RIBOZOMLAR: ÖZELLIKLERI, TÜRLERI, YAPILARI, IŞLEVLERI - BIYOLOJI - 2024

Ribozomlar en bol hücre organelleri ve protein sentezinde yer alırlar. Bir zarla çevrili değildirler ve iki tür alt birimden oluşurlar: bir büyük ve bir küçük, genel bir kural olarak, büyük alt birim, neredeyse iki kat küçüktür.

Prokaryotik soy, büyük bir 50S ve küçük bir 30S alt biriminden oluşan 70S ribozomlarına sahiptir. Benzer şekilde, ökaryotik soyun ribozomları büyük bir 60S ve küçük bir 40S alt biriminden oluşur.

Ribozom, haberci RNA'yı okuyabilen, onu amino asitlere çevirebilen ve bunları peptit bağlarıyla birbirine bağlayabilen hareketli bir fabrikaya benzer.

Ribozomlar, bir bakterinin toplam proteinlerinin neredeyse% 10'una ve toplam RNA miktarının% 80'inden fazlasına eşdeğerdir. Ökaryotlar söz konusu olduğunda, diğer proteinlere göre çok fazla değildirler ancak sayıları daha yüksektir.

1950'de araştırmacı George Palade ribozomları ilk kez görselleştirdi ve bu keşif, fizyoloji veya tıp alanında Nobel Ödülü'ne layık görüldü.

Genel özellikleri

Ribozomlar, tüm hücrelerin temel bileşenleridir ve protein sentezi ile ilgilidir. Boyutları çok küçüktür, bu nedenle yalnızca elektron mikroskobu ışığı altında görselleştirilebilirler.

Ribozomlar, hücrenin sitoplazmasında, kaba endoplazmik retikuluma sabitlenmiş olarak bulunur - ribozomlar ona "buruşuk" görünüm verir - ve mitokondri ve kloroplastlar gibi bazı organellerde.

Membran bağlı ribozomlar, plazma membranına eklenecek veya hücrenin dışına gönderilecek proteinlerin sentezinden sorumludur.

Sitoplazmadaki herhangi bir yapıya bağlı olmayan serbest ribozomlar, hedefi hücre içinde olan proteinleri sentezler. Son olarak, mitokondrinin ribozomları, mitokondriyal kullanım için proteinleri sentezler.

Aynı şekilde, birkaç ribozom, bir haberci RNA'ya bağlı bir zincir oluşturarak, aynı proteini birden çok kez ve aynı anda sentezleyerek "poliribozomları" birleştirip oluşturabilir.

Hepsi iki alt birimden oluşur: biri büyük veya daha büyük, diğeri küçük veya daha küçük.

Bazı yazarlar, ribozomları, bu lipid yapılardan yoksun oldukları için, diğer araştırmacılar onları organel olarak kabul etmedikleri için, zar olmayan organeller olarak kabul ederler.

yapı

Ribozomlar, birbirleriyle ilişkili ribozomal RNA ve protein moleküllerinden oluşan yuvarlak ve yoğun küçük hücresel yapılardır (organizma grubuna bağlı olarak 29 ila 32 nm arası).

En çok çalışılan ribozomlar öbakteriler, arkealar ve ökaryotlardandır. İlk soyda ribozomlar daha basit ve daha küçüktür. Ökaryotik ribozomlar ise daha karmaşık ve daha büyüktür. Arkelerde ribozomlar, belirli açılardan her iki gruba daha benzerdir.

Omurgalılar ve kapalı tohumlu ribozomlar (çiçekli bitkiler) özellikle karmaşıktır.

Her bir ribozomal alt birim, esas olarak ribozomal RNA ve çok çeşitli proteinlerden oluşur. Büyük alt birim, ribozomal RNA'ya ek olarak küçük RNA moleküllerinden oluşabilir.

Proteinler, belirli bölgelerde ribozomal RNA'ya bir sırayla bağlanır. Ribozomlar içinde, katalitik bölgeler gibi birkaç aktif bölge ayırt edilebilir.

Ribozomal RNA, hücre için çok önemlidir ve bu, evrim sırasında neredeyse hiç değişmemiş olan ve herhangi bir değişikliğe karşı yüksek seçici baskıyı yansıtan dizisinde görülebilir.

Ribozom fonksiyonları

Ribozomlar, evrensel bir biyolojik makine olan tüm organizmaların hücrelerinde protein sentezi sürecine aracılık etmekten sorumludur.

Ribozomlar - transfer RNA ve haberci RNA ile birlikte - DNA mesajının kodunu çözmeyi başarır ve bunu, çeviri adı verilen bir işlemle bir organizmadaki tüm proteinleri oluşturacak bir amino asit dizisine yorumlamayı başarır.

Biyolojinin ışığında, kelime çevirisi, nükleotid üçlülerinden amino asitlere "dil" değişimini ifade eder.

Bu yapılar, peptit bağlarının oluşumu ve yeni proteinin salınması gibi reaksiyonların çoğunun meydana geldiği translasyonun merkezi kısmıdır.

Protein çevirisi

Protein oluşumu süreci, haberci RNA ve ribozom arasındaki birleşmeyle başlar. Haberci, "zincir başlatıcı kodonu" adı verilen belirli bir uçta bu yapının içinden geçer.

Haberci RNA ribozomdan geçerken, bir protein molekülü oluşur, çünkü ribozom, haberci içinde kodlanan mesajı yorumlayabilir.

Bu mesaj, her üç baz belirli bir amino asidi ifade edecek şekilde nükleotid üçlülerinde kodlanır. Örneğin, mesajcı RNA AUG AUU CUU UUG GCU dizisini taşıyorsa, oluşan peptid şu amino asitlerden oluşacaktır: metiyonin, izolösin, lösin, lösin ve alanin.

Birden fazla kodon - bu durumda CUU ve UUG - aynı tip amino asidi kodladığından, bu örnek genetik kodun "dejenereliğini" göstermektedir. Ribozom, haberci RNA'da bir durdurma kodonu tespit ettiğinde, translasyon sona erer.

Ribozomun bir A bölgesi ve bir P bölgesi vardır P bölgesi, peptidil-tRNA'yı tutar ve aminoasil-tRNA, A bölgesine girer.

Transfer RNA

Transfer RNA'lar, amino asitlerin ribozoma taşınmasından sorumludur ve üçlü için tamamlayıcı diziye sahiptir. Proteinleri oluşturan 20 amino asidin her biri için bir transfer RNA vardır.

Protein sentezinin kimyasal adımları

Süreç, her bir amino asidin ATP'nin bir adenozin monofosfat kompleksi içinde bağlanmasıyla başlar ve yüksek enerjili fosfatlar açığa çıkarır.

Önceki adım, aşırı enerjili bir amino asitle sonuçlanır ve bir amino asit-tRNA kompleksi oluşturmak için ilgili transfer RNA'sı ile bağlanma gerçekleşir. Burada adenozin monofosfat salımı meydana gelir.

Ribozomda transfer RNA, haberci RNA ile buluşur. Bu aşamada, transfer veya antikodon RNA dizisi, haberci RNA'nın kodonu veya üçlüsü ile melezlenir. Bu, amino asidin uygun sekansıyla hizalanmasına yol açar.

Enzim peptidil transferaz, amino asitleri bağlayan peptid bağlarının oluşumunu katalize etmekten sorumludur. Bu işlem, zincire bağlı her bir amino asit için dört yüksek enerjili bağ oluşumunu gerektirdiğinden büyük miktarda enerji tüketir.

Reaksiyon amino asidin COOH ucunda bir hidroksil radikalidir kaldırır NH bir hidrojen kaldırır ₂ ucuna başka amino asit. İki amino asidin reaktif bölgeleri bir araya gelerek peptit bağını oluşturur.

Ribozomlar ve antibiyotikler

Protein sentezi bakteriler için önemli bir olay olduğundan, bazı antibiyotikler ribozomları ve translasyon sürecinin farklı aşamalarını hedefler.

Örneğin, streptomisin küçük alt birime bağlanarak çeviri sürecine müdahale ederek haberci RNA'nın okunmasında hatalara neden olur.

Neomisin ve gentamisin gibi diğer antibiyotikler de küçük alt birime bağlanarak translasyonda hatalara neden olabilir.

Ribozom türleri

Prokaryotlarda ribozomlar

E. coli gibi bakteriler de 15.000'den fazla ribozoma sahiptir (oranlarda bakteri hücresinin kuru ağırlığının neredeyse dörtte birine eşittir).

Bakterilerdeki ribozomlar yaklaşık 18 nm çapa sahiptir ve% 65 ribozomal RNA ve 6,000 ile 75,000 kDa arasında çeşitli boyutlarda yalnızca% 35 proteinden oluşur.

Büyük alt birim 50S denir ve kombine küçük 30S, 2.5 x 10 bir moleküler kütleye sahip bir 70S yapı oluşturmak üzere ⁶ kDa.

30S alt birimi şekil olarak uzatılmıştır ve simetrik değildir, 50S ise daha kalın ve kısadır.

E. coli'nin küçük alt birimi 16S ribozomal RNA (1542 baz) ve 21 proteinden oluşur ve büyük alt birim 23S ribozomal RNA (2904 baz), 5S (1542 baz) ve 31 protein içerir. Bunları oluşturan proteinler temeldir ve sayıları yapıya göre değişir.

Ribozomal RNA molekülleri, proteinlerle birlikte, diğer RNA türlerine benzer ikincil bir yapıda birlikte gruplanır.

Ökaryotlarda ribozomlar

Ökaryotlardaki (80S) ribozomlar, daha yüksek RNA ve protein içeriğiyle daha büyüktür. RNA'lar daha uzundur ve 18S ve 28S olarak adlandırılır. Prokaryotlarda olduğu gibi, ribozomların bileşimine ribozomal RNA hakimdir.

Bu organizmalarda, ribozom 4.2 x 10 bir moleküler kütleye sahip ⁶ kDa ve 40S ve 60S alt birim olarak ayrıştırılır.

40S alt birimi, tek bir RNA molekülü, 18S (1874 baz) ve yaklaşık 33 protein içerir. Benzer şekilde, 60S alt birimi, RNA'lar 28S (4718 baz), 5.8S (160 baz) ve 5S (120 baz) içerir. Ayrıca bazik proteinlerden ve asidik proteinlerden oluşur.

Arkelerde ribozomlar

Archaea, bakterilere benzeyen, ancak pek çok özellikte ayrı bir alan oluşturacak kadar farklılık gösteren bir grup mikroskobik organizmadır. Farklı ortamlarda yaşarlar ve aşırı ortamları kolonileştirebilirler.

Arkelerde bulunan ribozom türleri, ökaryotik organizmaların ribozomlarına benzer, ancak bunlar aynı zamanda bakteriyel ribozomların belirli özelliklerine sahiptir.

Üç tür ribozomal RNA molekülüne sahiptir: 16S, 23S ve 5S, çalışmanın türüne bağlı olarak 50 veya 70 proteine ​​bağlanmıştır. Arkea ribozomları boyut olarak bakteri olanlara daha yakındır (30S ve 50S iki alt birimi ile 70S), ancak birincil yapıları bakımından ökaryotlara daha yakındırlar.

Archaea, yüksek sıcaklıklara ve yüksek tuz konsantrasyonlarına sahip ortamlarda yaşama eğiliminde olduğundan, ribozomları oldukça dirençlidir.

Sedimantasyon katsayısı

S veya Svedbergs, parçacığın sedimantasyon katsayısını ifade eder. Sabit sedimantasyon hızı ile uygulanan ivme arasındaki ilişkiyi ifade eder. Bu ölçü, zaman boyutlarına sahiptir.

Svedberglerin, parçacığın kütlesini ve şeklini hesaba kattıkları için katkı maddesi olmadığını unutmayın. Bu nedenle bakterilerde 50S ve 30S alt birimlerinden oluşan ribozomun toplamı 80S'ye kadar çıkmaz, aynı şekilde 40S ve 60S alt birimleri de 90S ribozom oluşturmaz.

Ribozom sentezi

Ribozom sentezi için gerekli olan tüm hücresel mekanizma, çekirdeğin membranöz yapılarla çevrili olmayan yoğun bir bölgesi olan nükleolusta bulunur.

Nükleolus, hücre tipine bağlı olarak değişken bir yapıdır: yüksek protein ihtiyacı olan hücrelerde büyük ve göze çarpan, az protein sentezleyen hücrelerde neredeyse algılanamayan bir alandır.

Ribozomal RNA'nın işlenmesi, ribozomal proteinlerle birleştiği ve fonksiyonel ribozomları oluşturan olgunlaşmamış alt birimler olan granüler yoğunlaşma ürünlerine yol açtığı bu alanda gerçekleşir.

Alt birimler, çekirdeğin dışına - nükleer gözenekler yoluyla - sitoplazmaya taşınır ve burada protein sentezine başlayabilen olgun ribozomlar halinde birleştirilirler.

Ribozomal RNA genleri

İnsanlarda ribozomal RNA'ları kodlayan genler, beş spesifik kromozom çiftinde bulunur: 13, 14, 15, 21 ve 22. Hücreler çok sayıda ribozoma ihtiyaç duyduğundan, genler bu kromozomlarda birkaç kez tekrarlanır. .

Nükleolus genleri 5.8S, 18S ve 28S ribozomal RNA'ları kodlar ve RNA polimeraz tarafından bir 45S öncü transkriptine kopyalanır. 5S ribozomal RNA, nükleolusta sentezlenmez.

Kökeni ve evrim

Modern ribozomlar, son evrensel ortak ata olan LUCA zamanında, muhtemelen RNA'nın varsayımsal dünyasında ortaya çıkmış olmalıdır. Transfer RNA'larının ribozomların evrimi için temel olduğu öne sürüldü.

Bu yapı, kendi kendini kopyalayan işlevlere sahip bir kompleks olarak ortaya çıkabilir ve daha sonra amino asitlerin sentezi için işlevler kazanabilir. RNA'nın en göze çarpan özelliklerinden biri, kendi replikasyonunu katalize edebilmesidir.

Referanslar

1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biyokimya. 5. baskı. New York: WH Freeman. Bölüm 29.3, Bir Ribozom, Küçük (30S) ve Büyük (50S) Alt Birimden Oluşan bir Ribonükleoprotein Parçacıktır (70S). Şu adresten ulaşılabilir: ncbi.nlm.nih.gov
2. Curtis, H. ve Schnek, A. (2006). Biyolojiye Davet. Panamerican Medical Ed.
3. Fox, GE (2010). Ribozomun kökeni ve evrimi. Biyolojide Cold Spring Harbor perspektifleri, 2 (9), a003483.
4. Hall, JE (2015). Guyton ve Hall tıbbi fizyoloji ders kitabı e-Kitabı. Elsevier Sağlık Bilimleri.
5. Lewin, B. (1993). Genler Cilt 1. Reverte.
6. Lodish, H. (2005). Hücresel ve moleküler biyoloji. Panamerican Medical Ed.
7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribozom yapısı ve öteleme mekanizması. Celi, 108 (4), 557-572.
8. Tortora, GJ, Funke, BR ve Case, CL (2007). Mikrobiyolojiye giriş. Panamerican Medical Ed.
9. Wilson, DN ve Cate, JHD (2012). Ökaryotik ribozomun yapısı ve işlevi. Cold Spring Harbor perspektifleri biyolojide, 4 (5), a011536.