Ποια διαδικασία εκτελούν τα ριβοσώματα;

Τα ριβοσώματα είναι δομές εντός κυττάρων με μία μόνο κρίσιμη λειτουργία: για την παραγωγή πρωτεϊνών.

Τα ίδια τα ριβοσώματα αποτελούνται από περίπου το ένα τρίτο πρωτεΐνης κατά μάζα. Τα άλλα δύο τρίτα αποτελούνται από μια εξειδικευμένη μορφή ριβονουκλεϊκού οξέος (RNA) που ονομάζεται ριβοσωμικό RNAή rRNA. (Σύντομα, θα συναντήσετε τα άλλα δύο μεγάλα μέλη της οικογένειας RNA, mRNA και tRNA.)

Τα ριβοσώματα είναι μία από τις τέσσερις ξεχωριστές οντότητες που βρίσκονται σε όλα τα κύτταρα, όσο απλά και αν είναι τα κύτταρα. Τα άλλα τρία είναι δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA), α κυτταρική μεμβράνη και κυτόπλασμα.

Στους απλούστερους οργανισμούς, που ονομάζεται προκαρυώτες, τα ριβοσώματα επιπλέουν ελεύθερα στο κυτόπλασμα. στο πιο περίπλοκο ευκαρυωτικά, βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα, αλλά και σε ένα σπάσιμο άλλων τόπων.

Οπως σημειώθηκε, προκαρυώτες - μονοκύτταροι οργανισμοί που απαρτίζουν τους τομείς Βακτήρια και Αρχαία - διαθέτουν τις τέσσερις κοινές δομές όλων κύτταρα.

Αυτά είναι:

• DNA: Αυτό το νουκλεϊκό οξύ περιέχει όλα
  γενετικές πληροφορίες για τον μητρικό οργανισμό του, ο οποίος μεταδίδεται στις επόμενες γενιές. Ο «κωδικός» του χρησιμοποιείται επίσης για την παραγωγή πρωτεϊνών μέσω των διαδοχικών διαδικασιών μεταγραφής και μετάφρασης.
• Μια κυτταρική μεμβράνη: Αυτή η διπλή μεμβράνη πλάσματος, που αποτελείται από μια διπλοστιβάδα φωσφολιπιδίου, είναι μια επιλεκτικά διαπερατή μεμβράνη, επιτρέποντας σε ορισμένα μόρια να περάσουν ανεμπόδιστα ενώ εμποδίζουν την είσοδο σε άλλα. Παρέχει σχήμα και προστασία σε όλα τα κύτταρα.
• Κυτόπλασμα: Ονομάζεται επίσης κυτοσόλιο, το κυτταρόπλασμα είναι μια ζελατινώδης μήτρα νερού και πρωτεϊνών που χρησιμεύει ως η ουσία του εσωτερικού του κυττάρου. Εδώ λαμβάνουν χώρα πολλές σημαντικές αντιδράσεις και εδώ βρίσκονται τα περισσότερα ριβοσώματα.
• Ριβοσώματα: Βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα όλων των οργανισμών και αλλού σε ευκαρυωτικά, αυτά είναι τα «εργοστάσια» των πρωτεϊνών των κυττάρων και αποτελούνται από δύο υπομονάδες. Περιέχουν τους ιστότοπους που βρίσκονται μετάφραση λαμβάνει χώρα.

Ευκαρυώτες έχουν πιο πολύπλοκα κύτταρα, που περιέχουν οργανίδια, που περιβάλλονται από το ίδιο είδος διπλής μεμβράνης πλάσματος που περιβάλλει το κύτταρο ως σύνολο (η κυτταρική μεμβράνη). Μερικά από αυτά τα οργανίδια, κυρίως το ενδοπλασματικό πρόγραμμα, φιλοξενεί πάρα πολλά ριβοσώματα. Χλωροπλάστες των φυτών τα έχουν, όπως και το μιτοχόνδρια όλων των ευκαρυωτικών.

Το ενδοπλασματικό δίκτυο (ER) μοιάζει με έναν «αυτοκινητόδρομο» μεταξύ του πυρήνα του κυττάρου και του κυτοπλάσματος, και ακόμη και της ίδιας της κυτταρικής μεμβράνης. Κλείνει τα πρωτεϊνικά προϊόντα, γι 'αυτό είναι επωφελές για τα ριβοσώματα, τα οποία κάνουν αυτές τις πρωτεΐνες, να γειτνιάζουν με το ER.

Όταν τα ριβοσώματα φαίνονται δεσμευμένα στο ER, το αποτέλεσμα καλείται τραχύ ER (RER). Το ER άθικτο από ριβοσώματα ονομάζεται ομαλή ER (SER).

Μετάφραση είναι το τελικό βήμα στη διαδικασία του κυττάρου που εκτελεί γενετικές οδηγίες. Ξεκινά, με μια έννοια, με τη δημιουργία DNA messenger RNA (mRNA) σε μια διαδικασία που ονομάζεται μεταγραφή. Το mRNA είναι ένα είδος "κατοπτρικής εικόνας" του DNA από το οποίο αντιγράφηκε, αλλά περιέχει τις ίδιες πληροφορίες. Το mRNA στη συνέχεια προσκολλάται στα ριβοσώματα.

Το mRNA συνδέεται στο ριβόσωμα με συγκεκριμένα μόρια μεταφορά RNA (tRNA) που συνδέονται με ένα και μόνο ένα από τα 20 αμινοξέα που βρίσκονται στη φύση. Οι οποίες αμινοξέων το κατάλοιπο μεταφέρεται στον ιστότοπο - δηλαδή, το οποίο tRNA φτάνει - προσδιορίζεται από την νουκλεοτιδική αλληλουχία βάσης στον κλώνο mRNA.

Το mRNA περιέχει τέσσερις βάσεις (A, C, G και U) και οι πληροφορίες για ένα δεδομένο αμινοξύ περιέχονται σε τρεις διαδοχικές βάσεις, που ονομάζονται τριπλό κωδικόνιο (ή μερικές φορές απλά κωδικόνιο), όπως ACG, CCU κ.λπ. Αυτό σημαίνει ότι υπάρχουν 4³, ή 64, διαφορετικά κωδικόνια. Αυτό είναι περισσότερο από επαρκές για τον κωδικό για 20 αμινοξέα, και αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ορισμένα αμινοξέα κωδικοποιούνται από περισσότερα από ένα κωδικόνια (πλεονασμός).

Τα αμινοξέα είναι τα δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών. Όπου οι πρωτεΐνες αποτελούνται από πολυμερή αμινοξέων, ονομάζονται επίσης πολυπεπτίδια, τα αμινοξέα είναι τα μονομερή αυτών των αλυσίδων.

(Η διάκριση μεταξύ πολυπεπτιδίου και πρωτεΐνης είναι σε μεγάλο βαθμό αυθαίρετη.)

Τα αμινοξέα περιλαμβάνουν ένα κεντρικό άτομο άνθρακα συνδεδεμένο με τέσσερα ξεχωριστά συστατικά: ένα άτομο υδρογόνου (Η), μια αμινομάδα (ΝΗ₂), μια ομάδα καρβοξυλικού οξέος (COOH) και μια αλυσίδα πλευρικής R που δίνει σε κάθε αμινοξύ τη μοναδική του φόρμουλα και τις χαρακτηριστικές χημικές ιδιότητες. Μερικές από τις πλευρικές αλυσίδες έχουν συγγένεια για το νερό και άλλα ηλεκτρικά πολικά μόρια, ενώ οι πλευρικές αλυσίδες άλλων αμινοξέων συμπεριφέρονται με αντίθετο τρόπο.

Η σύνθεση πρωτεϊνών, η οποία είναι απλώς η προσθήκη αμινοξέων από άκρο σε άκρο, περιλαμβάνει τη σύνδεση της αμινομάδας ενός αμινοξέος με την καρβοξυλική ομάδα του επόμενου. Αυτό ονομάζεται a πεπτιδική σύνδεση, και έχει ως αποτέλεσμα την απώλεια ενός μορίου νερού.

Τα ριβοσώματα μπορούν να θεωρηθούν ότι αποτελούνται από ριβονουκλεοπρωτεΐνη, καθώς, όπως περιγράφηκε παραπάνω, συναρμολογούνται από ένα άνιση μείγμα rRNA και πρωτεϊνών. Αποτελούνται από δύο υπομονάδες που ταξινομούνται ως προς τη συμπεριφορά καθίζησης: μια μεγάλη, 50S υπομονάδα και ένα μικρό, 30S υπομονάδα. ("S" εδώ σημαίνει μονάδες Svedberg.)

Η μεγάλη υπομονάδα περιέχει 34 διαφορετικές πρωτεΐνες, μαζί με δύο τύπους rRNA, ένα είδος 23S και ένα είδος 5S. Η μικρή υπομονάδα περιέχει 21 διαφορετικές πρωτεΐνες και έναν τύπο rRNA που ελέγχει στο 16S. Μόνο μία πρωτεΐνη είναι κοινή και στις δύο υπομονάδες.

Τα συστατικά των υπομονάδων είναι τα ίδια κατασκευασμένα στο πυρήνας μέσα στους πυρήνες των προκαρυωτικών. Στη συνέχεια μεταφέρονται μέσω πόρων στον πυρηνικό φάκελο στο κυτόπλασμα.

Τα ριβοσώματα δεν υπάρχουν στην πλήρως συναρμολογημένη μορφή τους μέχρι να κληθούν να κάνουν τη δουλειά τους. Δηλαδή, οι υπομονάδες περνούν όλο τον «ελεύθερο χρόνο» τους μόνοι τους. Έτσι, όταν η μετάφραση ξεκινά σε ένα συγκεκριμένο μέρος ενός δεδομένου κυττάρου, ριβοσωμικές υπομονάδες στην περιοχή αρχίζουν να εξοικειώνονται ξανά.

Μεγάλο μέρος της λειτουργίας της μεγαλύτερης υπομονάδας σχετίζεται με κατάλυσηή την επιτάχυνση των χημικών αντιδράσεων. Αυτό είναι συνήθως το πεδίο των πρωτεϊνών που ονομάζονται ένζυμα, αλλά και άλλα βιομόρια περιστασιακά δρουν ως καταλύτες, και τμήματα της μεγάλης ριβοσωμικής υπομονάδας είναι ένα παράδειγμα. Αυτό καθιστά το λειτουργικό συστατικό α ριβοένζυμο.

Η μικρή υπομονάδα, σε αντίθεση, φαίνεται να έχει περισσότερη λειτουργία αποκωδικοποιητή, μεταφράζοντας μετά από την αρχή στάδια κλειδώνοντας στη σωστή μεγάλη υπομονάδα στο σωστό σημείο τη σωστή στιγμή, μεταφέροντας ό, τι χρειάζεται το ζεύγος στο σκηνή.

Η μετάφραση έχει τρεις κύριες φάσεις: Μύηση, επιμήκυνση και λήξη. Για να συνοψίσετε καθένα από αυτά τα μέρη της μεταγραφής εν συντομία:

Την έναρξη: Σε αυτό το βήμα, το εισερχόμενο mRNA συνδέεται με ένα σημείο στη μικρή υπομονάδα ενός ριβοσώματος. Ένα συγκεκριμένο κωδικόνιο mRNA πυροδοτεί μια έναρξη από tRNA-μεθειονίνη. Συνδέεται εκεί με έναν ειδικό συνδυασμό tRNA-αμινοξέος που προσδιορίζεται από την αλληλουχία mRNA του αζωτούχες βάσεις. Αυτό το σύμπλεγμα συνδέεται με τη μεγάλη ριβοσωμική υπομονάδα.

Επιμήκυνση: Σε αυτό το στάδιο, πολυπεπτίδια συναρμολογούνται. Όταν κάθε εισερχόμενο σύμπλοκο αμινοξέων-tRNA προσθέτει το αμινοξύ του στη θέση σύνδεσης, αυτό μεταφέρεται στο a κοντινό σημείο στο ριβόσωμα, μια δεύτερη θέση δέσμευσης που συγκρατεί την αναπτυσσόμενη αλυσίδα αμινοξέων (δηλαδή, το πολυπεπτίδιο). Έτσι, τα εισερχόμενα αμινοξέα "μεταφέρονται" από το ένα σημείο στο άλλο στο ριβόσωμα.

Λήξη: Όταν το mRNA βρίσκεται στο τέλος του μηνύματός του, το επισημαίνει με μια συγκεκριμένη βασική ακολουθία που επισημαίνει "stop". Αυτό προκαλεί τη συσσώρευση "παραγόντων απελευθέρωσης" που εμποδίζουν τη σύνδεση πλέον αμινοξέων στο πολυπεπτίδιο. Η σύνθεση πρωτεϊνών σε αυτήν τη ριβοσωμική τοποθεσία έχει πλέον ολοκληρωθεί.