellulaire machinerie die nodig is voor de synthese van ribosomen wordt gevonden in de nucleolus, een dicht gebied van de kern dat niet is omgeven door vliezige structuren.

De nucleolus is een variabele structuur afhankelijk van het celtype: het is groot en opvallend in cellen met hoge eiwitbehoeften en is een bijna onmerkbaar gebied in cellen die een kleine hoeveelheid eiwitten synthetiseren.

De verwerking van ribosomaal RNA vindt plaats in dit gebied, waar het wordt gekoppeld aan ribosomale eiwitten en aanleiding geeft tot granulaire condensatieproducten, die de onvolgroeide subeenheden zijn die de functionele ribosomen vormden.

De subeenheden worden getransporteerd buiten de kern - door de nucleaire poriën - naar het cytoplasma, waar ze worden samengevoegd tot rijpe ribosomen die de eiwitsynthese kunnen beginnen.

Genen van ribosomaal RNA

Bij mensen worden de genen die coderen voor ribosomale RNA's gevonden in vijf paren specifieke chromosomen: 13, 14, 15, 21 en 22. Omdat cellen grote hoeveelheden ribosomen nodig hebben, worden genen meerdere keren herhaald in deze chromosomen.

De nucleolus-genen coderen voor ribosomale RNA's 5.8S, 18S en 28S en worden getranscribeerd door RNA-polymerase in een precursor-transcript van 45S. 5S ribosomaal RNA wordt niet gesynthetiseerd in de nucleolus.

Oorsprong en evolutie

Moderne ribosomen moeten zijn verschenen in de tijd van LUCA, de laatste universele gemeenschappelijke voorouder (van de afkortingen in het Engels) laatste universele gemeenschappelijke voorouder), waarschijnlijk in de hypothetische wereld van RNA. Er wordt voorgesteld dat transfer-RNA's fundamenteel waren voor de evolutie van ribosomen.

Deze structuur kan ontstaan ​​als een complex met zelfreplicerende functies die vervolgens functies hebben verworven voor de synthese van aminozuren. Een van de meest opvallende kenmerken van RNA is het vermogen om zijn eigen replicatie te katalyseren.

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.