РИБОСОМНАЯ РНК: КАК ОНА СИНТЕЗИРУЕТСЯ, ВИДЫ И СТРОЕНИЕ, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

Рибосомной РНК или рибосомальный, клеточная биология, является наиболее важным структурным компонентом рибосом. По этой причине они играют незаменимую роль в синтезе белков и являются наиболее распространенными по отношению к другим основным типам РНК: мессенджерам и переносчикам.

Синтез белка - важнейшее событие для всех живых организмов. Ранее считалось, что рибосомная РНК не принимает активного участия в этом явлении, а играет только структурную роль. Сегодня есть доказательства того, что РНК выполняет каталитические функции и является истинным катализатором синтеза белка.

Источник: Джейн Ричардсон (Dcrjsr), из Wikimedia Commons.

У эукариот гены, дающие начало этому типу РНК, организованы в области ядра, называемой ядрышком. Типы РНК обычно классифицируют в зависимости от их поведения при седиментации, поэтому они сопровождаются буквой S, обозначающей «единицы Сведберга».

Типы

Одним из наиболее ярких различий между эукариотическими и прокариотическими линиями является состав рибосомной РНК, составляющей их рибосомы. У прокариот рибосомы меньшего размера, а у эукариот рибосомы больше.

Рибосомы делятся на большие и малые субъединицы. Малый содержит одну молекулу рибосомной РНК, в то время как большой содержит одну большую молекулу и две меньшие, в случае эукариот.

Самая маленькая рибосомная РНК у бактерий может содержать от 1500 до 3000 нуклеотидов. У человека рибосомная РНК достигает большей длины - от 1800 до 5000 нуклеотидов.

Рибосомы - это физические объекты, в которых происходит синтез белка. Они состоят примерно на 60% из рибосомальной РНК. Остальное - белки.

Единицы Сведберга

Исторически рибосомная РНК идентифицируется по коэффициенту седиментации взвешенных частиц, центрифугированных в стандартных условиях, который обозначается буквой S для «единиц Сведберга».

Одним из интересных свойств этого устройства является то, что он не аддитивный, то есть 10S плюс 10S не являются 20S. По этой причине существует некоторая путаница, связанная с окончательным размером рибосом.

Прокариоты

У бактерий, архей, митохондрий и хлоропластов небольшая часть рибосомы содержит рибосомную РНК 16S. В то время как большая субъединица содержит два вида рибосомной РНК: 5S и 23S.

эукариоты

У эукариот, с другой стороны, рибосомная РНК 18S находится в малой субъединице, а большая субъединица, 60S, содержит три типа рибосомальной РНК: 5S, 5,8S и 28S. В этой линии рибосомы имеют тенденцию быть крупнее, сложнее и более многочисленными, чем у прокариот.

Как он синтезируется?

Расположение генов

Рибосомная РНК является центральным компонентом рибосом, поэтому ее синтез - незаменимое событие в клетке. Синтез происходит в ядрышке, области внутри ядра, которая не ограничена биологической мембраной.

Этот механизм отвечает за сборку рибосомных единиц в присутствии определенных белков.

Гены рибосомной РНК организованы по-разному в зависимости от происхождения. Помните, что ген - это сегмент ДНК, который кодирует фенотип.

В случае бактерий гены рибосомных РНК 16S, 23S и 5S организованы и транскрибируются вместе в опероне. Эта организация «гены вместе» очень распространена в генах прокариот.

Напротив, эукариоты, более сложные организмы с ограниченным мембраной ядром, организованы в тандеме. У людей гены, кодирующие рибосомную РНК, организованы в пять «кластеров», расположенных на хромосомах 13, 14, 15, 21 и 22. Эти области называются NOR.

Начало транскрипции

В клетке РНК-полимераза - это фермент, отвечающий за добавление нуклеотидов к цепям РНК. Они образуют их молекулу из молекулы ДНК. Этот процесс образования РНК после темперирования ДНК известен как транскрипция. Существует несколько типов РНК-полимераз.

Обычно транскрипция рибосомных РНК осуществляется РНК-полимеразой I, за исключением 5S рибосомальной РНК, транскрипция которой осуществляется РНК-полимеразой III. 5S также имеет особенность, заключающуюся в том, что он транскрибируется вне ядрышка.

Промоторы синтеза РНК состоят из двух элементов, богатых последовательностями GC, и центральной области, здесь начинается транскрипция.

У человека факторы транскрипции, необходимые для этого процесса, связываются с центральной областью и вызывают преинициативный комплекс, который состоит из ТАТА-бокса и факторов, связанных с ТВР.

Когда все факторы объединяются, РНК-полимераза I вместе с другими факторами транскрипции связывается с центральной областью промотора с образованием комплекса инициации.

Удлинение и конец транскрипции

Впоследствии происходит второй этап процесса транскрипции: удлинение. Здесь происходит сама транскрипция с участием других каталитических белков, таких как топоизомераза.

У эукариот транскрипционные единицы рибосомных генов имеют последовательность ДНК на 3'-конце с последовательностью, известной как ячейка Sal, которая указывает конец транскрипции.

После транскрипции рибосомных РНК, расположенных в тандеме, происходит биогенез рибосом в ядрышке. Транскрипты рибосомных генов созревают и связываются с белками, образуя рибосомные единицы.

Перед прекращением происходит образование ряда «рибопротеинов». Как и в матричных РНК, процесс сплайсинга управляется небольшими ядрышковыми рибонуклеопротеинами, или snRNP, как это аббревиатура на английском языке.

Сплайсинг - это процесс, при котором удаляются интроны (некодирующие последовательности), которые обычно «прерывают» экзоны (последовательности, кодирующие рассматриваемый ген).

Процесс приводит к промежуточным соединениям 20S, содержащим 18S рРНК, и 32S, содержащим 5.8S и 28S рРНК.

Посттранскрипционные модификации

После возникновения рибосомных РНК они претерпевают дальнейшие модификации. Они включают метилирование (добавление метильной группы) около 100 нуклеотидов на рибосому по 2'-ОН группе рибосомы. Кроме того, происходит изомеризация более 100 уридинов до псевдоуридиновой формы.

Структура

Подобно ДНК, РНК состоит из азотистого основания, ковалентно связанного с фосфатным остовом.

Четыре азотистых основания, которые их образуют, - это аденин, цитозин, урацил и гуанин. Однако, в отличие от ДНК, РНК представляет собой не двухполосную молекулу, а одинарную.

Подобно транспортной РНК, рибосомная РНК характеризуется довольно сложной вторичной структурой со специфическими областями связывания, которые распознают информационную РНК и переносят РНК.

Характеристики

Основная функция рибосомальной РНК - обеспечить физическую структуру, которая позволяет принимать информационную РНК и расшифровывать ее в аминокислоты с образованием белков.

Белки - это биомолекулы с широким спектром функций - от транспортировки кислорода, такого как гемоглобин, до поддерживающих функций.

применимость

Рибосомная РНК широко используется как в области молекулярной биологии и эволюции, так и в медицине.

Если вы хотите узнать больше о филогенетических отношениях между двумя группами организмов, то есть о том, как организмы связаны друг с другом с точки зрения родства, гены рибосомной РНК часто используются в качестве меток.

Они очень полезны в качестве молекулярных маркеров благодаря низкой скорости эволюции (эти типы последовательностей известны как «консервативные последовательности»).

Фактически, одна из самых известных филогенетических реконструкций в области биологии была выполнена Карлом Вёзе с сотрудниками с использованием последовательностей рибосомной РНК 16S. Результаты этого исследования позволили разделить живые организмы на три области: археи, бактерии и эукариоты.

С другой стороны, рибосомная РНК часто становится мишенью многих антибиотиков, которые используются в медицине для лечения широкого спектра заболеваний. Логично предположить, что, атакуя систему производства белка бактерии, она сразу же пострадает.

эволюция

Предполагается, что рибосомы, какими мы их знаем сегодня, начали свое формирование в очень отдаленные времена, близко к формированию LUCA (последнего универсального общего предка или последнего универсального общего предка).

Фактически, одна из гипотез относительно происхождения жизни гласит, что жизнь произошла из молекулы РНК, поскольку она обладает необходимыми автокаталитическими способностями, чтобы считаться одной из молекул-предшественников жизни.

Исследователи предполагают, что нынешние предшественники рибосом не были такими селективными по отношению к аминокислотам, принимая как l-, так и d-изомеры. Сегодня широко известно, что белки образуются исключительно из l-формы амино.

Кроме того, рибосомная РНК обладает способностью катализировать реакцию пептидилтрансферазы. Эта характеристика, служащая репозиторием нуклеотидов, в сочетании с ее каталитическими способностями, делает ее ключевым элементом в эволюции первых форм на Земле.

Ссылки

1. Берг Дж. М., Тимочко Дж. Л., Страйер Л. (2002). Биохимия. 5-е издание. Нью-Йорк: WH Freeman. Раздел 29.3, Рибосома - это частица рибонуклеопротеина (70S), состоящая из небольшой (30S) и большой (50S) субъединицы. Доступно на: ncbi.nlm.nih.gov
2. Кертис, Х., и Шнек, А. (2006). Приглашение к биологии. Panamerican Medical Ed.
3. Фокс, GE (2010). Происхождение и эволюция рибосомы. Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии, 2 (9), a003483.
4. Холл, Дж. Э. (2015). Электронная книга учебника медицинской физиологии Гайтона и Холла. Elsevier Health Sciences.
5. Левин, Б. (1993). гены Том 1. Обратный.
6. Лодиш, Х. (2005). Клеточная и молекулярная биология. Panamerican Medical Ed.
7. Рамакришнан, В. (2002). Строение рибосом и механизм трансляции. Ячейка, 108 (4), 557-572.
8. Tortora, GJ, Funke, BR, и Case, CL (2007). Введение в микробиологию. Panamerican Medical Ed.
9. Уилсон, Д. Н., и Кейт, JHD (2012). Структура и функция рибосомы эукариот. Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии, 4 (5), a011536.