Ribosomos: atsiradimas, pasiskirstymas, struktūra, tipai, cheminė sudėtis ir funkcijos

Ribosomos: atsiradimas, pasiskirstymas, struktūra, tipai, cheminė sudėtis ir funkcijos!

Ribosomos yra bazofilinės granulės, esančios ląstelės citoplazmoje. Kadangi ši medžiaga turėjo afinitetą pagrindiniams dėmėms, panašioms į branduolio chromatino granules, todėl ji buvo laikoma chromidine arba chromofiline medžiaga.

Ribosomas pirmą kartą pastebėjo augalų ląstelėse Robinson ir Brown 1953 m., Tiriant pupelių šaknis su elektronų mikroskopu ir netrukus po to Palade (1955) stebėjo juos gyvūnų ląstelėse. Jis išskyrė ribosomas ir aptiko jų RNR, todėl taip pat vadinamas RNP arba ribonukleoproteinų dalelėmis arba Palade granulėmis. Claude juos pavadino mikrosomomis, tačiau 1958 m. Robertas paskyrė pavadinimą ribosomas.

Įvykis:

Jie yra visuotinai paskirstyti visoje gyvūnų karalystėje ir augalų karalystėje. Prokariotai taip pat yra. Vienintelės ląstelių rūšys, neturinčios ribosomų, yra žinduolių RBC. Ribosomų tankis vieneto plote yra gana pastovus bet kuriam tipui. Jis yra didelis ląstelėse, kurios yra aktyvios baltymų sintezės ir mažos ląstelėse, kuriose baltymų sintezė yra maža.

Platinimas:

Prokariotinėse ląstelėse ribosomos dažnai būna laisvai citoplazmoje. Eukariotinėse ląstelėse ribosomos laisvai atsiranda citoplazmoje arba lieka prijungtos prie endoplazminio tinklelio (ER) membranos išorinio paviršiaus.

Kai jie nėra prijungti prie ER, jie vadinami laisvomis ribosomomis. Laisvos ribosomos veikia kaip baltymų, reikalingų palaikyti citoplazminės matricos fermentų struktūrą, sintezės.

Izoliacijos metodas:

Ribosomos paprastai išskiriamos iš ląstelės diferencinio centrifugavimo metodu, kuriame naudojamas analitinis centrifugas. Ribosomų sedimentacijos koeficientą lemia įvairūs optiniai ir elektroniniai metodai. Sedimentacijos koeficientas išreiškiamas „Svedbergo“ vienetui, pvz., „S“ vienetui. S yra susijęs su ribosomų dalelių dydžiu ir molekuliniu svoriu.

Ribosomų skaičius ir koncentracija:

Visose ląstelėse, kuriose yra endoplazminio tinklelio, galima pastebėti gerą ribosomų skaičių. Pavyzdžiui, liaukų ląstelių bazėje, plazmoje ir kepenų ląstelėse, visose sparčiai augančiose augalų ir gyvūnų ląstelėse ir bakterijose ribonukleino rūgšties (RNR) kiekis gali būti susijęs su ribosomos koncentracija.

Triušių retikulocituose beveik 100 ribosomų yra μ3, o tai atitinka 1 × 105 dalelių per retikulocitus ir apie. 5% viso ląstelių masės, arba apie 20 000–30 000 ląstelių. Tačiau, jei baltymų sintezės greitį sulėtina nepalankios mitybos sąlygos, ribosomų kiekis gali žymiai sumažėti baltymų sintezės ląstelėse ir bakterijose.

Ribosomų struktūra:

Ribosomos yra vienodos dėl jų vienodo dydžio ir kompozicijos per daugelį ląstelių, kuriose jie buvo tiriami. Aukštesnių augalų ir gyvūnų ribosomos yra obluotos, sferoidai ir jų skersmuo yra apie 250 A.

Tačiau bakterijų ribosomos yra šiek tiek mažesnės, nes jose yra mažiau baltymų kiekių nei aukštesnės gyvūnų ribosomos. Tačiau RNR kiekis vienoje dalelėje bakterinės ribosomos primena visas kitas šiuo metu tiriamas ribosomas.

Elektroninių mikroskopinių tyrimų metu neigiamas dažymas atskleidžia ribą, kuri ribosomas padalija į didesnį subvienetą ir mažesnį subvienetą. E. coli didesnė dalelė yra šiek tiek „puodelio“ formos arba kupolo formos (140–160 A °), o mažesnė - „dangtelis“ (90–110 A °), kuris yra naudojamas ant lygaus kito paviršiaus (Huxley ir Zubey 1960). Didesniems gyvūnams ir augalams įrodyta, kad dideli subvienetai ribosomas prijungia prie endoplazminio tinklelio.

Puiki ribosomos struktūra yra labai sudėtinga ir dar nėra visiškai išaiškinta. Kadangi ribosomos yra labai akytos ir hidratuotos, RNR ir baltymai tikriausiai susipina per du subvienetus, sekcijose, kurios yra nudažytos uranilo jonais (RNR selektyvus dažymas), kiekvienas ribosomas pasireiškia kaip žvaigždės formos kūnas, turintis keturių iki šešių ginklų, implantuotų tanki ašis. Bacillus subtitrų izoliuotas 50S subvienetas pasirodo kaip kompaktiška 160–180 A ° dalelių dalis, turinti penkiakampį veidą, kurio centre yra apvalus plotas nuo 40 iki 60 A (Nanninga, 1967).

Dideliuose teiginiuose aprašytas elektronų skaidrus šerdis, kuri ribosomose yra neigiamai nudažyta. 40S subvienetas nėra reguliarus ir yra linkęs būti suskirstytas į dvi dalis, kurios yra tarpusavyje sujungtos 30–60A ° storio juostele.

Ribosominis subvienetas:

Kita savybė, kuri yra bendra visoms ribosomoms jų subvieneto struktūroje ir jų sedimentacija, pastovi ultracentrifuguojant. Remiantis sedimentacijos konstanta, yra dvi pagrindinės ribosomų rūšys.

Paprastai bakterijų koeficientas yra 70S (Svedbergo vienetas), atitinkantis 2, 7 × 10 ⁶ molekulinę masę. Kiti yra eukariotinių (branduolinių ląstelių, augalų arba gyvūnų) ribosomos, kurių ribosomos turi 80S sedimentacijos konstantą, kurios molekulinė masė yra apie 4 × 106 daltonų.

Dviejuose aukščiau paminėtuose (taurė ir dangtelio) ribosomų struktūriniuose padaliniuose reikia mažos Mg ⁺⁺ jonų koncentracijos (0, 001 M) struktūrinei sanglaudai. Ribosomos gali būti valomos pašalinant Mg ⁺⁺ jonus, kad gautų dvi mažesnes daleles: vieną 2/3 ir kitą 1/3 originalios nepažeistos ribosomos masės. Tiesą sakant, jie yra tik tie patys subvienetai, kurie stebimi elektronų mikroskopu.

Šiems subvienetams nurodomos jų nusėdimo konstantos. Vienas ribosomų vienetas turi 80S arba 70S sedimentacijos konstantą, kaip minėta anksčiau, o 2/3 subvienetų nuosėdų konstanta yra 60S arba 50S ir 1/3 subvienetas 40S arba 30S. Abu subvienetai sujungiami per magnio jonus, kurie sąveikauja su RNR fosfodiesterio grupėmis.

Pilnai magnio prisotintoje dalelėje yra Mg ⁺⁺ jonų trijose fosfodiesterio grupėse. Apskaičiuotas 1/3 šių magnio jonų pašalinimas sukelia 80S skilimą į 60S ir 40S (subvienetus).

Tolesnių Mg ⁺⁺ rezultatų pašalinimas žirnių ir mielių ribosomų atveju, bent jau toliau skiliant, išlaisvinant tai, kas akivaizdžiai yra 1/6 subvienetas. Šis tolesnis skilimas, priešingai nei 2/3 ir 1/3 subvienetams, yra negrįžtamas ta prasme, kad magnio jonų atkūrimas nesukelia 80S dalelių atkūrimo.

Jei Mg ⁺⁺ koncentracija yra padidinta dešimt kartų, dvi ribosomos sujungia „dimerą“ su dvigubu atskirų ribosomų molekuliniu svoriu. Sumažinant Mg ⁺⁺ koncentraciją, dimeras gali būti konvertuojamas atgal į dvi ribosomas.

Ankstyvieji ląstelių sekcijų elektroniniai mikroskopiniai tyrimai parodė, kad ribosomos dažnai buvo susijusios grupėse, kartais sudarančiomis pasikartojančius modelius. Iki 1962 m. Buvo aptikta šių polimerosomų arba polisomų funkcija baltymų sintezėje (Warner ir Rich, 1962).

Apdorojus retikulocitus su ^C14 žymėtomis aminorūgštimis ir naudojant švelnius metodus nutraukimui, nustatyta, kad be tipiškos vienintelės ribosomos (80S) sedimentacijos konstanta yra keletas didesnių vienetų.

Šių dalelių sedimentacijos konstanta svyruoja nuo 108S iki 170S arba dar daugiau; tai atitiko penkių vienetų (pentamero) poliribosomą. Jis patvirtintas elektronų mikroskopu, kad apie 75% ribosomų, turinčių 170S smailę, buvo pateiktos kaip pentamerai.

Plonasis siūlas, aiškinamas kaip mRNR, apie 150 A. Ribosomų skaičius poliribosomose gali labai skirtis ir, atrodo, yra susijęs su mRNR, kuris turėtų būti perskaitytas vertimo procese, ilgiu.

E. coli ir viščiukų embriono ląstelėse pastebėta apie 50 vienetų poliribosomų {Rich 1967). Polibribosomos gali būti laisvos citoplazmoje arba susietos su endoplazminio tinklelio membranomis.

Laisvų poliarizosomų atveju spiralinė konfigūracija buvo suformuota su mažais subvienetais, išdėstytais aplink centrinę ašį, ir dideliais subvienetais, išdėstytais periferijoje. Įvairių ląstelių sekcijose polimerosomos buvo stebimos spiraliniu masyvu (Weiss ir Grover, 1968). Manoma, kad polisome mRNR yra tarp dviejų ribosomos subvienetų.

Ribosomų tipai :

Ribosomos yra dviejų tipų: 70S ir 80S ribosomos. Taigi S reiškia „Svedbergo“ vienetus. Tiesą sakant, tai yra sedimentacijos koeficientas, rodantis, kaip greitai ląstelių organelinės nuosėdos yra ultracentrifugoje. Sedimentacijos koeficientai nėra papildomi.

80S ribosomos randamos eukariotuose (organizmuose, kurių ląstelės turi tikrus branduolius, apribotus branduoliniais vokais), pvz., Dumbliais, grybais, aukštesniais augalais ir gyvūnais. Gyvūnų 80S ribosomas susideda iš didelio 60S subvieneto ir mažo 40S subvieneto.

70S ribosomos yra santykinai mažesnės ir randamos prokariotuose (organizmuose, kurių DNR neapriboja branduolinis apvalkalas), pvz., Bakterijos. 70S ribosomas susideda iš didelio 50S subvieneto ir mažo 30S subvieneto.

Ribosomos, rastos mitochondrijose ir eukariotų chloroplastuose, yra arčiau prokariotų ribosomų, o ne 80S eukariotinių ribosomų. Pavyzdžiui, stuburinių mitochondrijų sudėtyje yra 55S ribosomų, kurių kiekvienoje yra didelis 40S subvienetas ir mažas 30S subvienetas. Sedimentacijos koeficientai 80S, 70S ir 55S yra suapvalinti. Faktinės S vertės skirtinguose organizmuose gali būti šiek tiek didesnės arba mažesnės.

Cheminė sudėtis :

Pagrindinės ribosomų sudedamosios dalys yra RNR ir baltymai. Lipidai visiškai nėra arba juose yra pėdsakų. E. coli ribosomose yra beveik 60-65% RNR ir 35-40% baltymų. 6.3 lentelėje pateikiamas apytikslis RNR ir baltymų kiekis skirtingų tipų ribosomose.

Ribosomos RNR skiriasi dydžiu ir bazės kiekiu nuo tRNR ir kitų daugelio ląstelių RNR klasių. Visose ribosomose randama dviejų tipų RNR. Jie yra neatsiejama sudedamoji dalis ir negali būti lengvai pašalinami. Žiurkių kepenų dalelių RNR dažniausiai yra bendrosios adenino, guanino, citozino ir uracilo bazės su nedideliu pseudouridino kiekiu, įprastinės bazės, kurios yra tirpioje RNR, randamos dalelėse RNR tik labai nedideliu kiekiu.

6.2 lentelė. 70-ųjų ir ribosomų skirtumai:

Anino rūgštys:

Žiurkių kepenų RNP trichloracto rūgšties netirpių baltymų aminorūgščių sudėtį nustatė Crompton ir Petermann (1959). Aromatinės ir sieros turinčios aminorūgštys buvo labai mažos, o leusinas ir argininas buvo aukštas virš 10%. Abiejų triušių retikulocitų ir žirnių sėklų RNP sudėtis yra labai panaši.

Iš dalies išgryninto žiurkės gyvo RNP druskos ekstraktas davė argininą (Butter, 1960), bet ar šių aminorūgščių dar nebuvo gauta iš pačių baltymų.

Baltymas:

Baltymai turi linijinę aminorūgščių grandinę. Ribosomų baltymų aminorūgščių panašios ribosomų kompozicijos yra labai skirtingos kilmės ir gali būti gana skirtingos nuo ribosomos baltymų.

Todėl yra įprasta atskirti ribosominį struktūrinį baltymą augančio peptido grandinės, kurią gamina ribosomas, kad baltymas yra susijęs su ribosominiu RNR vandenilio surišimu, yra aišku iš to, kad šių dviejų disociacija greitai ir lengvai pasiekiama reagentais, kurie užpulti vandenilio ryšius, pvz., guanidžio bromidu.

Eksperimentus atliko Yin ir Bock (1960), kurie gavo stabilų mielių ribosominį baltymą. Watsonas (1960) gavo E.coli baltymą ir analizuodamas tokią grupę, kiekvieno subvieneto molekulinė masė yra apie 30 000.

Ribosomų fermentiniai baltymai:

Dauguma ribosomų baltymų veikia kaip fermentai ir taip katalizuoja baltymų sintezę. Pradiniai baltymai IF1, IF2 ir 1F3 inicijuoja baltymų sintezės procesą, o perdavimo baltymai (G-faktorius, Ts-faktorius) padeda ribosomų perkėlimui per mRNR ir t-RNR liekanų perkėlimą iš vienos ribosomos vietos į kitą vietą .

Kitas fermentų peptidų pernešėjas padeda transformuoti peptidų grandines į aminoacy1-tRNR ir kitus fermentus, užbaigtus polipeptidinę grandinę.

Ribosomų plovimo NH ₄ CI rezultatas ir kolonėlės chromatografija, Ochoa ir bendradarbiai (1960), išskirti virš baltymų sintezės faktorių. Tarp jų trys pradiniai faktoriai - IF1, IF2 ir IF3 - yra laisvai susiję su 30S subvienetu. IF1 faktorius yra bazinis baltymas, kurio molekulinė masė yra 9200 daltonų.

Jis dalyvauja F-met-tRNR surišime. IF2 faktorius taip pat yra molio baltymas. wt. 8000 daltonų ir yra-SH grupės, kurios padeda susieti su GTP. Trečiasis baltymų faktorius-IF3 nereikalauja GTP ir yra susijęs su mRNR prijungimu prie 30S subvienetų.

Tai bazinis baltymas, kurio molekulinė masė yra 30 000 daltonų. IF3 taip pat gali veikti kaip 70S ribosomų disociacijos faktorius. Ochoa et al. (1972) taip pat pranešė apie interferencijos faktorių (i) bakterijose E.coli. Šie veiksniai jungiasi prie IF3 faktoriaus, keičia jo specifiškumą ir taip reguliuoja genetinio pranešimo vertimą pradžioje.

Pailgėjimo faktoriai yra būtini polipeptidinės grandinės pailgėjimui. Tai yra EFG (taip pat vadinamas G faktoriu arba translokaze) ir EFT faktorius. Kaip aprašyta anksčiau, EFR arba G faktorius yra įtrauktas į mRNR translokavimą. E. colyje jis susideda iš vienos polipeptidinės grandinės, turinčios molą. wt. 72, 00 daltonų. EFG + GTP skatina naujai pailginto peptidilo tRNR perkėlimą.

Kitas EFT faktorius turi dviejų rūšių baltymus, būtent „Tu“ (temperatūros nestabilus) ir „Ts“ (temperatūros stabilumas). EFTu faktorius + GTP sudaro kompleksinį aminoacil-tRNR, prieš prisijungdamas prie akceptoriaus ribosomos vietos, kurią katalizuoja Ts faktorius. Be to, 50S ribosomų subvienetas turi fermento-peptido sintezę arba peptidransferazę, susijusią su peptidinės jungties formavimu. Nutraukimo faktoriai R1 ir R2 atleidžia baltymus, padedančius išlaisvinti polipeptidinę grandinę.

Ribosomų biogenezė:

Ribosomų biogenezė bakterinėje prokariotinėje ląstelėje vyksta citoplazmoje, nes nėra branduolio. RRNR yra kilę iš specifinių genomo kodonų arba ribosominės DNR (rDNA).

Eukariotinėse ląstelėse ribosomų biogenezės procesas yra sudėtingas ir atsiranda branduolyje. Vienoje rinkinio chromosomoje yra specifinis nukleolinis organizatoriaus regionas, kuriame yra nukleolinės RNR molekulės, kuri yra ir 28S, ir 18S rRNR pirmtakas. 45S-RNR konversijos procesas į 28S ir 18S rRNR yra pavaizduotas toliau:

45S nukleolinės RNR molekulės yra metilintos (-CH, grupė pridedama). Šios 45S nukleolinės RNR molekulės yra susijusios su būtinais proteinais, esančiais nukleolyje, formuojančiuose 80S ribonuceoporteino molekulės daleles (RNP). Šie 80S RNP su 45S molekuline RNR dalijasi į 32S ir 18S rRNR per keletą tarpinių pakopų, kuriais prarandama ne metilinta molekulių dalis. 18S molekulė kartu su baltymų molekulėmis iš karto pervežama į citoplazmą. 32S rRNR išlaiko branduolį tam tikrą laiką ir patenka į 28S rRNR.

5S rRNR yra sintezuojama už branduolio ribų, o genai yra šalia chromosomos nukleolinio organizatoriaus regiono.

18S rRNR kartu su savo baltymais palieka branduolį per branduolį ir išeina į citoplazmą, kur, siejant su proteinais, jis susideda į ribosomos mažą subvienetą (40S). 28S rRNR taip pat palieka branduolį ir jungiasi su 5S rRNR ir baltymų, kurie sudaro 60S subvienetą.

Ribosominio baltymo sintezė iš dalies yra branduolio viduje ir iš dalies citoplazmoje. Baltymai, susintetinti citoplazmoje, surenkami į nukleolą, kuris bus naudojamas ribonukleoproteinų molekulių dalelėse (RNP).

Ribosominė RNR :

70S ribosomose yra trijų tipų rRNR, ty 23S rRNR, 16S rRNR ir 5S rRNR. 23S ir 5S rRNR atsiranda didesniame 50S ribosomų subvienete, o 16S rRNR atsiranda mažesniame 30S ribosomų subvienete. 23S rRNR sudaro 3200 nukleotidų, 16S rRNR yra 1600 nukleotidų ir 5S rRNR apima 120 nukleotidų jame (Brownlee, 1968, Fellner, 1972).

80S ribosomose taip pat yra trijų tipų rRNR, ty 28S rRNR, 18S rRNR ir 5S rRNR. 28S ir 5S rRNR atsiranda didesniame 60S ribosomų subvienete, o 18S rRNR atsiranda mažesniame 40S ribosomų subvienete.

28S rRNR molekulinė spalva yra 1, 6 x 106 daltonų, o jo molekulė yra dvigubos grandinės ir turi azoto bazių poromis. 18S rRNR molekulinė masė yra 0, 6 x 106 daltonų. 5S rRNR molekulė turi dobilų lapų formą ir ilgį, lygų 120 nukleotidų (Forget and Weissmann, 1968).

Kitos sudedamosios dalys :

Ribosomų metalo kiekis taip pat yra sudėtingas klausimas. Nėra abejonių, kad fiziologiškai pagrindinis magnis yra magnis, nes jo koncentracija žiurkių kepenų ribosomose yra didelė. Jis yra aktyviausias palaikant 80S struktūrą (Hamilton ir Petermann, 1959), nes jis yra būtinas aminorūgščių in vitro inkorporavimui (Rendi ir Hultin, 1960). Kiti metalai, esantys ribosomose, yra chromas, manganas, nikelis, geležis ir kalcis (Walker ir Valle, 1958; Tso 1958).

Ribosomų funkcija :

Gerai žinoma, kad ribosomos yra baltymų gamybos ląstelėse gamyklos, bet iš tikrųjų viena ribosoma negali dalyvauti baltymų sintezėje. Tai buvo žinoma nuo 1962 m., Kai buvo paskelbta & ataskaita, kuri parodė, kad aktyvūs vienetai nėra individualus ribosomas, bet šių grupių grupė, kuri vadinama poliribosoma. Išsamus polyribosomo vaidmuo buvo paskelbtas „Gric and Hall“ 1963 m. Yra daug įrodymų, kad ribosomos yra vienodos ir bent jau keičiamos.

Hemoglobino atveju, kuriame yra 150 aminorūgščių grandinė, aprašyta dažniausia ribosomų ir iki 40 ribosomų. Taigi pavadinimas polysome taip pat gali būti taikomas polimerozomo vietoje. Baltymai susideda iš linijinės aminorūgščių grandinės. Abiem atvejais grandinė gali būti trumpa arba ilga, vadinama polipeptidine grandine. Polipeptidas gali būti sulankstytas tam tikru būdu, dažnai jungiantis į sudėtingą baltymą.

Ribosomos polisome yra atskirtos 50-150A ⁰ skirtumu. Pozityvus Uracil-acetato nuskaitymas rodo, kad ribosomos yra sujungtos plonu siūlu, kurio skersmuo yra 10-15A ⁰, o tai yra maždaug vienos RNR dalies storis. Nuo tarpo tarp ribosomų dydžio, bendras tarpas, kuriame yra penkios ribosomos, yra apie 1500A ⁰, penkių ribosomų tarpas tarp ribosomų yra 50-150A °.