какую функцию выполняет рибосомная рнк

Рибосомы строение и функции

Строение и функции рибосом необходимо знать любому современному человеку. Функционирование клетки живого организма – сложный процесс, продолжающийся в течение жизни организма.

Рибосомы представляют собой органоиды клетки, участвующие в сложном клеточном механизме трансляции генетического кода в цепи аминокислот. Длинные цепи аминокислот соединяются между собой, образуя белки, выполняющие различные функции. Схема строения рибосомы показана на рисунке ниже.

Какую функцию выполняют рибосомы

Назначение описываемого органоида в любой клетке заключается в осуществлении синтеза белков. Белки используются практически всеми клетками:

Основным хранилищем информации в клетках служит молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Специальный фермент, РНК-полимераза, связывается с молекулой ДНК и создает «зеркальную копию» матричную рибонуклеиновую кислоту (мРНК), свободно перемещающуюся из ядра в цитоплазму клетки.

Цепочка рибонуклеиновой кислоты обрабатывается при выходе из ядра, области РНК, которые не кодируют белки, удаляются, мРНК используется для дальнейшего синтеза белка.

Каждая мРНК состоит из 4 различных нуклеиновых кислот, тройки которых составляют кодоны. Каждый кодон определяет специфическую аминокислоту. В организме всех живых существ на Земле встречаются 20 аминокислот. Кодоны, используемые для спецификации аминокислот, почти универсальны.

Кодон, запускающий все белки «AUG», последовательность нуклеиновых оснований:

Специальная молекула РНК поставляет аминокислоты для синтеза транспортная РНК или тРНК. К активному кодону подходит тРНК, несущая соответствующую аминокислоту, ассоциируется с ним. Происходит образование пептидной связи новой аминокислоты со строящимся белком.

Где образуются рибосомы

Составные части органоида образуются в ядрышке. Две субъединицы объединяются для начала химического процесса синтеза белка из цепи мРНК. Рибосома действует в качестве катализатора, образуя пептидные связи между аминокислотами. Использованная тРНК высвобождается обратно в цитозоль, в дальнейшем она может связываться с другой аминокислотой.

Органоид достигнет стоп-кодона мРНК (UGA, UAG и UAA), остановив процесс синтеза. Специальные белки (факторы терминации) прервут цепочку аминокислот, отделив ее от последней тРНК формирование белка закончится.

Различные белки требуют некоторых модификаций, транспортировки в определенные области клетки до начала функционирования. Рибосома, прикрепленная к эндоплазматическому ретикулуму, поместит вновь образованный белок внутрь, он пройдет дополнительные модификации, будет должным образом свернут. Другие белки образуются непосредственно в цитозоли, где действуют как катализатор для различных реакций.

Рибосомы создают нужные клеткам белки, составляющие около 20 процентов состава клетки. Приблизительно в клетке находится 10 000 различных белков, приблизительно по миллиону копий каждого.

Рибосома эффективно и быстро участвует в синтезе, добавляя 3-5 аминокислот к белковой цепи в секунду. Короткие белки, содержащие несколько сотен аминокислот, могут быть синтезированы за считанные минуты.

Состав и строение рибосом

Рибосомы имеют схожую структуру в клетках всех организмов Земли, незаменимы при синтезе белков. В начале эволюции различных форм жизни рибосома была принята в качестве универсального способа перевода РНК в белки. Эти органоиды изменяются в различных организмах незначительно.

Описываемые органоиды состоят из большой и малой субъединицы, располагающихся вокруг молекулы мРНК. Каждая субъединица представляет собой комбинацию белков и РНК, называемых рибосомальной РНК (рРНК).

Длина рРНК в разных цепях разная. рРНК окружена белками, создающими рибосому. рРНК удерживает мРНК и тРНК в органоиде и действует в качестве катализатора для ускорения образования пептидных связей между аминокислотами.

Рибосомы измеряются в единицах Svedberg, означающих сколько времени требуется молекуле для осаждения из раствора в центрифуге. Чем больше число, тем больше молекула.

Различия между прокариотическими и эукариотическими рибосомами рассмотрены в таблице.

Рибосомы отвечают за процесс синтеза белка – двигательной силы организма и являются одним из ключевых органоидов живой клетки, представленной во всем многообразии живых существ на Земле.

Источник

Рибосомная РНК, как она синтезируется, типы и структура, функции

Рибосомная РНКили рибосомальный, в клеточной биологии, является наиболее важным структурным компонентом рибосом. Следовательно, они играют незаменимую роль в синтезе белков и являются наиболее распространенными по отношению к другим основным типам РНК: мессенджер и перенос.

Синтез белков является важнейшим событием во всех живых организмах. Ранее считалось, что рибосомная РНК не принимала активного участия в этом явлении и что она играла только структурную роль. В настоящее время есть доказательства того, что РНК имеет каталитические функции и является истинным катализатором синтеза белка..

У эукариот гены, которые дают начало этому типу РНК, организованы в области ядра, называемой ядрышком. Типы РНК обычно классифицируются в зависимости от их поведения в седиментации, поэтому они сопровождаются буквой S «единиц Сведберга»..

тип

Одним из наиболее поразительных отличий между эукариотическими и прокариотическими линиями является состав с точки зрения рибосомальной РНК, которая составляет их рибосомы. Прокариоты имеют меньшие рибосомы, тогда как рибосомы у эукариот больше.

Рибосомы делятся на большие и маленькие субъединицы. Маленькая содержит одну молекулу рибосомальной РНК, а большая содержит большую молекулу и две меньшие, в случае эукариот.

Самая маленькая рибосомная РНК в бактериях может иметь от 1500 до 3000 нуклеотидов. У людей рибосомная РНК достигает более длинных длин, от 1800 до 5000 нуклеотидов.

Единицы Сведберга

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

Одним из интересных свойств этого устройства является то, что оно не является аддитивным, 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 единица рибосомы содержит 16S рибосомную РНК. В то время как большая субъединица содержит два вида рибосомальной РНК: 5S и 23S.

эукариот

Эукариоты, с другой стороны, 18S рибосомная РНК обнаружена в малой субъединице, а большая субъединица, 60S, содержит три типа рибосомальной РНК: 5S, 5.8S и 28S. В этой линии рибосомы, как правило, крупнее, сложнее и обильнее, чем у прокариот..

Как это синтезируется?

Расположение генов

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

Механизм отвечает за сборку единиц рибосом в присутствии определенных белков.

Гены рибосомальной РНК организованы по-разному в зависимости от происхождения. Напомним, что ген представляет собой сегмент ДНК, который кодирует фенотип.

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

Напротив, эукариоты, более сложные организмы с мембранно-разделенным ядром, организованы в тандеме. У нас, людей, гены, которые кодируют рибосомную РНК, организованы в пять «групп», расположенных на хромосомах 13, 14, 15, 21 и 22. Эти области называются NOR.

Начало транскрипции

В клетке РНК-полимераза является ферментом, ответственным за добавление нуклеотидов к цепям РНК. Они образуют их молекулы из молекулы ДНК. Этот процесс формирования РНК, следующей за ДНК, как темперированной, известен как транскрипция. Существует несколько типов РНК-полимераз.

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

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

У людей факторы транскрипции, необходимые для процесса, присоединяются к центральному региону и дают начало комплексу перед инициацией, который состоит из блока TATA и факторов, связанных с TBP..

Как только все факторы собраны вместе, 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 сама транскрипция происходит и включает присутствие других каталитических белков, таких как топоизомераза.

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

После транскрипции рибосомальных РНК, упорядоченных в тандеме, происходит биогенез рибосом в ядрышке. Транскрипты рибосомных генов созревают и связываются с белками с образованием рибосомных единиц.

Перед прекращением происходит образование серии «рибопротеинов». Как и в мессенджерах РНК, процесс сплайсинг направляется небольшими ядрышковыми рибонуклеопротеинами или snRNPs, для его сокращения на английском языке.

сплайсинг это процесс, в котором удаляются интроны (некодирующие последовательности), которые обычно «прерывают» экзоны (последовательности, которые кодируют данный ген).

Процесс приводит к 20S посредникам, содержащим 18S и 32S рРНК, которые содержат 5,8S и 28S рРНК.

Посттранскрипционные модификации

После возникновения рибосомальных РНК они подвергаются дополнительным модификациям. Они включают метилирование (добавление метильной группы) примерно 100 нуклеотидов на рибосому в 2′-ОН-группе рибосомы. Кроме того, происходит изомеризация более 100 уридинов в псевдоуридиновую форму.

структура

Как и ДНК, РНК состоит из азотистого основания, связанного ковалентной связью с фосфатным остовом..

Подобно трансферной РНК, рибосомная РНК характеризуется довольно сложной вторичной структурой со специфическими связывающими областями, которые распознают мессенджерную РНК и переносят РНК..

функции

Основная функция рибосомальной РНК состоит в том, чтобы обеспечить физическую структуру, которая позволяет принимать мессенджерную РНК и декодировать ее в аминокислоты, образуя белки.

применимость

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

Они очень полезны в качестве молекулярных маркеров благодаря их низким скоростям эволюции (этот тип последовательностей известен как «консервативные последовательности»).

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

С другой стороны, рибосомная РНК обычно является мишенью для многих антибиотиков, которые используются в области медицины для лечения широкого спектра заболеваний. Логично предположить, что, атакуя систему производства белка бактерии, она будет немедленно затронута.

эволюция

Предполагается, что рибосомы, как мы их знаем сегодня, начали свое образование в очень отдаленные времена, близкие к образованию LUCA (по его инициалам в Английский последний универсальный общий предок или последний универсальный общий предок).

Исследователи предполагают, что предшественники существующих рибосом не были столь же селективны с аминокислотами, принимая оба изомера l и d. В настоящее время широко известно, что белки образуются исключительно из аминокислот.

Кроме того, рибосомная РНК обладает способностью катализировать реакцию пептидилтрансферазы, которая служит хранилищем нуклеотидов в сочетании с его каталитическими возможностями, что делает ее ключевым элементом в эволюции первых форм на Земле..

Источник