राइबोसोम: परिभाषा, कार्य और संरचना (यूकेरियोट्स और प्रोकैरियोट्स)

बड़े खुदरा विक्रेताओं के पास इन दिनों दुनिया भर से प्राप्त होने वाले ऑनलाइन ऑर्डर की भारी मात्रा को संभालने के लिए "पूर्ति केंद्र" हैं। यहां, इन गोदाम जैसी संरचनाओं में, व्यक्तिगत उत्पादों को ट्रैक किया जाता है, पैक किया जाता है और यथासंभव कुशलता से लाखों गंतव्यों में भेज दिया जाता है। राइबोसोम नामक छोटी संरचनाएं वास्तव में सेलुलर दुनिया के पूर्ति केंद्र हैं, जो अनगिनत प्रोटीन उत्पादों के लिए ऑर्डर प्राप्त करते हैं मैसेंजर राइबोन्यूक्लिक एसिड (एमआरएनए) और जल्दी और कुशलता से उन उत्पादों को इकट्ठा किया जा रहा है और उस रास्ते पर जा रहे हैं जहां उनकी आवश्यकता है।

राइबोसोम को आम तौर पर ऑर्गेनेल माना जाता है, हालांकि आणविक जीव विज्ञान के शुद्धतावादी कभी-कभी बताते हैं कि वे प्रोकैरियोट्स में पाए जाते हैं (अधिकांश जिनमें से बैक्टीरिया हैं) और साथ ही यूकेरियोट्स और उन्हें कोशिका के इंटीरियर से अलग करने वाली झिल्ली की कमी होती है, दो लक्षण जो हो सकते हैं अयोग्य। किसी भी मामले में, प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं और यूकेरियोटिक कोशिकाओं दोनों में राइबोसोम होते हैं, जिनकी संरचना और कार्य इनमें से हैं राइबोसोम की उपस्थिति और व्यवहार की कितनी मौलिक अवधारणाओं के कारण जैव रसायन में अधिक आकर्षक पाठ हैं अंडरस्कोर।

राइबोसोम में लगभग 60 प्रतिशत प्रोटीन और लगभग 40 प्रतिशत होता है राइबोसोमल आरएनए (आरआरएनए). यह एक दिलचस्प संबंध है क्योंकि प्रोटीन संश्लेषण, या अनुवाद के लिए एक प्रकार का आरएनए (मैसेंजर आरएनए या एमआरएनए) आवश्यक है। तो एक तरह से, राइबोसोम एक मिठाई की तरह होते हैं जिसमें अनमॉडिफाइड कोको बीन्स और रिफाइंड चॉकलेट दोनों होते हैं।

आरएनए जीवित चीजों की दुनिया में पाए जाने वाले दो प्रकार के न्यूक्लिक एसिड में से एक है, दूसरा डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिक एसिड या डीएनए है। डीएनए दोनों में सबसे कुख्यात है, जिसका उल्लेख अक्सर न केवल मुख्यधारा के विज्ञान लेखों में बल्कि अपराध की कहानियों में भी मिलता है। लेकिन आरएनए वास्तव में अधिक बहुमुखी अणु है।

न्यूक्लिक एसिड मोनोमर्स या अलग-अलग इकाइयों से बने होते हैं जो स्टैंड-अलोन अणुओं के रूप में कार्य करते हैं। ग्लाइकोजन ग्लूकोज मोनोमर्स का एक बहुलक है, प्रोटीन अमीनो एसिड मोनोमर्स के बहुलक हैं और न्यूक्लियोटाइड मोनोमर हैं जिनसे डीएनए और आरएनए बनते हैं। न्यूक्लियोटाइड्स में बदले में एक पांच-रिंग चीनी भाग, एक फॉस्फेट भाग और एक नाइट्रोजनयुक्त आधार भाग होता है। डीएनए में, चीनी डीऑक्सीराइबोज है, जबकि आरएनए में यह राइबोज है; ये केवल उस आरएनए में भिन्न होते हैं जिसमें एक -ओएच (हाइड्रॉक्सिल) समूह होता है जहां डीएनए में एक -एच (एक प्रोटॉन) होता है, लेकिन आरएनए की प्रभावशाली कार्यक्षमता के प्रभाव काफी हैं। इसके अतिरिक्त, जबकि डीएनए न्यूक्लियोटाइड और आरएनए न्यूक्लियोटाइड दोनों में नाइट्रोजनस बेस चार संभावित प्रकारों में से एक है, ये डीएनए में प्रकार एडेनिन, साइटोसिन, गुआनिन और थाइमिन (ए, सी, जी, टी) हैं जबकि आरएनए में, यूरैसिल को थाइमिन (ए, सी, जी,) के लिए प्रतिस्थापित किया जाता है। यू)। अंत में, डीएनए लगभग हमेशा डबल-स्ट्रैंडेड होता है, जबकि आरएनए सिंगल-स्ट्रैंडेड होता है। आरएनए से यह अंतर है जो शायद आरएनए की बहुमुखी प्रतिभा में सबसे अधिक योगदान देता है।

तीन प्रमुख प्रकार के आरएनए स्थानांतरण आरएनए (टीआरएनए) के साथ उपरोक्त एमआरएनए और आरआरएनए हैं। जबकि राइबोसोम के द्रव्यमान का आधा हिस्सा आरआरएनए है, एमआरएनए और टीआरएनए दोनों राइबोसोम और एक दूसरे के साथ अंतरंग और अपरिहार्य संबंधों का आनंद लेते हैं।

यूकेरियोटिक जीवों में, राइबोसोम ज्यादातर एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम से जुड़े पाए जाते हैं, झिल्लीदार संरचनाओं का एक नेटवर्क जो कोशिकाओं के लिए एक राजमार्ग या रेलमार्ग प्रणाली की तुलना में सबसे अच्छा है। कुछ यूकेरियोटिक राइबोसोम और सभी प्रोकैरियोटिक राइबोसोम कोशिका के कोशिका द्रव्य में मुक्त पाए जाते हैं। व्यक्तिगत कोशिकाओं में हजारों से लाखों राइबोसोम हो सकते हैं; जैसा कि आप उम्मीद कर सकते हैं, कोशिकाएं जो बहुत सारे प्रोटीन उत्पादों (जैसे, अग्नाशयी कोशिकाओं) का उत्पादन करती हैं, उनमें राइबोसोम का घनत्व अधिक होता है।

प्रोकैरियोट्स में, राइबोसोम में तीन अलग-अलग आरआरएनए अणु शामिल होते हैं, जबकि यूकेरियोट्स में राइबोसोम में चार अलग-अलग आरआरएनए अणु शामिल होते हैं। राइबोसोम में एक बड़ा सबयूनिट और एक छोटा सबयूनिट होता है। २१वीं सदी की शुरुआत में, सबयूनिट्स की पूरी त्रि-आयामी संरचना का मानचित्रण किया गया था। इस सबूत के आधार पर, आरआरएनए, प्रोटीन नहीं, राइबोसोम को उसके मूल रूप और कार्य के साथ प्रदान करता है; जीवविज्ञानियों को लंबे समय से उतना ही संदेह था। राइबोसोम में प्रोटीन मुख्य रूप से संरचनात्मक अंतराल को भरने में मदद करते हैं और राइबोसोम के मुख्य कार्य - प्रोटीन के संश्लेषण को बढ़ाते हैं। इन प्रोटीनों के बिना प्रोटीन संश्लेषण हो सकता है, लेकिन यह बहुत धीमी गति से होता है।

राइबोसोम की वास्तविक द्रव्यमान इकाइयाँ उनके स्वेडबर्ग (S) मान हैं, जो इस बात पर आधारित हैं कि सबयूनिट कितनी तेजी से एक अपकेंद्रित्र के सेंट्रिपेटल बल के तहत टेस्ट ट्यूब के नीचे बस जाते हैं। यूकेरियोटिक कोशिकाओं के राइबोसोम में आमतौर पर 80S के स्वेडबर्ग मान होते हैं और इसमें 40 और 60 के सबयूनिट होते हैं। (ध्यान दें कि S इकाइयाँ स्पष्ट रूप से वास्तविक द्रव्यमान नहीं हैं; अन्यथा, यहाँ गणित का कोई मतलब नहीं होगा।) इसके विपरीत, प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं में राइबोसोम होते हैं जो 70S तक पहुँचते हैं, 30S और 50S सबयूनिट में विभाजित होते हैं।

प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड दोनों, प्रत्येक समान लेकिन समान मोनोमेरिक इकाइयों से बने होते हैं, उनकी प्राथमिक, माध्यमिक और तृतीयक संरचना होती है। आरएनए की प्राथमिक संरचना व्यक्तिगत न्यूक्लियोटाइड्स का क्रम है, जो बदले में उनके नाइट्रोजनस बेस पर निर्भर करता है। उदाहरण के लिए, एयूसीजीजीसीएयूजीसी अक्षर एडेनिन, यूरैसिल, साइटोसिन और ग्वानिन के आधार के साथ न्यूक्लिक एसिड (जिसे "पॉलीन्यूक्लियोटाइड" कहा जाता है) के दस-न्यूक्लियोटाइड स्ट्रिंग का वर्णन करते हैं। आरएनए की द्वितीयक संरचना बताती है कि कैसे न्यूक्लियोटाइड्स के बीच इलेक्ट्रोकेमिकल इंटरैक्शन के लिए स्ट्रिंग एक ही विमान में झुकती और झुकती है। यदि आप एक मेज पर मोतियों की एक स्ट्रिंग रखते हैं और उनसे जुड़ने वाली श्रृंखला सीधी नहीं होती है, तो आप मोतियों की द्वितीयक संरचना को देख रहे होंगे। अंत में, तृतीयक सख्ती से तात्पर्य है कि संपूर्ण अणु स्वयं को त्रि-आयामी अंतरिक्ष में कैसे व्यवस्थित करता है। मोतियों के उदाहरण के साथ जारी रखते हुए, आप इसे टेबल से उठा सकते हैं और इसे अपने हाथ में एक गेंद के आकार में संपीड़ित कर सकते हैं, या इसे नाव के आकार में भी मोड़ सकते हैं।

आज की उन्नत प्रयोगशाला विधियों के उपलब्ध होने से पहले, जैव रसायनविद. के बारे में भविष्यवाणियां करने में सक्षम थे ज्ञात प्राथमिक अनुक्रम और व्यक्ति के विद्युत रासायनिक गुणों के आधार पर rRNA की द्वितीयक संरचना आधार उदाहरण के लिए, क्या A, U के साथ जुड़ने के लिए इच्छुक था यदि एक लाभप्रद किंक बनता है और उन्हें निकटता में लाता है? 2000 के दशक की शुरुआत में, क्रिस्टलोग्राफिक विश्लेषण ने rRNA के रूप के बारे में कई शुरुआती शोधकर्ताओं के विचारों की पुष्टि की, जिससे इसके कार्य पर और प्रकाश डालने में मदद मिली। उदाहरण के लिए, क्रिस्टलोग्राफिक अध्ययनों से पता चला है कि आरआरएनए दोनों प्रोटीन संश्लेषण में भाग लेते हैं और संरचनात्मक समर्थन प्रदान करते हैं, बहुत कुछ राइबोसोम के प्रोटीन घटक की तरह। rRNA अधिकांश आणविक मंच बनाता है जिस पर अनुवाद होता है और इसमें उत्प्रेरक गतिविधि होती है, जिसका अर्थ है कि rRNA सीधे प्रोटीन संश्लेषण में भाग लेता है। इसने कुछ वैज्ञानिकों को संरचना का वर्णन करने के लिए "राइबोसोम" के बजाय "राइबोजाइम" (यानी, "राइबोसोम एंजाइम") शब्द का उपयोग करने के लिए प्रेरित किया है।

इ। कोलाई बैक्टीरिया इस बात का उदाहरण प्रस्तुत करते हैं कि वैज्ञानिक प्रोकैरियोट राइबोसोमल संरचना के बारे में कितना जानने में सक्षम हैं। का बड़ा सबयूनिट, या एलएसयू इ। कोलाई राइबोसोम में अलग-अलग 5S और 23S rRNA इकाइयाँ और 33 प्रोटीन होते हैं, जिन्हें "राइबोसोमल" के लिए r-प्रोटीन कहा जाता है। छोटे सबयूनिट या SSU में एक 16S rRNA भाग और 21 r-प्रोटीन शामिल हैं। मोटे तौर पर, एसएसयू एलएसयू के आकार का लगभग दो-तिहाई है। इसके अलावा, एलएसयू के आरआरएनए में सात डोमेन शामिल हैं, जबकि एसएसयू के आरआरएनए को चार डोमेन में विभाजित किया जा सकता है।

यूकेरियोटिक राइबोसोम के आरआरएनए में प्रोकैरियोटिक राइबोसोम के आरआरएनए की तुलना में लगभग 1,000 अधिक न्यूक्लियोटाइड होते हैं - लगभग 5,500 बनाम। 4,500. जहाँ तक इ। कोलाई राइबोसोम में एलएसयू (33) और एसएसयू (21) के बीच 54 आर-प्रोटीन होते हैं, यूकेरियोटिक राइबोसोम में 80 आर-प्रोटीन होते हैं। यूकेरियोटिक राइबोसोम में आरआरएनए विस्तार खंड भी शामिल हैं, जो संरचनात्मक और प्रोटीन-संश्लेषण दोनों भूमिका निभाते हैं।

राइबोसोम का काम एंजाइम से लेकर हार्मोन से लेकर कोशिकाओं और मांसपेशियों के हिस्से तक प्रोटीन की पूरी श्रृंखला को एक जीव की आवश्यकता होती है। इस प्रक्रिया को अनुवाद कहा जाता है, और यह आणविक जीव विज्ञान के केंद्रीय सिद्धांत का तीसरा भाग है: डीएनए से एमआरएनए (प्रतिलेखन) से प्रोटीन (अनुवाद)।

इसे अनुवाद कहा जाने का कारण यह है कि राइबोसोम, अपने स्वयं के उपकरणों पर छोड़ दिए जाते हैं, उनके पास कोई स्वतंत्र तरीका नहीं होता है सभी कच्चे माल, उपकरण और कार्यबल होने के बावजूद, "पता है" क्या प्रोटीन बनाना है और कितना है आवश्यक है। "पूर्ति केंद्र" सादृश्य पर लौटते हुए, कल्पना करें कि कुछ हज़ार श्रमिक इन विशाल में से एक के गलियारों और स्टेशनों को भर रहे हैं स्थानों, खिलौनों और किताबों और खेल के सामानों को देख रहे हैं लेकिन इंटरनेट (या कहीं और से) से कोई दिशा नहीं मिल रही है कि क्या ऐसा करने के लिए। कुछ नहीं होगा, या कम से कम व्यापार के लिए कुछ भी उत्पादक नहीं होगा।

फिर, जो अनुवाद किया जाता है, वह एमआरएनए में एन्कोडेड निर्देश है, जो बदले में कोशिका के नाभिक में डीएनए से कोड प्राप्त करता है (यदि जीव एक यूकेरियोट है; प्रोकैरियोट्स में नाभिक की कमी होती है)। प्रतिलेखन की प्रक्रिया में, डीएनए टेम्पलेट से एमआरएनए बनाया जाता है, जिसमें न्यूक्लियोटाइड्स जोड़े जाते हैं के स्तर पर टेम्पलेट डीएनए स्ट्रैंड के न्यूक्लियोटाइड्स के अनुरूप बढ़ती एमआरएनए श्रृंखला आधार बाँधना। डीएनए में ए आरएनए में यू उत्पन्न करता है, सी जी उत्पन्न करता है, जी सी उत्पन्न करता है, और टी ए उत्पन्न करता है। चूंकि ये न्यूक्लियोटाइड एक रेखीय अनुक्रम में दिखाई देते हैं, इसलिए इन्हें दो, तीन, दस या किसी भी संख्या के समूहों में शामिल किया जा सकता है। जैसा कि होता है, एमआरएनए अणु पर तीन न्यूक्लियोटाइड के समूह को विशिष्ट उद्देश्यों के लिए कोडन या "ट्रिपलेट कोडन" कहा जाता है। प्रत्येक कोडन में 20 अमीनो एसिड में से एक के लिए निर्देश होते हैं, जो आपको याद होगा कि प्रोटीन के निर्माण खंड हैं। उदाहरण के लिए, AUG, CCG और CGA सभी कोडन हैं और एक विशिष्ट अमीनो एसिड बनाने के निर्देश देते हैं। ६४ अलग-अलग कोडन हैं (४ आधार ३ की शक्ति के बराबर ६४) लेकिन केवल २० अमीनो एसिड; नतीजतन, अधिकांश अमीनो एसिड को एक से अधिक ट्रिपल द्वारा कोडित किया जाता है, और कुछ अमीनो एसिड को छह अलग-अलग ट्रिपल कोडन द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है।

प्रोटीन संश्लेषण के लिए एक अन्य प्रकार के आरएनए, टीआरएनए की आवश्यकता होती है। इस प्रकार का आरएनए भौतिक रूप से अमीनो एसिड को राइबोसोम में लाता है। एक राइबोसोम में तीन आसन्न टीआरएनए बाध्यकारी साइटें होती हैं, जैसे व्यक्तिगत पार्किंग स्थान। एक है अमीनोएसिल बाध्यकारी साइट, जो प्रोटीन में अगले एमिनो एसिड से जुड़े टीआरएनए अणु के लिए है, यानी आने वाले एमिनो एसिड। दूसरा है पेप्टिडाइल बाध्यकारी साइट, जहां बढ़ती पेप्टाइड श्रृंखला युक्त केंद्रीय टीआरएनए अणु संलग्न होता है। तीसरा और आखिरी है an बाहर जाएं बाध्यकारी साइट, जहां उपयोग किया जाता है, अब खाली टीआरएनए अणुओं को राइबोसोम से छुट्टी दे दी जाती है।

एक बार जब अमीनो एसिड पोलीमराइज़ हो जाते हैं और एक प्रोटीन बैकबोन बन जाता है, तो राइबोसोम प्रोटीन को छोड़ देता है, जिसे बाद में प्रोकैरियोट्स में साइटोप्लाज्म और यूकेरियोट्स में गॉल्जी निकायों में ले जाया जाता है। प्रोटीन तब पूरी तरह से संसाधित और कोशिका के अंदर या बाहर जारी किए जाते हैं, क्योंकि सभी राइबोसोम स्थानीय और दूर के उपयोग के लिए प्रोटीन का उत्पादन करते हैं। राइबोसोम बहुत कुशल होते हैं; यूकेरियोटिक कोशिका में एक एकल प्रत्येक सेकंड में बढ़ती प्रोटीन श्रृंखला में दो अमीनो एसिड जोड़ सकता है। प्रोकैरियोट्स में, राइबोसोम लगभग उन्मत्त गति से काम करते हैं, हर सेकंड एक पॉलीपेप्टाइड में 20 अमीनो एसिड जोड़ते हैं।

एक विकास फुटनोट: यूकेरियोट्स में, राइबोसोम, उपरोक्त स्थानों में स्थित होने के अलावा, जानवरों में माइटोकॉन्ड्रिया और पौधों के क्लोरोप्लास्ट में भी पाए जा सकते हैं। ये राइबोसोम इन कोशिकाओं में पाए जाने वाले अन्य राइबोसोम से आकार और संरचना में बहुत भिन्न होते हैं, और बैक्टीरिया और नीले-हरे शैवाल कोशिकाओं के प्रोकैरियोटिक राइबोसोम को सुनते हैं। यह काफी मजबूत सबूत माना जाता है कि माइटोकॉन्ड्रिया और क्लोरोप्लास्ट पैतृक प्रोकैरियोट्स से विकसित हुए हैं।