Τι ρόλο παίζει το Ribosome στη μετάφραση;

Ριβοσώματα είναι πολύ διαφορετικές πρωτεϊνικές δομές που βρίσκονται σε όλα τα κύτταρα. Σε προκαρυωτικούς οργανισμούς, οι οποίοι περιλαμβάνουν το Βακτήρια και Αρχαία τομείς, ριβοσώματα «επιπλέουν» ελεύθερα στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων. Στο Ευκαρυώτα τομέα, τα ριβοσώματα βρίσκονται επίσης ελεύθερα στο κυτταρόπλασμα, αλλά πολλά άλλα είναι προσκολλημένα σε ορισμένα από τα οργανίδια αυτών των ευκαρυωτικών κυττάρων, τα οποία αποτελούν τον κόσμο των ζώων, των φυτών και των μυκήτων.

Μπορεί να δείτε ορισμένες πηγές να αναφέρονται στα ριβοσώματα ως οργανίδια, ενώ άλλες υποστηρίζουν ότι η έλλειψη μιας περιβάλλουσας μεμβράνης και η ύπαρξή τους σε προκαρυώτες τους αποκλείει από αυτήν την κατάσταση. Αυτή η συζήτηση υποθέτει ότι τα ριβοσώματα είναι στην πραγματικότητα διακριτά από τα οργανίδια.

Η λειτουργία των ριβοσωμάτων είναι η παραγωγή πρωτεϊνών. Το κάνουν σε μια διαδικασία γνωστή ως μετάφραση, που περιλαμβάνει τη λήψη οδηγιών που κωδικοποιούνται στο ριβονουκλεϊκό οξύ messenger (mRNA) και τη χρήση αυτών για τη συγκέντρωση πρωτεϊνών από αμινοξέα.

Προκαρυωτικά κύτταρα είναι τα απλούστερα των κυττάρων, και ένα μόνο κύτταρο ουσιαστικά αντιπροσωπεύει πάντα ολόκληρο τον οργανισμό είναι αυτή η τάξη ζωντανών πραγμάτων, η οποία εκτείνεται στους τομείς ταξινόμησης ταξινόμησης Αρχαία και Βακτήρια. Όπως σημειώθηκε, όλα τα κύτταρα έχουν ριβοσώματα. Τα προκαρυωτικά κύτταρα περιέχουν επίσης τρία άλλα στοιχεία κοινά για όλα τα κύτταρα: DNA (δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ), κυτταρική μεμβράνη και κυτταρόπλασμα.

Διαβάστε περισσότερα σχετικά με τον ορισμό, τη δομή και τη λειτουργία των προκαρυωτικών.

Δεδομένου ότι τα προκαρυωτικά έχουν χαμηλότερες μεταβολικές ανάγκες από ό, τι οι πιο περίπλοκοι οργανισμοί, έχουν σχετικά χαμηλή πυκνότητα ριβοσώματα μέσα τους, καθώς δεν χρειάζεται να συμμετέχουν στη μετάφραση τόσων διαφορετικών πρωτεϊνών όσο πιο περίτεχνα τα κύτταρα.

Ευκαρυωτικά κύτταρα, βρίσκονται στα φυτά, τα ζώα και τους μύκητες που αποτελούν τον τομέα Ευκαρυώτα, είναι πολύ πιο περίπλοκα από τα προκαρυωτικά τους. Εκτός από τα τέσσερα βασικά συστατικά των κυττάρων που αναφέρονται παραπάνω, αυτά τα κύτταρα έχουν έναν πυρήνα και έναν αριθμό άλλων δομών συνδεδεμένων με μεμβράνη που ονομάζονται οργανίδια. Ένα από αυτά τα οργανίδια, το ενδοπλασματικό δίκτυο, έχει μια στενή σχέση με τα ριβοσώματα, όπως θα δείτε.

Για να γίνει μετάφραση, πρέπει να υπάρχει ένα σκέλος mRNA για μετάφραση. Το mRNA, με τη σειρά του, μπορεί να είναι παρόν μόνο εάν έχει πραγματοποιηθεί μεταγραφή.

Μεταγραφή είναι η διαδικασία με την οποία η νουκλεοτιδική αλληλουχία βάσης του DNA ενός οργανισμού κωδικοποιεί τα γονίδια του, ή μήκη DNA που αντιστοιχεί σε ένα συγκεκριμένο πρωτεϊνικό προϊόν, στο σχετικό μόριο RNA. Τα νουκλεοτίδια στο DNA έχουν τις συντομογραφίες Α, C, G και T, ενώ το RNA περιλαμβάνει τα πρώτα τρία από αυτά αλλά υποκαθιστά το U για το Τ.

Όταν το διπλό σκέλος του DNA ξετυλίγεται σε δύο σκέλη, μπορεί να γίνει μεταγραφή κατά μήκος ενός από αυτά. Αυτό το κάνει με προβλέψιμο τρόπο, καθώς το Α στο DNA μεταγράφεται σε U σε mRNA, C σε G, G σε C και T σε A. Το mRNA στη συνέχεια αφήνει το DNA (και σε ευκαρυωτικά, τον πυρήνα. Στα προκαρυωτικά, το DNA κάθεται στο κυτταρόπλασμα σε ένα μόνο, μικρό, δακτυλιοειδές χρωμόσωμα) και κινείται μέσω του κυτοπλάσματος μέχρι να συναντήσει ένα ριβόσωμα, όπου αρχίζει η μετάφραση.

Ο σκοπός των ριβοσωμάτων είναι να χρησιμεύσει ως ιστότοπος μετάφρασης. Προτού μπορέσουν να συμβάλουν στον συντονισμό αυτού του έργου, πρέπει οι ίδιοι να συνδυαστούν, επειδή τα ριβοσώματα υπάρχουν μόνο στη λειτουργική τους μορφή όταν λειτουργούν ενεργά ως κατασκευαστές πρωτεϊνών. Υπό συνθήκες ηρεμίας, τα ριβοσώματα χωρίζονται σε α ζεύγος υπομονάδων, μία μεγάλη και μία μικρή.

Ορισμένα θηλαστικά κύτταρα έχουν έως και 10 εκατομμύρια διακριτά ριβοσώματα. Στα ευκαρυωτικά, μερικά από αυτά βρίσκονται συνδεδεμένα με το ενδοπλασματικό δίκτυο (ER), με αποτέλεσμα αυτό που ονομάζεται τραχύ ενδοπλασματικό πρόγραμμα (RER). Επιπλέον, τα ριβοσώματα βρίσκονται στα μιτοχόνδρια των ευκαρυωτικών και στους χλωροπλάστες των φυτικών κυττάρων.

Ορισμένα ριβοσώματα μπορούν να συνδέσουν αμινοξέα, τις επαναλαμβανόμενες μονάδες πρωτεϊνών, μεταξύ τους με ταχύτητα 200 ανά λεπτό, ή πάνω από τρία ανά δευτερόλεπτο. Έχουν πολλές δεσμευτικές τοποθεσίες λόγω των πολλαπλών μορίων που συμμετέχουν στη μετάφραση, συμπεριλαμβανομένων μεταφορά RNA (tRNA), mRNA, αμινοξέα και την αναπτυσσόμενη πολυπεπτιδική αλυσίδα με την οποία συνδέονται τα αμινοξέα.

Τα ριβοσώματα γενικά περιγράφονται ως πρωτεΐνες. Ωστόσο, περίπου τα δύο τρίτα της μάζας των ριβοσωμάτων αποτελείται από ένα είδος RNA που ονομάζεται, αρκετά κατάλληλο, ριβοσωμικό RNA (rRNA). Δεν περιβάλλονται από διπλή μεμβράνη πλάσματος, όπως και τα οργανίδια και το κύτταρο στο σύνολό του. Ωστόσο, έχουν τη δική τους μεμβράνη.

Το μέγεθος των ριβοσωμικών υπομονάδων μετριέται όχι αυστηρά σε μάζα αλλά σε ποσότητα που ονομάζεται μονάδα Svedberg (S). Αυτά περιγράφουν τις ιδιότητες καθίζησης των υπομονάδων. Τα ριβοσώματα έχουν υπομονάδα 30S και υπομονάδα 50S. Το μεγαλύτερο από τα δύο λειτουργεί κυρίως ως καταλύτης κατά τη μετάφραση, ενώ το μικρότερο λειτουργεί κυρίως ως αποκωδικοποιητής.

Υπάρχουν περίπου 80 διαφορετικές πρωτεΐνες στα ριβοσώματα των ευκαρυωτικών, 50 ή περισσότερες από τις οποίες είναι μοναδικές στα ριβοσώματα. Όπως σημειώθηκε, αυτές οι πρωτεΐνες αντιπροσωπεύουν περίπου το ένα τρίτο της συνολικής μάζας ριβοσωμάτων. Κατασκευάζονται στον πυρήνα μέσα στον πυρήνα και στη συνέχεια εξάγονται στο κυτόπλασμα.

Διαβάστε περισσότερα για τον ορισμό, τη δομή και τη λειτουργία των ριβοσωμάτων.

Πρωτεΐνες είναι μεγάλες αλυσίδες αμινοξέα, εκ των οποίων υπάρχουν 20 διαφορετικές ποικιλίες. Τα αμινοξέα συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν αυτές τις αλυσίδες με αλληλεπιδράσεις γνωστές ως πεπτιδικούς δεσμούς.

Όλα τα αμινοξέα περιέχουν τρεις περιοχές: μια αμινομάδα, μια ομάδα καρβοξυλικού οξέος και μια πλευρική αλυσίδα, που συνήθως ορίζονται ως «αλυσίδα R» στη γλώσσα των βιοχημικών. Η αμινομάδα και η ομάδα καρβοξυλικού οξέος είναι αναλλοίωτα. Είναι λοιπόν η φύση της αλυσίδας R που καθορίζει τη μοναδική δομή και συμπεριφορά του αμινοξέος.

Μερικά αμινοξέα είναι υδρόφιλο λόγω των πλευρικών αλυσίδων τους, που σημαίνει ότι «αναζητούν» νερό. άλλοι είναι υδροφόβος και αντιστέκονται στις αλληλεπιδράσεις με πολωμένα μόρια. Αυτό τείνει να υπαγορεύει πώς τα αμινοξέα σε μια πρωτεΐνη θα συναρμολογούνται σε τρισδιάστατο χώρο μόλις το η πολυπεπτιδική αλυσίδα καθίσταται αρκετά μεγάλη ώστε οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ μη γειτονικών αμινοξέων να γίνουν θέμα.

Το εισερχόμενο mRNA συνδέεται με ριβοσώματα για να ξεκινήσει η διαδικασία της μετάφρασης. Στα ευκαρυωτικά, ένας μονός κλώνος mRNA κωδικοποιεί μόνο μία πρωτεΐνη, ενώ στους προκαρυωτικούς, ένας κλώνος mRNA μπορεί να περιλαμβάνει πολλαπλά γονίδια και επομένως κωδικοποιεί πολλαπλά προϊόντα πρωτεΐνης. Κατά τη διάρκεια της φάση έναρξης, η μεθειονίνη είναι πάντα το αμινοξύ που κωδικοποιείται για πρώτη φορά, συνήθως από τη βασική αλληλουχία AUG. Κάθε αμινοξύ, στην πραγματικότητα, κωδικοποιείται από μια συγκεκριμένη αλληλουχία τριών βάσεων στο mRNA (και μερικές φορές περισσότεροι από ένας κωδικοί αλληλουχίας κωδικοποιούν το ίδιο αμινοξύ).

Αυτή η διαδικασία ενεργοποιείται από έναν ιστότοπο "σύνδεσης" στη μικρή ριβοσωμική υπομονάδα. Εδώ, τόσο ένα μεθιονυλ-tRNA (το εξειδικευμένο μόριο RNA που μεταφέρει μεθειονίνη) όσο και το mRNA συνδέονται με το ριβόσωμα, έρχονται πιο κοντά το ένα στο άλλο και επιτρέποντας στο mRNA να κατευθύνει τα σωστά μόρια tRNA (υπάρχουν 20, ένα για κάθε αμινοξύ) φθάνω. Αυτός είναι ο ιστότοπος "Α". Σε διαφορετικό σημείο βρίσκεται η τοποθεσία "Ρ", όπου η αναπτυσσόμενη πολυπεπτιδική αλυσίδα παραμένει δεσμευμένη στο ριβόσωμα.

Καθώς η μετάφραση προχωρά πέρα ​​από την έναρξη με μεθειονίνη, όπως κάθε νέο εισερχόμενο αμινοξύ είναι κλήθηκε στην τοποθεσία "Α" από το κωδικόνιο mRNA, μεταφέρεται σύντομα στην αλυσίδα πολυπεπτιδίου στο "Ρ" ιστοσελίδα (φάση επιμήκυνσης). Αυτό επιτρέπει στο επόμενο κωδικόνιο τριών νουκλεοτιδίων στην αλληλουχία mRNA να καλέσει το επόμενο σύμπλοκο tRNA-αμινοξέος που απαιτείται, και ούτω καθεξής. Τελικά η πρωτεΐνη συμπληρώνεται και απελευθερώνεται από το ριβόσωμα (φάση τερματισμού).

Ο τερματισμός ξεκινά από κωδικόνια διακοπής (UAA, UAG ή UGA) που δεν έχουν αντίστοιχα tRNA, αλλά αντ 'αυτού παράγοντες απελευθέρωσης σήματος για τον τερματισμό της πρωτεϊνικής σύνθεσης. Το πολυπεπτίδιο αποστέλλεται και οι δύο ριβοσωμικές υπομονάδες διαχωρίζονται.