РИБОСОМАЛНА РНК: КАК СЕ СИНТЕЗИРА, ВИДОВЕ И СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

На рибозомна РНК или рибозомалното, клетъчна биология, е най-важен структурен компонент на рибозомата. Поради тази причина те имат незаменима роля в синтеза на протеини и са най-разпространени във връзка с другите основни видове РНК: месинджър и трансфер.

Синтезът на протеини е решаващо събитие във всички живи организми. Преди се смяташе, че рибозомната РНК не участва активно в това явление и играе само структурна роля. Днес има доказателства, че РНК има каталитични функции и е истинският катализатор на синтеза на протеини.

Източник: Джейн Ричардсън (Dcrjsr), от Wikimedia Commons

При еукариотите гените, които пораждат този тип РНК, се организират в регион на ядрото, наречен нуклеол. Типовете РНК обикновено се класифицират в зависимост от поведението им при утаяване, затова са придружени от буквата S за "единици на Сведберг".

Видове

Една от най-забележителните разлики между еукариотните и прокариотичните родове е съставът на рибозомната РНК, която представлява техните рибозоми. Прокариотите имат по-малки рибозоми, докато рибозомите в еукариотите са по-големи.

Рибозомите са разделени на големи и малки субединици. Малкият съдържа единична рибозомна молекула РНК, докато голямата съдържа една по-голяма молекула и две по-малки, в случая на еукариоти.

Най-малката рибозомна РНК в бактериите може да бъде от 1500 до 3000 нуклеотиди. При хората рибозомната РНК достига по-голяма дължина, между 1800 и 5000 нуклеотиди.

Рибозомите са физическите образувания, където се осъществява синтеза на протеин. Те са съставени от приблизително 60% рибозомна РНК. Останалото са протеини.

Единици Шведберг

В исторически план рибозомната РНК се идентифицира чрез коефициента на утаяване на суспендираните частици, центрофугирани при стандартни условия, който се обозначава с буквата S за "единици на Сведберг".

Едно от интересните свойства на това устройство е, че той не е добавка, тоест 10S плюс 10S не са 20S. Поради тази причина има известно объркване, свързано с крайния размер на рибозомите.

Прокариоти

В бактериите, археите, митохондриите и хлоропластите малката единица на рибозомата съдържа 16S рибозомна РНК. Докато голямата субединица съдържа два вида рибозомна РНК: 5S и 23S.

евкариотни клетки

В еукариотите, от друга страна, 18S рибозомната РНК се намира в малката субединица, а голямата субединица, 60S, съдържа три вида рибозомна РНК: 5S, 5.8S и 28S. В тази линия рибозомите са по-големи, сложни и по-обилни, отколкото при прокариотите.

Как се синтезира?

Местоположение на гени

Рибосомалната РНК е централният компонент на рибозомите, така че нейният синтез е незаменимо събитие в клетката. Синтезът се извършва в нуклеола, област в рамките на ядрото, която не е ограничена от биологична мембрана.

Машината е отговорна за сглобяването на рибозомните единици в присъствието на определени протеини.

Рибозомните РНК гени са организирани по различни начини в зависимост от родовата линия. Не забравяйте, че генът е сегмент от ДНК, който кодира фенотип.

В случай на бактерии, гените за рибозомни РНК 16S, 23S и 5S се организират и транскрибират заедно в оперон. Тази организация "заедно заедно" е много често срещана в прокариотните гени.

За разлика от това еукариотите, по-сложни организми с ядро, ограничено от мембрана, са организирани в тандем. При нас хората гените, които кодират рибозомната РНК, са организирани в пет „клъстера“, разположени на хромозоми 13, 14, 15, 21 и 22. Тези региони се наричат ​​NORs.

Начало на транскрипция

В клетката, РНК полимеразата е ензим, отговорен за добавянето на нуклеотиди към нишките на РНК. Те образуват молекула от тях от молекулата на ДНК. Този процес на образуване на РНК след закаляването на ДНК е известен като транскрипция. Има няколко вида РНК полимерази.

Обикновено транскрипцията на рибозомни РНК се извършва от РНК полимераза I, с изключение на 5S рибозомна РНК, чиято транскрипция се извършва от РНК полимераза III. 5S има и особеността, че се преписва извън нуклеола.

Промоторите на синтеза на РНК се състоят от два елемента, богати на GC последователности и централен участък, тук започва транскрипцията.

При хората транскрипционните фактори, необходими за процеса, се свързват с централния участък и пораждат комплекса за предварително иницииране, който се състои от TATA полето и TBP-свързани фактори.

След като всички фактори са заедно, РНК полимераза I, заедно с други транскрипционни фактори, се свързват с централния участък на промотора, за да образуват инициационния комплекс.

Удължаване и край на транскрипцията

Впоследствие настъпва вторият етап от процеса на транскрипция: удължаване. Тук самата транскрипция се случва и включва присъствието на други каталитични протеини, като топоизомераза.

В еукариотите транскрипционните единици на рибозомните гени имат ДНК последователност в 3 'края с последователност, известна като кутия Sal, която показва края на транскрипцията.

След транскрипция на рибозомни РНК, подредени в тандем, се извършва биогенеза на рибозоми в нуклеола. Рибозомните генни транскрипти зреят и се свързват с протеини, за да образуват рибозомни единици.

Преди прекратяването става образуването на серия от „рибопротеини“. Както в РНК на месинджър, процесът на сплайсиране се задвижва от малки нуклеоларни рибонуклеопротеини, или snRNP, за съкращението му на английски.

Сплайсирането е процес, при който интрони (некодиращи последователности), които обикновено "прекъсват" екзони (последователности, които правят код за въпросния ген) се елиминират.

Процесът води до междинни съединения на 20S, съдържащи 18S rRNA и 32S, съдържащи 5.8S и 28S rRNA.

Пост-транскрипционни модификации

След като рибозомните РНК произхождат, те претърпяват допълнителни модификации. Те включват метилиране (добавяне на метилова група) от около 100 нуклеотиди на рибозома в 2'-ОН групата на рибозомата. Освен това се наблюдава изомеризация на повече от 100 уридини до псевдоуридиновата форма.

структура

Подобно на ДНК, РНК е съставена от азотна основа, ковалентно свързана с фосфатна основа.

Четирите азотни основи, които ги образуват, са аденин, цитозин, урацил и гуанин. Въпреки това, за разлика от ДНК, РНК не е двулентова молекула, а единична лента.

Подобно на трансферната РНК, рибозомната РНК се характеризира с това, че има доста сложна вторична структура, със специфични свързващи участъци, които разпознават месинджърната РНК и трансферната РНК.

Характеристика

Основната функция на рибозомната РНК е да осигури физическа структура, която позволява на РНК на пратеника да се приема и декодира в аминокиселини, да образува протеини.

Протеините са биомолекули с широк спектър от функции - от транспортиране на кислород, като хемоглобин, до поддържащи функции.

Приложимост

Рибосомалната РНК се използва широко, както в областта на молекулярната биология и еволюцията, така и в медицината.

Ако искате да знаете филогенетичните връзки повече проблеми между две групи организми - тоест как организмите са свързани помежду си по отношение на родството - рибозомните РНК гени често се използват като маркиране.

Те са много полезни като молекулярни маркери благодарение на ниските си еволюционни скорости (тези видове последователности са известни като "запазени последователности").

Всъщност една от най-известните филогенетични реконструкции в областта на биологията е извършена от Карл Уийз и сътрудници, използващи 16S рибозомни РНК последователности. Резултатите от това изследване позволиха живите организми да бъдат разделени на три области: археи, бактерии и еукариоти.

От друга страна, рибозомната РНК често е мишена на много антибиотици, които се използват в медицината за лечение на широк спектър от заболявания. Логично е да се предположи, че атакувайки протеиновата система за производство на бактерия, тя ще бъде засегната веднага.

еволюция

Спекулира се, че рибозомите, каквито ги познаваме днес, започнаха формирането си в много отдалечени времена, близко до образуването на LUCA (последен универсален общ прародител или последен универсален общ прародител).

Всъщност една от хипотезите относно произхода на живота гласи, че животът е възникнал от молекулата на РНК - тъй като има необходимите автокаталитични възможности, за да се счита за една от молекулите на предшественика на живота.

Изследователите предполагат, че настоящите прекурсори на рибозоми не са били толкова селективни с аминокиселини, приемайки l и d изомери. Днес е широко известно, че протеините се образуват изключително от амино в l-форма.

В допълнение, рибозомалната РНК има способността да катализира реакцията на пептидил трансфераза.Тази характеристика да служи като нуклеотидно хранилище, съчетано с нейните каталитични възможности, я превръщат в ключов елемент в еволюцията на първите форми на земята.

Препратки

1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Биохимия. 5-то издание. Ню Йорк: WH Freeman. Раздел 29.3, Рибозомът е рибонуклеопротеинова частица (70S), направена от малка (30S) и голяма (50S) субединица. Достъпно на: ncbi.nlm.nih.gov
2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Покана за биология. Panamerican Medical Ed.
3. Fox, GE (2010). Произход и еволюция на рибозомата. Перспективи на студеното пролетно пристанище в биологията, 2 (9), a003483.
4. Зала, JE (2015). Учебник по електронна книга по медицинска физиология на Гайтон и Хол. Elsevier Health Sciences.
5. Lewin, B. (1993). Гените Том 1. Ревертиране.
6. Лодиш, Х. (2005). Клетъчна и молекулярна биология. Panamerican Medical Ed.
7. Рамакришнан, В. (2002). Рибозомна структура и механизмът на превод. Клетка, 108 (4), 557-572.
8. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Въведение в микробиологията. Panamerican Medical Ed.
9. Wilson, DN, & Cate, JHD (2012). Структурата и функцията на еукариотната рибозома. Перспективи на студеното пролетно пристанище в биологията, 4 (5), a011536.