Funcția, structura și relația ribozomilor cu acizii nucleici



ribozomi ele sunt cele mai abundente organele celulare și sunt implicate în sinteza proteinelor. Ele nu sunt înconjurate de o membrană și sunt formate din două tipuri de subunități: unul mare și unul mic, de regulă subunitatea mare este aproape de două ori subunitatea mică.

Linia procariotică are ribozomi 70S compuși dintr-o subunitate mare 50S și o subunitate mică 30S. De asemenea, ribozomii liniei eucariote sunt compuși dintr-o subunitate mare 60S și o subunitate mică 40S.

Ribozomul este analog unei fabrici aflate în mișcare, capabilă să citească ARN mesager, să o traducă în aminoacizi și să le lege împreună prin legături peptidice.

Ribosomii sunt echivalenți cu aproape 10% din proteinele totale ale bacteriilor și mai mult de 80% din cantitatea totală de ARN. În cazul eucariotelor, ele nu sunt la fel de abundente în ceea ce privește alte proteine, dar numărul lor este mai mare.

În 1950, cercetătorul George Palade a vizualizat ribozomii pentru prima dată și această descoperire a fost distinsă cu Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină.

index

  • 1 Caracteristici generale
  • 2 Structura
  • 3 Tipuri
    • 3.1 Ribozomii în procariote
    • 3.2 Ribozomii din eucariote
    • 3.3 Ribosomii din Arqueas
    • 3.4 Coeficient de sedimentare
  • 4 Funcții
    • 4.1 Traducerea proteinelor
    • 4.2 Transferul ARN
    • 4.3 Etapele chimice ale sintezei proteinelor
    • 4.4 Ribozomi și antibiotice
  • 5 Sinteza ribozomilor
    • 5.1 Genele ARN-ului ribozomal
  • 6 Origine și evoluție
  • 7 Referințe

Caracteristici generale

Ribosomii sunt componente esențiale ale tuturor celulelor și sunt legate de sinteza proteinelor. Ele au dimensiuni foarte mici, astfel încât acestea pot fi vizualizate numai în lumina microscopului electronic.

Ribozomii sunt libere în citoplasmă celulei, ancorat la reticulul endoplasmatic aspră - ribozomi da ca „ridat“ aspect - și, în unele organite, cum ar fi mitocondriile și cloroplastele.

Ribosomii atașați la membrane sunt responsabili de sinteza proteinelor care vor fi inserate în membrana plasmatică sau trimise către exteriorul celular.

Ribozomii liberi, care nu sunt cuplați la nicio structură din citoplasmă, sintetizează proteine ​​al căror destinație este interiorul celulei. În cele din urmă, ribozomii mitocondriilor sintetizează proteinele mitocondriale.

In mod similar, mai multe ribozomi pot lega și forma „poliribozomilor“ care formează un lanț cuplat la un ARN mesager, sintetizare aceeași proteină, de mai multe ori și în mod simultan

Toate sunt compuse din două subunități: una numită mare sau mai mare și una mai mică sau mai mică.

Unii autori consideră că ribozomii sunt organele non-membranoase, deoarece acestea nu au aceste structuri lipidice, deși alți cercetători nu le consideră organele înșiși.

structură

Ribozomii sunt structuri de celule mici (de la 29-32 nm, în funcție de grupa de organism), rotunjit și dens, compusă din molecule de ARN si proteine ​​ribozomale, care sunt asociate unele cu altele.

Cele mai studiate ribozomi sunt cele de eubacterie, arhaea și eucariote. În primul rând, ribozomii sunt mai simpli și mai mici. Ribozomii eucariote, pe de altă parte, sunt mai complexe și mai mari. În arhaea, ribozomii sunt mai asemănătoare cu cele două grupuri în anumite aspecte.

Ribozomii vertebratelor și angiospermelor (plantele cu flori) sunt deosebit de complexe.

Fiecare subunitate ribozomală constă în principal din ARN ribozomal și o mare varietate de proteine. Subunitatea mare poate fi formată din molecule de ARN mici, în plus față de ARN-ul ribozomal.

Proteinele sunt cuplate la ARN ribozomal în regiuni specifice, în urma unei comenzi. În cadrul ribozomilor, mai multe locații active pot fi diferențiate, cum ar fi zonele catalitice.

ARN-ul ribozomal este crucial pentru celula si acest lucru poate fi văzut în secvență, care a fost practic neschimbată pe parcursul evoluției, reflectând presiunile selective ridicate împotriva oricărei schimbări.

tip

Ribozomii în prokaryotes

Bacteriile, cum ar fi E. coli, au mai mult de 15.000 de ribozomi (în proporții, acest lucru este echivalent cu aproape un sfert din greutatea uscată a celulei bacteriene).

Ribozomii in bacterii au un diametru de aproximativ 18 nm și constau din 65% ARN ribozomal și numai 35% din proteine ​​de diferite dimensiuni, de la 6.000 până la 75.000 kDa.

Subunitatea mare se numește 50S și mica 30S, care se combină pentru a forma o structură 70S cu o masă moleculară de 2,5 × 106 kDa.

Subunitatea 30S este alungită și nu simetrică, în timp ce 50S este mai groasă și mai scurtă.

Subunitatea mică din E. coli Acesta este compus din 16S ARN ribozomal (1542 de baze) și 21 de proteine ​​si ARN mare subunitate ribozomale 23S sunt (2904 baze), 5S (1542 baze) și 31 de proteine. Proteinele care le compun sunt de bază și numărul variază în funcție de structură.

Moleculele ARN ribozomale, împreună cu proteinele, sunt grupate într-o structură secundară similară celorlalte tipuri de ARN.

Ribozomii din eucariote

Ribosomii din eucariote (80S) sunt mai mari, cu un conținut ridicat de ARN și proteine. ARN-urile sunt mai lungi și se numesc 18S și 28S. Ca și în prokaryotes, compoziția ribozomilor este dominată de ARN ribozomal.

În aceste organisme, ribozomul are o masă moleculară de 4,2 x 106 kDa și se împarte în subunitatea 40S și 60S.

Subunitatea 40S conține o singură moleculă ARN, 18S (1874 baze) și aproximativ 33 de proteine. În mod similar, subunitatea 60S conține 288 (4718 baze), 5,8S (160 baze) și 5S (120 baze) ARN-uri. În plus, este compus din proteine ​​de bază și proteine ​​acide.

Ribozoamele din Arqueas

Archaea este un grup de organisme microscopice care seamănă cu bacteriile, dar ele diferă în atât de multe caracteristici care constituie un domeniu separat. Ei trăiesc în medii diverse și sunt capabili să colonizeze medii extreme.

Tipurile de ribozomi găsite în arhaea sunt asemănătoare cu ribozomii de organisme eucariote, deși prezintă și anumite caracteristici ale ribozomilor bacterieni.

Are trei tipuri de molecule ARN ribozomale: 16S, 23S și 5S, cuplate la 50 sau 70 de proteine, în funcție de specia de studiu. În ceea ce privește mărimea, ribozomii arhaide sunt mai apropiați de cele bacteriene (70S cu două subunități 30S și 50S), dar din punctul de vedere al structurii lor primare sunt mai aproape de eucariote.

Deoarece arhaii tind să locuiască în medii cu temperaturi ridicate și concentrații mari de sare, ribozomii lor sunt foarte rezistenți.

Coeficient de sedimentare

S sau Svedbergs, se referă la coeficientul de sedimentare a particulei. Exprimă relația dintre viteza constantă de sedimentare între accelerația aplicată. Această măsură are dimensiuni de timp.

Rețineți că Svedbergs nu sunt aditivi, deoarece iau în considerare masa și forma particulei. Din acest motiv, în bacterii, ribozomul compus din subunități 50S și 30S nu adaugă 80S, de asemenea, subunitățile 40S și 60S nu formează un ribozom 90S.

funcții

Ribozomii sunt responsabili pentru medierea procesului de sinteză a proteinelor în celulele tuturor organismelor, fiind un echipament biologic universal.

Ribozomii - împreună cu ARN-ul de transfer și ARN-ul mesagerului - reușesc să decodeze mesajul ADN și să-l interpreteze într-o secvență de aminoacizi care formează toate proteinele unui organism, într-un proces numit traducere.

În lumina biologiei, traducerea cuvântului se referă la schimbarea "limbajului" de la tripleți de nucleotide la aminoacizi.

Aceste structuri sunt partea centrală a traducerii, unde se produc cele mai multe reacții, cum ar fi formarea legăturilor peptidice și eliberarea noii proteine.

Traducerea proteinelor

Procesul de formare a proteinelor începe cu legarea între un ARN mesager și un ribozom. Mesagerul se mișcă prin această structură la un capăt specific numit "codon de start al lanțului".

Pe măsură ce ARN-ul mesagerului trece prin ribozom, se formează o moleculă de proteine, deoarece ribozomul este capabil să interpreteze mesajul codificat în mesager.

Acest mesaj este codificat în tripleți de nucleotide, în care fiecare trei baze indică un anumit aminoacid. De exemplu, dacă ARN mesager poartă secvența: AUG AUU CUU UUG GCU, peptida formată constă din aminoacizii: metionina, izoleucina, leucina, leucina și alanina.

Acest exemplu demonstrează "degenerarea" codului genetic, deoarece mai mult de un codon - în acest caz CUU și UUG - codifică același tip de aminoacid. Când ribozomul detectează un codon stop în ARN-ul mesager, traducerea se termină.

Ribozomul are un situs A și un situs P. Punctul P deține ARN-peptidil și în situsul A intra în aminoacil-tARN.

Transferați ARN

RNA-urile de transfer sunt responsabile pentru transportul aminoacizilor la ribozom și au secvența complementară tripletului. Există un transfer de ARN pentru fiecare dintre cei 20 de aminoacizi care alcătuiesc proteinele.

Etapele chimice ale sintezei proteinelor

Procesul începe cu activarea fiecărui aminoacid cu legarea ATP într-un complex de monofosfat de adenozină, care eliberează fosfați de energie înaltă.

Pasul de mai sus are ca rezultat un aminoacid cu exces de energie și are loc legarea cu ARN-ul său de transfer, pentru a forma un complex de aminoacid-tRNA. Aici apare eliberarea adenozin monofosfatului.

În ribozom, ARN-ul de transfer găsește ARN mesager. În această etapă, secvența ARN-ului de transfer sau anticodon hibridizează cu codonul sau tripletul ARN mesager. Aceasta conduce la alinierea aminoacidului cu secvența corespunzătoare.

Enzima peptidil transferazei este responsabilă pentru catalizarea formării legăturilor peptidice care leagă aminoacizii. Acest proces consumă cantități mari de energie, deoarece necesită formarea a patru legături de înaltă energie pentru fiecare aminoacid care se leagă de lanț.

Reacția îndepărtează un radical hidroxil la capătul COOH al aminoacidului și îndepărtează un hidrogen la capătul NH2 din celălalt aminoacid. Regiunile reactive ale celor doi aminoacizi se leagă și creează legătura peptidică.

Ribozomi și antibiotice

Deoarece sinteza proteinelor este un eveniment indispensabil pentru bacterii, anumite antibiotice vizează ribozomii și diferite etape ale procesului de translație.

De exemplu, streptomicina se leagă de subunitatea mică pentru a interfera cu procesul de translație, cauzând erori în citirea ARN mesager.

Alte antibiotice, cum ar fi neomicinele și gentamicinele, pot provoca, de asemenea, erori de translație, care se cuplează cu subunitatea mică.

Sinteza ribozomilor

Toate mașinile celulare necesare pentru sinteza ribozomilor se găsesc în nucleul, o regiune densă a nucleului care nu este înconjurată de structuri membranoase.

Nucleul este o structură variabilă în funcție de tipul celulei: este mare și vizibilă în celulele cu cerințe ridicate de proteine ​​și este o zonă aproape imperceptibilă în celule care sintetizează o cantitate mică de proteine.

Prelucrarea ARN-ului ribozomal are loc în această zonă, unde este cuplată cu proteine ​​ribozomale și dă naștere unor produse de condensare granulare, care sunt subunitățile imature care au format ribozomii funcționali.

Subunitățile sunt transportate în afara nucleului - prin porii nucleari - către citoplasmă, unde sunt asamblate în ribozomi maturi care pot începe sinteza proteinelor.

RNA genele ribozomale

La om, genele care codifică ARN-urile ribozomale se găsesc în cinci perechi de cromozomi specifici: 13, 14, 15, 21 și 22. Deoarece celulele necesită cantități mari de ribozomi, genele se repetă de mai multe ori în aceste cromozomi .

Genele nucleolus codifică RNAs ribozomale 5.8S, 18S și 28S și sunt transcrise de ARN polimerază într-un transcript de precursor al lui 45S. ARN-ul ribozomal 5S nu este sintetizat în nucleol.

Origine și evoluție

Ribozomii moderni trebuie să fi apărut în timpul LUCA, ultimul strămoș comun universal (al abrevierilor în limba engleză ultimul strămoș comun universal), probabil în lumea ipotetică a ARN-ului. Se propune ca ARN-urile de transfer să fie fundamentale pentru evoluția ribozomilor.

Această structură ar putea apărea ca un complex cu funcții de auto-replicare care ulterior au dobândit funcții pentru sinteza aminoacizilor. Una dintre cele mai remarcabile caracteristici ale ARN-ului este abilitatea de a-și cataliza propria replicare.

referințe

  1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biochimie. Ediția a 5-a. New York: W H Freeman. Secțiunea 29.3, Un ribozom este o particulă de ribonucleoproteină (70S), realizată dintr-o subunitate mică (30S) și mare (50S). Disponibil la: ncbi.nlm.nih.gov
  2. Curtis, H., și Schnek, A. (2006). Invitație la biologie. Ed. Panamericana Medical.
  3. Fox, G.E. (2010). Originea și evoluția ribozomului. Perspective Cold Spring Harbor în biologie, 2(9), a003483.
  4. Hall, J. E. (2015). Guyton și Hall manualul de fiziologie medicală e-Book. Elsevier Health Sciences.
  5. Lewin, B. (1993). Genele. Volumul 1 Reverte.
  6. Lodish, H. (2005). Biologie celulară și moleculară. Ed. Panamericana Medical.
  7. Ramakrishnan, V. (2002). Structura ribozomului și mecanismul de traducere. celulă, 108(4), 557-572.
  8. Tortora, G.J., Funke, B. R., & Case, C. L. (2007). Introducere în microbiologie. Ed. Panamericana Medical.
  9. Wilson, D. N. și Cate, J. H. D. (2012). Structura și funcția ribozomului eucariot. Perspective Cold Spring Harbor în biologie, 4(5), a011536.