La funzione, la struttura e la relazione dei ribosomi con gli acidi nucleici



il ribosomi sono gli organelli cellulari più abbondanti e sono coinvolti nella sintesi delle proteine. Non sono circondati da una membrana e sono formati da due tipi di subunità: una grande e una piccola, di solito la subunità grande è quasi il doppio della subunità piccola.

Il lignaggio procariotico ha ribosomi 70S composti da una grande subunità 50S e da una piccola subunità 30S. Inoltre, i ribosomi del lignaggio eucariotico sono composti da una grande subunità 60S e da una piccola subunità 40S.

Il ribosoma è analogo a una fabbrica in movimento, in grado di leggere l'RNA messaggero, traducendolo in amminoacidi e legandoli insieme con legami peptidici.

I ribosomi sono equivalenti a quasi il 10% delle proteine ​​totali di un batterio e oltre l'80% della quantità totale di RNA. Nel caso degli eucarioti, non sono così abbondanti rispetto ad altre proteine ​​ma il loro numero è più alto.

Nel 1950, il ricercatore George Palade visualizzò per la prima volta i ribosomi e questa scoperta ottenne il premio Nobel in Fisiologia o Medicina.

indice

  • 1 Caratteristiche generali
  • 2 Struttura
  • 3 tipi
    • 3.1 Ribosomi nei procarioti
    • 3.2 Ribosomi negli eucarioti
    • 3.3 Ribosomi in Arqueas
    • 3.4 Coefficiente di sedimentazione
  • 4 funzioni
    • 4.1 Traduzione di proteine
    • 4.2 Trasferire l'RNA
    • 4.3 Passi chimici della sintesi proteica
    • 4.4 Ribosomi e antibiotici
  • 5 Sintesi di ribosomi
    • 5,1 geni di RNA ribosomiale
  • 6 Origine ed evoluzione
  • 7 riferimenti

Caratteristiche generali

I ribosomi sono componenti essenziali di tutte le cellule e sono correlati alla sintesi proteica. Sono di dimensioni molto piccole in modo che possano essere visualizzate solo alla luce del microscopio elettronico.

I ribosomi sono liberi nel citoplasma della cellula, ancorata al reticolo endoplasmatico rugoso - ribosomi danno che l'aspetto "rugosa" - e in alcuni organelli, come i mitocondri e cloroplasti.

I ribosomi attaccati alle membrane sono responsabili della sintesi delle proteine ​​che verranno inserite nella membrana plasmatica o inviate all'esterno della cellula.

I ribosomi liberi, che non sono accoppiati a nessuna struttura nel citoplasma, sintetizzano le proteine ​​la cui destinazione è l'interno della cellula. Infine, i ribosomi dei mitocondri sintetizzano le proteine ​​mitocondriali.

Analogamente, diversi ribosomi possono legare e formano gli "poliribosomi" che formano una catena accoppiato ad un RNA messaggero, sintetizzare la stessa proteina, più volte e simultaneamente

Tutti sono composti da due subunità: una chiamata grande o maggiore e un'altra piccola o più piccola.

Alcuni autori ritengono che i ribosomi siano organuli non membranosi, poiché mancano di queste strutture lipidiche, sebbene altri ricercatori non li considerino organuli stessi.

struttura

Ribosomi sono le strutture cellulari piccole (dai 29-32 nm, a seconda del gruppo organismo), arrotondati e denso, composto da RNA e proteine ​​ribosomali molecole, che sono collegati tra loro.

I ribosomi più studiati sono quelli di eubatteri, archaea ed eucarioti. Nel primo lignaggio i ribosomi sono più semplici e più piccoli. I ribosomi eucariotici, d'altra parte, sono più complessi e più grandi. Nell'archaea, i ribosomi sono più simili a entrambi i gruppi in certi aspetti.

I ribosomi di vertebrati e angiosperme (piante da fiore) sono particolarmente complessi.

Ogni subunità ribosomica è costituita principalmente da RNA ribosomiale e una grande varietà di proteine. La grande subunità può essere formata da piccole molecole di RNA, oltre all'RNA ribosomiale.

Le proteine ​​sono accoppiate all'RNA ribosomiale in regioni specifiche, seguendo un ordine. All'interno dei ribosomi, diversi siti attivi possono essere differenziati, come le zone catalitiche.

RNA ribosomiale è cruciale per la cellula e questo può essere visto in sequenza, che è stato praticamente invariato durante l'evoluzione, riflettendo le pressioni selettive elevate contro qualsiasi cambiamento.

tipo

Ribosomi nei procarioti

I batteri, come E. coli, avere più di 15.000 ribosomi (in proporzioni questo equivale a quasi un quarto del peso secco della cellula batterica).

Ribosomi in batteri hanno un diametro di circa 18 nm e sono costituiti da 65% di RNA ribosomiale e solo il 35% di proteine ​​di varie dimensioni, da 6.000 a 75.000 kDa.

La grande subunità si chiama 50S e la piccola 30S, che si combinano per formare una struttura 70S con una massa molecolare di 2,5 × 106 kDa.

La subunità 30S è allungata e non simmetrica, mentre la 50S è più spessa e più corta.

La piccola subunità di E. coli Si compone di 16S RNA ribosomiale (1542 basi) e 21 proteine ​​e grandi RNA ribosomiale subunità 23S sono (2904 basi), 5S (1542 basi) e 31 proteine. Le proteine ​​che le compongono sono fondamentali e il numero varia a seconda della struttura.

Le molecole di RNA ribosomale, insieme alle proteine, sono raggruppate in una struttura secondaria simile agli altri tipi di RNA.

Ribosomi negli eucarioti

I ribosomi negli eucarioti (80S) sono più grandi, con un più alto contenuto di RNA e proteine. Gli RNA sono più lunghi e sono chiamati 18S e 28S. Come nei procarioti, la composizione dei ribosomi è dominata dall'RNA ribosomiale.

In questi organismi il ribosoma ha una massa molecolare di 4,2 × 106 kDa ed è suddiviso nella subunità 40S e 60S.

La subunità 40S contiene una singola molecola di RNA, 18S (1874 basi) e circa 33 proteine. Allo stesso modo, la subunità 60S contiene le basi 28S (4718 basi), 5.8S (160 basi) e 5S (120 basi). Inoltre, è composto da proteine ​​di base e proteine ​​acide.

Ribosomi in Arqueas

Gli archei sono un gruppo di organismi microscopici che assomigliano ai batteri, ma differiscono in così tante caratteristiche che costituiscono un dominio separato. Vivono in ambienti diversi e sono in grado di colonizzare ambienti estremi.

I tipi di ribozimi trovati nelle archeobatteri sono simili ai ribosomi di organismi eucarioti, ma anche avere determinate caratteristiche di ribosomi batterici.

Ha tre tipi di molecole di RNA ribosomale: 16S, 23S e 5S, accoppiate a 50 o 70 proteine, a seconda delle specie di studio. Per quanto riguarda la dimensione ribosomi archeobatteri sono più vicini al batterici (70S con 30S e 50S due subunità) ma in termini della loro struttura primaria sono più vicini eucarioti.

Poiché gli archaea tendono ad abitare in ambienti con alte temperature e alte concentrazioni di sale, i loro ribosomi sono altamente resistenti.

Coefficiente di sedimentazione

La S o Svedbergs, si riferisce al coefficiente di sedimentazione della particella. Esprime la relazione tra la velocità di sedimentazione costante tra l'accelerazione applicata. Questa misura ha dimensioni temporali.

Si noti che gli Svedberg non sono additivi, poiché tengono conto della massa e della forma della particella. Pertanto, nei batteri 50S ribosomiale subunità 30S e 80S composti non sommare, anche le 40S e 60S subunità non formano un ribosoma 90S.

funzioni

I ribosomi sono responsabili della mediazione del processo di sintesi proteica nelle cellule di tutti gli organismi, essendo un meccanismo biologico universale.

Ribosomi - in combinazione con l'RNA transfer e RNA messaggero - può decodificare il messaggio e interpretare il DNA in una sequenza amminoacidica per formare tutte le proteine ​​di un organismo, in un processo chiamato traduzione.

Alla luce della biologia, la parola traduzione si riferisce al cambiamento del "linguaggio" dalle triplette dei nucleotidi agli amminoacidi.

Queste strutture sono la parte centrale della traduzione, dove si verificano la maggior parte delle reazioni, come la formazione di legami peptidici e il rilascio della nuova proteina.

Traduzione di proteine

Il processo di formazione delle proteine ​​inizia con il legame tra un RNA messaggero e un ribosoma. Il messaggero si muove attraverso questa struttura ad una estremità specifica chiamata "codone di inizio catena".

Mentre l'RNA messaggero passa attraverso il ribosoma, si forma una molecola proteica, poiché il ribosoma è in grado di interpretare il messaggio codificato nel messaggero.

Questo messaggio è codificato in triplette di nucleotidi, in cui ogni tre basi indicano un particolare amminoacido. Ad esempio, se l'RNA messaggero che porta la sequenza: Ago UUG CUU AUU GCU, il peptide formata costituiti da amminoacidi: metionina, isoleucina, leucina, leucina, e alanina.

Questo esempio dimostra la "degenerazione" del codice genetico, dal momento che più di un codone - in questo caso CUU e UUG - sta codificando per lo stesso tipo di amminoacido. Quando il ribosoma rileva un codone di stop nell'RNA messaggero, la traduzione termina.

Il ribosoma ha un sito A e un sito P. Il sito P contiene il peptidil-tRNA e nel sito A entra nell'aminoacil-tRNA.

Trasferire l'RNA

Gli RNA di trasferimento sono responsabili del trasporto degli aminoacidi al ribosoma e hanno la sequenza complementare alla tripletta. Esiste un RNA di trasferimento per ciascuno dei 20 aminoacidi che costituiscono le proteine.

Passi chimici della sintesi proteica

Il processo inizia con l'attivazione di ciascun amminoacido con legame ATP in un complesso di adenosina monofosfato, liberando fosfati ad alta energia.

Il passaggio sopra porta ad un amminoacido con eccesso di energia e il legame avviene con il suo rispettivo RNA di trasferimento, per formare un complesso di aminoacido-tRNA. Qui si verifica il rilascio di adenosina monofosfato.

Nel ribosoma, l'RNA di trasferimento trova l'RNA messaggero. In questa fase la sequenza del trasferimento o dell'anticodo RNA si ibrida con il codone o la tripletta dell'RNA messaggero. Ciò porta all'allineamento dell'aminoacido con la sua sequenza corretta.

L'enzima peptidil transferasi è responsabile della catalizzazione della formazione dei legami peptidici che legano gli amminoacidi. Questo processo consuma grandi quantità di energia, poiché richiede la formazione di quattro legami ad alta energia per ciascun amminoacido che si lega alla catena.

La reazione rimuove un radicale idrossile all'estremità COOH dell'aminoacido e rimuove un idrogeno all'estremità NH2 dell'altro amminoacido. Le regioni reattive dei due amminoacidi si legano e creano il legame peptidico.

Ribosomi e antibiotici

Poiché la sintesi delle proteine ​​è un evento indispensabile per i batteri, alcuni antibiotici prendono di mira i ribosomi e le diverse fasi del processo di traduzione.

Ad esempio, la streptomicina si lega alla piccola subunità per interferire con il processo di traduzione, causando errori nella lettura dell'RNA messaggero.

Altri antibiotici come neomicine e gentamicine possono anche causare errori di traduzione, che si uniscono alla piccola subunità.

Sintesi di ribosomi

Tutto il meccanismo cellulare necessario per la sintesi dei ribosomi si trova nel nucleolo, una regione densa del nucleo che non è circondata da strutture membranose.

Il nucleolo è una struttura variabile a seconda del tipo di cellula: è grande e ben visibile nelle cellule con un alto fabbisogno proteico ed è un'area quasi impercettibile nelle cellule che sintetizza una piccola quantità di proteine.

L'elaborazione dell'RNA ribosomiale avviene in questa zona, dove è accoppiato con le proteine ​​ribosomali e dà origine a prodotti di condensazione granulari, che sono le subunità immature che formano i ribosomi funzionali.

Le subunità vengono trasportate al di fuori del nucleo - attraverso i pori nucleari - al citoplasma, dove vengono assemblate in ribosomi maturi che possono iniziare la sintesi proteica.

Geni dell'RNA ribosomiale

Nell'uomo, i geni che codificano per gli RNA ribosomali si trovano in cinque coppie di cromosomi specifici: 13, 14, 15, 21 e 22. Poiché le cellule richiedono grandi quantità di ribosomi, i geni vengono ripetuti più volte in questi cromosomi .

I geni nucleolici codificano RNA ribosomali 5.8S, 18S e 28S e sono trascritti da RNA polimerasi in un trascritto precursore di 45S. L'RNA ribosomiale 5S non è sintetizzato nel nucleolo.

Origine ed evoluzione

I ribosomi moderni devono essere apparsi al tempo di LUCA, l'ultimo antenato universale comune (delle abbreviazioni in inglese ultimo antenato comune universale), probabilmente nel mondo ipotetico di RNA. Si propone che gli RNA di trasferimento siano fondamentali per l'evoluzione dei ribosomi.

Questa struttura potrebbe emergere come un complesso con funzioni di autoreplicazione che successivamente hanno acquisito funzioni per la sintesi di aminoacidi. Una delle caratteristiche più straordinarie dell'RNA è la sua capacità di catalizzare la propria replicazione.

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