RIBOSOMALT RNA: HVORDAN DET SYNTETISERES, TYPER OG STRUKTUR, FUNKSJONER - BIOLOGI - 2026

Det ribosomale RNA eller ribosomale, cellebiologi, er den viktigste strukturelle komponenten i ribosomet. Av denne grunn har de en uunnværlig rolle i syntesen av proteiner og er de mest tallrike i forhold til de andre hovedtyper av RNA: messenger og transfer.

Proteinsyntese er en avgjørende hendelse i alle levende organismer. Tidligere ble det antatt at ribosomalt RNA ikke var aktivt involvert i dette fenomenet, og bare spilte en strukturell rolle. I dag er det bevis på at RNA har katalytiske funksjoner og er den sanne katalysatoren for proteinsyntese.

Kilde: Jane Richardson (Dcrjsr), fra Wikimedia Commons

I eukaryoter er genene som gir opphav til denne typen RNA organisert i et område av kjernen kalt nucleolus. RNA-typer klassifiseres vanligvis avhengig av deres oppførsel i sedimentasjon, det er derfor de ledsages av bokstaven S for "Svedberg-enheter".

typer

En av de mest påfallende forskjellene mellom eukaryote og prokaryote linjer er sammensetningen av ribosomalt RNA som utgjør deres ribosomer. Prokaryoter har mindre ribosomer, mens ribosomer i eukaryoter er større.

Ribosomer er delt inn i store og små underenheter. Den lille inneholder et enkelt ribosomalt RNA-molekyl, mens det store inneholder ett større molekyl og to mindre, i tilfelle av eukaryoter.

Det minste ribosomale RNA i bakterier kan være 1.500 til 3.000 nukleotider. Hos mennesker når ribosomalt RNA større lengder, mellom 1800 og 5000 nukleotider.

Ribosomer er de fysiske enhetene der proteinsyntese forekommer. De er sammensatt av omtrent 60% ribosomalt RNA. Resten er proteiner.

Svedberg enheter

Historisk identifiseres ribosomalt RNA ved sedimentasjonskoeffisienten av suspenderte partikler sentrifugert under standardbetingelser, som er betegnet med bokstaven S for "Svedberg-enheter."

En av de interessante egenskapene til denne enheten er at den ikke er additiv, det vil si at 10S pluss 10S ikke er 20S. Av denne grunn er det en viss forvirring knyttet til den endelige størrelsen på ribosomene.

prokaryoter

I bakterier, archaea, mitochondria og kloroplaster inneholder den lille enheten av ribosomet 16S ribosomal RNA. Mens den store underenheten inneholder to arter av ribosomalt RNA: 5S og 23S.

eukaryoter

I eukaryoter finnes derimot 18S ribosomalt RNA i den lille underenheten, og den store underenheten, 60S, inneholder tre typer ribosomalt RNA: 5S, 5.8S og 28S. I denne avstamningen har ribosomer en tendens til å være større, mer komplekse og rikere enn i prokaryoter.

Hvordan syntetiseres det?

Plasseringen av gener

Ribosomalt RNA er den sentrale komponenten i ribosomer, så syntesen av den er en uunnværlig hendelse i cellen. Syntese foregår i nucleolus, et område innenfor kjernen som ikke er avgrenset av en biologisk membran.

Maskineriet er ansvarlig for å montere ribosomenhetene i nærvær av visse proteiner.

De ribosomale RNA-generene er organisert på forskjellige måter, avhengig av avstamning. Husk at et gen er et segment av DNA som koder for en fenotype.

Når det gjelder bakterier er generene for ribosomale RNAs 16S, 23S og 5S organisert og transkribert sammen i et operon. Denne "genet sammen" organisasjonen er veldig vanlig i prokaryote gener.

I kontrast til dette er eukaryoter, mer komplekse organismer med en membranavgrenset kjerne, organisert i tandem. Hos oss mennesker er genene som koder for ribosomalt RNA organisert i fem "klynger" lokalisert på kromosomer 13, 14, 15, 21 og 22. Disse regionene kalles NORs.

Start av transkripsjon

I cellen er RNA-polymerase et enzym med ansvar for å tilsette nukleotider til RNA-strengene. De danner et molekyl av disse fra et DNA-molekyl. Denne prosessen med dannelse av et RNA etter temperering av et DNA er kjent som transkripsjon. Det er flere typer RNA-polymeraser.

Generelt blir transkripsjonen av ribosomale RNAer utført av RNA-polymerase I, med unntak av 5S ribosomal RNA, hvis transkripsjon blir utført av RNA-polymerase III. 5S har også det særegne at det blir transkribert utenfor kjernen.

Promotorene for RNA-syntese består av to elementer rike på GC-sekvenser og en sentral region, her begynner transkripsjonen.

Hos mennesker binder de transkripsjonsfaktorer som er nødvendige for prosessen til den sentrale regionen og gir opphav til pre-initieringskomplekset, som består av TATA-boksen og TBP-assosierte faktorer.

Når alle faktorene er samlet, binder RNA-polymerase I sammen med andre transkripsjonsfaktorer seg til den sentrale regionen av promotoren for å danne igangsettingskomplekset.

Forlengelse og slutt på transkripsjon

Deretter skjer det andre trinnet i transkripsjonsprosessen: forlengelse. Her forekommer selve transkripsjonen og involverer tilstedeværelsen av andre katalytiske proteiner, for eksempel topoisomerase.

I eukaryoter har de transkripsjonelle enhetene til ribosomale gener en DNA-sekvens i 3'-enden med en sekvens kjent som Sal-boksen, som indikerer slutten av transkripsjonen.

Etter transkripsjon av ribosomale RNAer som er arrangert i tandem, oppstår biogenese av ribosomer i kjernen. Ribosomale genutskrifter modnes og assosieres med proteiner for å danne ribosomale enheter.

Før avslutning oppstår dannelsen av en serie "riboproteiner". Som i messenger-RNAer, blir spleiseprosessen drevet av små nukleolare ribonukleoproteiner, eller snRNPs, for sin forkortelse på engelsk.

Spleising er en prosess der introner (ikke-kodende sekvenser) som vanligvis "avbryter" eksoner (sekvenser som koder for det aktuelle genet) blir eliminert.

Prosessen fører til mellomprodukter på 20S som inneholder 18S rRNA og 32S, som inneholder 5,8S og 28S rRNA.

Modifiseringer etter transkripsjon

Etter at ribosomale RNA har sin opprinnelse, gjennomgår de ytterligere modifikasjoner. Disse involverer metyleringer (tilsetning av en metylgruppe) på omtrent 100 nukleotider per ribosom ved 2'-OH-gruppen til ribosomet. I tillegg forekommer isomerisering av mer enn 100 uridiner til pseudo-uridinformen.

Struktur

I likhet med DNA er RNA sammensatt av en nitrogenholdig base kovalent bundet til en fosfatrygg.

De fire nitrogenholdige basene som danner dem er adenin, cytosin, uracil og guanin. I motsetning til DNA er RNA imidlertid ikke et dobbeltbåndsmolekyl, men et enkelt bånd.

I likhet med transfer-RNA, er ribosomalt RNA preget av å ha en ganske kompleks sekundærstruktur, med spesifikke bindingsregioner som gjenkjenner messenger-RNA og overfører RNA-er.

Egenskaper

Hovedfunksjonen til ribosomalt RNA er å tilveiebringe en fysisk struktur som gjør at messenger-RNA kan tas og dekodes til aminosyrer, for å danne proteiner.

Proteiner er biomolekyler med et bredt spekter av funksjoner - fra transport av oksygen, for eksempel hemoglobin, til støttefunksjoner.

Gyldighet

Ribosomalt RNA brukes mye, både innen molekylærbiologi og evolusjon, og innen medisin.

Hvis du vil kjenne til fylogenetiske forhold flere problemer mellom to grupper av organismer - det vil si hvordan organismer er relatert til hverandre, når det gjelder slektskap, brukes ofte ribosomale RNA-gener som tagging.

De er veldig nyttige som molekylære markører takket være deres lave evolusjonshastigheter (disse typer sekvenser er kjent som “konserverte sekvenser”).

Faktisk ble en av de mest kjente fylogenetiske rekonstruksjonene innen biologiområdet utført av Carl Woese og samarbeidspartnere ved bruk av 16S ribosomale RNA-sekvenser. Resultatene fra denne studien tillot levende organismer å bli delt inn i tre domener: archaea, bakterier og eukaryoter.

På den annen side er ribosomalt RNA ofte målet for mange antibiotika som brukes i medisin for å kurere en lang rekke sykdommer. Det er logisk å anta at ved å angripe proteinproduksjonssystemet til en bakterie, vil den bli påvirket umiddelbart.

Utvikling

Det spekuleres i at ribosomer, slik vi kjenner dem i dag, begynte dannelsen i svært fjerne tider, nær dannelsen av LUCA (siste universelle felles stamfar).

Faktisk sier en av hypotesene angående livets opprinnelse at livet stammer fra et RNA-molekyl - siden det har de nødvendige autokatalytiske evner for å bli betraktet som en av forløperens molekyler i livet.

Forskerne foreslår at de nåværende ribosomforløperne ikke var like selektive med aminosyrer, og aksepterte både l- og d-isomerer. I dag er det viden kjent at proteiner utelukkende dannes fra l-form amino.

I tillegg har ribosomalt RNA evnen til å katalysere peptidyltransferase-reaksjonen.Dette kjennetegn ved å tjene som et nukleotidlager, kombinert med dets katalytiske evner, gjør det til et sentralt element i utviklingen av de første formene på jorden.

referanser

1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biokjemi. 5. utgave. New York: WH Freeman. Avsnitt 29.3, et ribosom er en ribonukleoproteinpartikkel (70S) laget av en liten (30S) og en stor (50S) underenhet. Tilgjengelig på: ncbi.nlm.nih.gov
2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Invitasjon til biologi. Panamerican Medical Ed.
3. Fox, GE (2010). Opprinnelse og evolusjon av ribosomet. Cold Spring Harbor-perspektiver i biologi, 2 (9), a003483.
4. Hall, JE (2015). Guyton og Hall lærebok for medisinsk fysiologi e-bok. Elsevier Health Sciences.
5. Lewin, B. (1993). gener Volum 1. Gå tilbake.
6. Lodish, H. (2005). Cellulær og molekylærbiologi. Panamerican Medical Ed.
7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribosomstruktur og oversettelsesmekanismen. Cell, 108 (4), 557-572.
8. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Introduksjon til mikrobiologi. Panamerican Medical Ed.
9. Wilson, DN, & Cate, JHD (2012). Strukturen og funksjonen til det eukaryote ribosomet. Cold Spring Harbor-perspektiver i biologi, 4 (5), a011536.