요즘 대형 소매 업체는 전 세계에서받는 엄청난 양의 온라인 주문을 처리 할 수있는 "주문 처리 센터"를 갖추고 있습니다. 여기에서 창고와 같은 구조에서 개별 제품은 가능한 한 효율적으로 수백만 개의 목적지로 추적, 포장 및 배송됩니다. 리보솜이라고 불리는 작은 구조는 사실상 세포 세계의 이행 센터로, 수많은 단백질 제품에 대한 주문을 받고 있습니다. 메신저 리보 핵산 (mRNA) 이러한 제품을 신속하고 효율적으로 조립하여 필요한 곳으로 이동합니다.
리보솜은 일반적으로 소기관으로 간주되지만 분자 생물학 순수 주의자들은 때때로 원핵 생물에서 발견된다고 지적합니다 (대부분 그 중 박테리아)뿐만 아니라 진핵 생물과 세포 내부에서 그들을 분리하는 막이 부족합니다. 실격. 어쨌든 원핵 세포와 진핵 세포는 모두 리보솜을 가지고 있으며, 그 구조와 기능은 다음과 같습니다. 리보솜의 존재와 행동이 얼마나 많은 기본 개념으로 인해 생화학에 대한 더 매혹적인 교훈 밑줄.
리보솜은 무엇으로 만들어 졌나요?
리보솜은 약 60 %의 단백질과 약 40 %로 구성됩니다. 리보 소말 RNA (rRNA). 이것은 단백질 합성 또는 번역에 RNA 유형 (메신저 RNA 또는 mRNA)이 필요하다는 점을 감안할 때 흥미로운 관계입니다. 따라서 어떤면에서 리보솜은 변형되지 않은 카카오 콩과 정제 된 초콜릿으로 구성된 디저트와 같습니다.
RNA는 생명체 세계에서 발견되는 두 가지 유형의 핵산 중 하나이며, 다른 하나는 데 옥시 리보 핵산 또는 DNA입니다. DNA는 두 가지 중 더 악명 높은 것으로, 주류 과학 기사뿐만 아니라 범죄 이야기에서도 자주 언급됩니다. 그러나 RNA는 실제로 더 다재다능한 분자입니다.
핵산은 단량체 또는 독립형 분자로 기능하는 별개의 단위로 구성됩니다. 글리코겐은 포도당 단량체의 중합체이고 단백질은 아미노산 단량체의 중합체이며 뉴클레오티드는 DNA와 RNA가 만들어지는 단량체입니다. 차례로 뉴클레오티드는 5- 고리 당 부분, 인산염 부분 및 질소 염기 부분으로 구성됩니다. DNA에서는 당이 데 옥시 리보스 인 반면 RNA에서는 리보스입니다. 이들은 RNA가 -H (양성자)를 갖는 -OH (하이드 록실) 그룹을 가지고 있다는 점에서만 다릅니다. 그러나 RNA의 인상적인 기능 배열에 대한 의미는 상당합니다. 또한 DNA 뉴클레오티드와 RNA 뉴클레오티드의 질소 염기는 가능한 네 가지 유형 중 하나이지만, DNA의 유형은 아데닌, 시토신, 구아닌 및 티민 (A, C, G, T) 인 반면 RNA에서는 우라실이 티민 (A, C, G, 유). 마지막으로 DNA는 거의 항상 이중 가닥이며 RNA는 단일 가닥입니다. RNA의 다양성에 가장 크게 기여하는 것은 RNA와의 차이입니다.
RNA의 세 가지 주요 유형은 앞서 언급 한 mRNA와 rRNA와 함께 전달 RNA (tRNA)입니다. 리보솜 질량의 거의 절반이 rRNA이지만 mRNA와 tRNA는 둘 다 리보솜 및 서로와 밀접하고 필수적인 관계를 즐깁니다.
진핵 생물에서 리보솜은 대부분 세포를위한 고속도로 또는 철도 시스템에 가장 잘 비유되는 막 구조 네트워크 인 소포체에 부착되어있는 것으로 발견됩니다. 일부 진핵 생물 리보솜과 모든 원핵 생물 리보솜은 세포의 세포질에서 무료로 발견됩니다. 개별 세포에는 수천에서 수백만 개의 리보솜이있을 수 있습니다. 예상 할 수 있듯이 많은 단백질 제품 (예: 췌장 세포)을 생산하는 세포는 더 높은 밀도의 리보솜을 가지고 있습니다.
리보솜의 구조
원핵 생물에서 리보솜은 3 개의 개별 rRNA 분자를 포함하는 반면, 진핵 생물에서는 리보솜이 4 개의 개별 rRNA 분자를 포함합니다. 리보솜은 큰 하위 단위와 작은 하위 단위로 구성됩니다. 21 세기 초, 하위 단위의 완전한 3 차원 구조가 매핑되었습니다. 이 증거를 바탕으로 단백질이 아닌 rRNA는 리보솜에 기본 형태와 기능을 제공합니다. 생물 학자들은 오랫동안 그렇게 의심했습니다. 리보솜의 단백질은 주로 구조적 틈새를 메우고 리보솜의 주요 역할 인 단백질 합성을 향상시킵니다. 단백질 합성은 이러한 단백질없이 발생할 수 있지만 훨씬 느린 속도로 진행됩니다.
리보솜의 사실상의 질량 단위는 Svedberg (S) 값으로, 원심 분리기의 구심력 하에서 서브 유닛이 시험관 바닥에 얼마나 빨리 정착하는지에 기반합니다. 진핵 세포의 리보솜은 일반적으로 80S의 Svedberg 값을 가지며 40 및 60s 하위 단위로 구성됩니다. (S 단위는 분명히 실제 질량이 아닙니다. 그렇지 않으면 여기서 수학은 의미가 없습니다.) 대조적으로 원핵 세포는 70S에 이르는 리보솜을 포함하고 30S 및 50S 하위 단위로 분할됩니다.
각각 유사하지만 동일하지 않은 단량체 단위로 만들어진 단백질과 핵산은 모두 1 차, 2 차 및 3 차 구조를 가지고 있습니다. RNA의 주요 구조는 질소 염기에 따라 달라지는 개별 뉴클레오티드의 순서입니다. 예를 들어, AUCGGCAUGC라는 문자는 염기가 아데닌, 우라실, 시토신 및 구아닌 인 핵산의 10 개 뉴클레오티드 문자열 (이렇게 짧으면 "폴리 뉴클레오티드"라고 함)을 설명합니다. RNA의 2 차 구조는 뉴클레오티드 사이의 전기 화학적 상호 작용으로 인해 스트링이 단일 평면에서 어떻게 구부러지고 꼬임을 가정하는지 설명합니다. 구슬을 테이블 위에 놓고 연결하는 사슬이 똑 바르지 않다면 구슬의 2 차 구조를보고있는 것입니다. 마지막으로 3 차 협착은 전체 분자가 3 차원 공간에서 어떻게 배열되는지를 나타냅니다. 구슬 예제를 계속해서 테이블에서 집어 들고 손으로 공 모양으로 압축하거나 배 모양으로 접을 수도 있습니다.
리보솜 구성에 대해 더 깊이 파헤 치기
오늘날의 고급 실험실 방법을 사용할 수있게되기 훨씬 전에 생화학 자들은 다음에 대해 예측할 수있었습니다. 알려진 1 차 서열과 개인의 전기 화학적 특성에 기반한 rRNA의 2 차 구조 기지. 예를 들어, A는 유리한 꼬임이 형성되어 U와 짝을 이루는 경향이 있었습니까? 2000 년대 초, 결정 학적 분석은 rRNA의 형태에 대한 초기 연구자들의 많은 아이디어를 확인하여 그 기능에 대한 더 많은 빛을 비추는 데 도움이되었습니다. 예를 들어, 결정학 연구는 rRNA가 단백질 합성에 참여하고 리보솜의 단백질 구성 요소와 매우 유사한 구조적 지원을 제공한다는 것을 보여주었습니다. rRNA는 번역이 발생하는 대부분의 분자 플랫폼을 구성하고 촉매 활성을 가지며 이는 rRNA가 단백질 합성에 직접 참여 함을 의미합니다. 이로 인해 일부 과학자들은 구조를 설명하기 위해 "리보솜"대신 "리보 자임"(즉, "리보솜 효소")이라는 용어를 사용합니다.
이자형. 대장균 박테리아는 과학자들이 원핵 생물 리보솜 구조에 대해 얼마나 많은 것을 배울 수 있는지에 대한 예를 제공합니다. 대형 서브 유닛 또는 LSU 이자형. 대장균 리보솜은 별개의 5S 및 23S rRNA 단위와 33 개의 단백질로 구성되며 "리보솜"을 의미하는 r- 단백질이라고합니다. 작은 서브 유닛 또는 SSU는 하나의 16S rRNA 부분과 21 개의 r- 단백질을 포함합니다. 대략적으로 말하면 SSU는 LSU 크기의 약 2/3입니다. 또한 LSU의 rRNA는 7 개의 도메인을 포함하고 SSU의 rRNA는 4 개의 도메인으로 나눌 수 있습니다.
진핵 리보솜의 rRNA는 원핵 리보솜의 rRNA보다 약 1,000 개 더 많은 뉴클레오티드를 가지고 있습니다. 4,500. 이므로 이자형. 대장균 리보솜은 LSU (33)와 SSU (21) 사이에 54 개의 r- 단백질을 특징으로하며, 진핵 생물 리보솜에는 80 개의 r- 단백질이 있습니다. 진핵 리보솜은 또한 구조적 및 단백질 합성 역할을하는 rRNA 확장 세그먼트를 포함합니다.
리보솜 기능: 번역
리보솜의 역할은 효소에서 호르몬, 세포와 근육의 일부에 이르기까지 유기체에 필요한 모든 범위의 단백질을 만드는 것입니다. 이 과정을 번역이라고하며 분자 생물학의 핵심 교리의 세 번째 부분 인 DNA에서 mRNA로 (전사)에서 단백질 (번역)로 전환됩니다.
이것을 번역이라고 부르는 이유는 리보솜이 자신의 장치에 맡겨져있어 독립적 인 방법이 없기 때문입니다. 모든 원료, 장비 및 인력을 보유하고 있음에도 불구하고 어떤 단백질을 만들고 얼마를 만들 것인지 "알아" 필수입니다. "이행 센터"비유로 돌아가서이 거대한 중 하나의 통로와 역을 채우는 수천 명의 작업자를 상상해보십시오. 장난감과 책, 스포츠 용품을 둘러 보지만 인터넷 (또는 다른 곳에서)에서 무엇에 대한 지시를받지 못합니다. 할 것. 아무 일도 일어나지 않거나 적어도 비즈니스에 생산성이 없습니다.
그러면 번역 된 것은 mRNA로 암호화 된 명령어이며, 차례로 세포핵의 DNA에서 코드를 가져옵니다 (유체가 진핵 생물 인 경우; 원핵 생물은 핵이 부족합니다). 전사 과정에서 mRNA는 DNA 주형에서 만들어지며 뉴클레오티드는 주형 DNA 가닥의 뉴클레오티드에 해당하는 mRNA 사슬을 기본 페어링. DNA에서 A는 RNA에서 U를 생성하고, C는 G를 생성하고, G는 C를 생성하고, T는 A를 생성합니다. 이러한 뉴클레오티드는 선형 서열로 나타나기 때문에 2 개, 3 개, 10 개 또는 임의의 수의 그룹으로 통합 될 수 있습니다. 실제로 mRNA 분자에있는 세 개의 뉴클레오타이드 그룹은 특이성을 위해 코돈 또는 "트리플렛 코돈"이라고합니다. 각 코돈은 20 개의 아미노산 중 하나에 대한 지침을 가지고 있으며, 이는 단백질의 구성 요소라는 것을 기억할 것입니다. 예를 들어, AUG, CCG 및 CGA는 모두 코돈이며 특정 아미노산을 만드는 지침이 있습니다. 64 개의 서로 다른 코돈 (3의 거듭 제곱으로 올린 4 개의 염기는 64와 같음)이 있지만 20 개의 아미노산 만 있습니다. 결과적으로 대부분의 아미노산은 하나 이상의 삼중 항으로 코딩되고 두 개의 아미노산은 6 개의 서로 다른 삼중 항 코돈으로 지정됩니다.
단백질 합성에는 또 다른 유형의 RNA 인 tRNA가 필요합니다. 이 유형의 RNA는 물리적으로 아미노산을 리보솜으로 가져옵니다. 리보솜에는 개인화 된 주차 공간과 같은 세 개의 인접한 tRNA 결합 부위가 있습니다. 하나는 아미노 아실 결합 부위는 단백질의 다음 아미노산, 즉 들어오는 아미노산에 부착 된 tRNA 분자에 대한 것입니다. 두 번째는 펩 티딜 결합 부위, 성장하는 펩티드 사슬을 포함하는 중앙 tRNA 분자가 부착됩니다. 세 번째이자 마지막은 출구 결합 부위, 사용되는 경우 현재 비어있는 tRNA 분자는 리보솜에서 방출됩니다.
아미노산이 중합되고 단백질 백본이 형성되면 리보솜은 단백질을 방출 한 다음 원핵 생물에서 세포질로, 진핵 생물에서 골지체로 운반됩니다. 그런 다음 모든 리보솜이 국소 및 원거리 사용을 위해 단백질을 생산하기 때문에 단백질은 세포 내부 또는 외부에서 완전히 처리되고 방출됩니다. 리보솜은 매우 효율적입니다. 진핵 세포의 단일 세포는 성장하는 단백질 사슬에 매초 두 개의 아미노산을 추가 할 수 있습니다. 원핵 생물에서 리보솜은 거의 광란의 속도로 작동하여 매초마다 20 개의 아미노산을 폴리펩티드에 추가합니다.
진화 각주: 진핵 생물에서 리보솜은 앞서 언급 한 지점에 위치 할뿐만 아니라 동물의 미토콘드리아와 식물의 엽록체에서도 발견 될 수 있습니다. 이 리보솜은이 세포에서 발견되는 다른 리보솜과 크기 및 구성이 매우 다르며 박테리아 및 청록색 조류 세포의 원핵 리보솜에 귀를 기울입니다. 이것은 미토콘드리아와 엽록체가 조상 원핵 생물에서 진화했다는 합리적으로 강력한 증거로 간주됩니다.