Didieji mažmenininkai šiais laikais turi „įvykdymo centrus“, kad galėtų tvarkyti didžiulį internetinių užsakymų, kuriuos jie gauna iš viso pasaulio, kiekį. Čia, šiose sandėliuose panašiose konstrukcijose, atskiri produktai yra kuo efektyviau susekami, supakuojami ir išsiunčiami į milijonus paskirties vietų. Smulkios struktūros, vadinamos ribosomomis, iš tikrųjų yra ląstelių pasaulio išsipildymo centrai, iš kurių gaunami daugybės baltymų produktų užsakymai kurjerio ribonukleino rūgštis (mRNR) ir greitai bei efektyviai surinkdami tuos produktus ir eidami ten, kur jiems reikia.
Ribosomos paprastai laikomos organelais, nors molekulinės biologijos puristai kartais nurodo, kad jų yra prokariotuose (dažniausiai iš kurių yra bakterijos), taip pat eukariotai ir trūksta membranos, skiriančios juos nuo ląstelės vidaus, du požymiai, kuriuos galima diskvalifikuojantis. Bet kuriuo atveju tiek prokariotinėse, tiek eukariotinėse ląstelėse yra ribosomų, kurių struktūra ir funkcija yra tarp patrauklesnės biochemijos pamokos dėl to, kiek pagrindinių sąvokų yra ribosomų buvimas ir elgesys pabrėžti.
Iš ko gaminamos ribosomos?
Ribosomas sudaro apie 60 proc. Baltymų ir apie 40 proc ribosominė RNR (rRNR). Tai yra įdomus ryšys, turint omenyje, kad baltymų sintezei ar transliacijai reikalinga RNR rūšis (pasiuntinė RNR arba mRNR). Taigi tam tikra prasme ribosomos yra tarsi desertas, susidedantis iš nemodifikuotų kakavos pupelių ir rafinuoto šokolado.
RNR yra viena iš dviejų nukleorūgščių rūšių, randamų gyvų būtybių pasaulyje, kita yra dezoksiribonukleino rūgštis arba DNR. DNR yra žinomiausia iš šių dviejų, dažnai minima ne tik pagrindiniuose mokslo straipsniuose, bet ir kriminalinėse istorijose. Bet RNR iš tikrųjų yra universalesnė molekulė.
Nukleorūgštys susideda iš monomerų arba atskirų vienetų, kurie veikia kaip atskiros molekulės. Glikogenas yra gliukozės monomerų polimeras, baltymai yra aminorūgščių monomerų polimerai, o nukleotidai yra monomerai, iš kurių gaminamos DNR ir RNR. Savo ruožtu nukleotidai susideda iš penkių žiedų cukraus, fosfato ir azoto bazinės dalies. DNR cukrus yra dezoksiribozė, o RNR - ribozė; jie skiriasi tik tuo, kad RNR turi -OH (hidroksilo) grupę, kur DNR turi -H (protoną), tačiau pasekmės įspūdingam RNR funkcionalumui yra reikšmingos. Be to, nors azoto bazė ir DNR, ir RNR nukleotide yra vienas iš keturių galimų tipų, šie DNR tipai yra adeninas, citozinas, guaninas ir timinas (A, C, G, T), tuo tarpu RNR uracilas yra pakeistas timinu (A, C, G, U). Galiausiai, DNR beveik visada yra dviguba, o RNR yra viengrandė. Būtent šis skirtumas nuo RNR galbūt labiausiai prisideda prie RNR universalumo.
Trys pagrindiniai RNR tipai yra minėta mRNR ir rRNR kartu su perdavimo RNR (tRNR). Nors beveik pusė ribosomų masės yra rRNR, mRNR ir tRNR turi intymius ir nepamainomus ryšius tiek su ribosomomis, tiek su viena su kita.
Eukariotų organizmuose ribosomos dažniausiai randamos prisitvirtinusios prie endoplazminio tinklo, membraninių struktūrų tinklo, geriausiai panašaus į ląstelių greitkelio ar geležinkelio sistemą. Kai kurios eukariotinės ribosomos ir visos prokariotinės ribosomos ląstelės citoplazmoje randamos laisvos. Atskirose ląstelėse gali būti nuo tūkstančių iki milijonų ribosomų; kaip galite tikėtis, ląstelėse, kurios gamina daug baltymų produktų (pvz., kasos ląstelės), ribosomų tankis didesnis.
Ribosomų struktūra
Prokariotuose ribosomos apima tris atskiras rRNR molekules, o eukariotuose ribosomos apima keturias atskiras rRNR molekules. Ribosomos susideda iš didelio subvieneto ir mažo subvieneto. XXI amžiaus pradžioje buvo pavaizduota visiška trimatė subvienetų struktūra. Remiantis šiais įrodymais, rRNR, o ne baltymai, suteikia ribosomai pagrindinę formą ir funkciją; biologai jau seniai tiek įtarė. Ribosomose esantys baltymai pirmiausia padeda užpildyti struktūrines spragas ir sustiprina pagrindinį ribosomos darbą - baltymų sintezę. Baltymų sintezė gali vykti be šių baltymų, tačiau tai atliekama daug lėčiau.
Faktiniai ribosomų masės vienetai yra jų Svedbergo (S) vertės, pagrįstos tuo, kaip greitai subcentrai nusėda ant mėgintuvėlių dugno veikiant centrifugos centripetinei jėgai. Eukariotų ląstelių ribosomų Svedbergo vertės paprastai yra 80S ir susideda iš 40 ir 60 subvienetų. (atkreipkite dėmesį, kad S vienetai akivaizdžiai nėra faktinės masės; kitaip matematika čia neturėtų prasmės.) Priešingai, prokariotinėse ląstelėse yra ribosomų, pasiekiančių 70S, suskaidytų į 30S ir 50S subvienetus.
Tiek baltymai, tiek nukleorūgštys, pagamintos iš panašių, bet ne identiškų monomerinių vienetų, turi pirminę, antrinę ir tretinę struktūrą. Pagrindinė RNR struktūra yra atskirų nukleotidų išsidėstymas, kuris savo ruožtu priklauso nuo jų azoto bazių. Pavyzdžiui, raidės AUCGGCAUGC apibūdina dešimties nukleotidų eilę nukleorūgšties (vadinamos „polinukleotidu“, kai ji tokia trumpa) su bazėmis adeninu, uracilu, citozinu ir guaninu. Antrinė RNR struktūra apibūdina, kaip virvė prisiima lenkimus ir pasislenka į vieną plokštumą dėl elektrocheminės sąveikos tarp nukleotidų. Jei ant stalo uždėtumėte karoliukų virvelę, o juos sujungianti grandinė nebūtų tiesi, žiūrėtumėte į antrinę karoliukų struktūrą. Galiausiai, tretinis striktūra reiškia, kaip visa molekulė išsidėsto trimatėje erdvėje. Tęsdami karoliukų pavyzdį, galite jį pasiimti nuo stalo ir suspausti į rutulio formos ranką arba net sulankstyti į valties formą.
Kasimas giliau į ribosominę kompoziciją
Gerokai prieš pradedant naudoti pažangiausius šių dienų laboratorinius metodus, biochemikai galėjo prognozuoti antrinė rRNR struktūra, pagrįsta žinoma pirmine seka ir individo elektrocheminėmis savybėmis pagrindai. Pavyzdžiui, ar A buvo linkęs poruotis su U, jei susidarė palankus kinkas ir juos priartino? 2000-ųjų pradžioje kristalografinė analizė patvirtino daugelį ankstyvųjų tyrinėtojų idėjų apie rRNR formą, padėdama dar labiau išaiškinti jos funkciją. Pavyzdžiui, kristalografiniai tyrimai parodė, kad rRNR ir dalyvauja baltymų sintezėje, ir suteikia struktūrinę atramą, panašiai kaip ribosomų baltymų komponentas. rRNR sudaro didžiąją dalį molekulinės platformos, ant kurios vyksta transliacija, ir turi katalizinį aktyvumą, o tai reiškia, kad rRNR tiesiogiai dalyvauja baltymų sintezėje. Tai paskatino kai kuriuos mokslininkus struktūrai apibūdinti vietoj „ribosomos“ vartoti terminą „ribozimas“ (t. Y. „Ribosomos fermentas“).
E. coli bakterijos pateikia pavyzdį, kiek mokslininkai sugebėjo sužinoti apie prokariotų ribosomų struktūrą. Didysis ESB subvienetas arba LSU E. coli ribosoma susideda iš atskirų 5S ir 23S rRNR vienetų ir 33 baltymų, vadinamų r-baltymų, vadinamų „ribsomalu“. Mažasis subvienetas arba SSU apima vieną 16S rRNR dalį ir 21 r-baltymą. Apytiksliai tariant, SSU yra maždaug du trečdaliai LSU dydžio. Be to, LSU rRNR apima septynis domenus, o SSU rRNR galima suskirstyti į keturis domenus.
Eukariotinių ribosomų rRNR turi apie 1000 nukleotidų daugiau nei prokariotinių ribosomų rRNR - apie 5500 vs. 4,500. Kadangi E. coli ribosomos turi 54 r-baltymus tarp LSU (33) ir SSU (21), eukariotinės ribosomos turi 80 r-baltymus. Eukariotinė ribosoma taip pat apima rRNR išsiplėtimo segmentus, kurie atlieka struktūrinį ir baltymų sintezės vaidmenį.
Ribosomos funkcija: vertimas
Ribosomos užduotis yra sukurti visą organizmui reikalingą baltymų spektrą, pradedant fermentais, baigiant hormonais, baigiant ląstelių ir raumenų dalimis. Šis procesas vadinamas transliacija, ir tai yra trečioji centrinės molekulinės biologijos dogmos dalis: DNR į mRNR (transkripcija) į baltymą (vertimas).
Priežastis, dėl kurios tai vadinama vertimu, yra ta, kad ribosomos, paliktos savo nuožiūra, neturi jokio savarankiško būdo „žinoti“, kokius baltymus gaminti ir kiek, nepaisant visų žaliavų, įrangos ir darbo jėgos reikalinga. Grįžtant prie „įvykdymo centro“ analogijos, įsivaizduokite, kad keli tūkstančiai darbuotojų pripildo vieno iš šių milžiniškų praėjimų ir stočių. vietų, apsižvalgę po žaislus, knygas ir sporto prekes, bet iš interneto (ar iš bet kur kitur) negaunate informacijos apie ką daryti. Nieko neatsitiks, arba bent jau nieko, kas nedera verslui.
Taigi verčiamos instrukcijos, užkoduotos mRNR, kuri savo ruožtu gauna kodą iš ląstelės branduolyje esančios DNR (jei organizmas yra eukariotas; prokariotams trūksta branduolių). Transkripcijos metu iRNR yra pagaminta iš DNR šablono, o nukleotidai pridedami prie auganti iRNR grandinė, atitinkanti DNR matricos grandinės nukleotidus bazės poravimas. A DNR generuoja U RNR, C generuoja G, G generuoja C, o T - A. Kadangi šie nukleotidai pasirodo tiesine seka, juos galima įtraukti į grupes po du, tris, dešimt ar bet kuriuos skaičius. Kaip atsitinka, trijų nukleotidų grupė iRNR molekulėje specifiškumo tikslais vadinama kodonu arba „tripleto kodonu“. Kiekviename kodone pateikiamos instrukcijos vienai iš 20 aminorūgščių, kurios, jūsų manymu, yra baltymų statybiniai blokai. Pavyzdžiui, AUG, CCG ir CGA yra visi kodonai ir turi instrukcijas, kaip pagaminti konkrečią aminorūgštį. Yra 64 skirtingi kodonai (4 bazės pakeltos 3 galia yra lygios 64), bet tik 20 aminorūgščių; dėl to daugumą aminorūgščių koduoja daugiau nei vienas tripletas, o porą aminorūgščių nurodo šeši skirtingi tripleto kodonai.
Baltymų sintezei reikia dar vienos rūšies RNR, tRNR. Šio tipo RNR fiziškai atneša aminorūgštis į ribosomą. Ribosomoje yra trys gretimos tRNR surišimo vietos, pavyzdžiui, asmeninės automobilių stovėjimo vietos. Vienas yra aminoacilas prisijungimo vieta, skirta tRNR molekulei, prisijungusiai prie kitos baltymo aminorūgšties, tai yra, įeinančios aminorūgšties. Antrasis yra peptidilas prisijungimo vieta, kur tvirtinasi centrinė tRNR molekulė, kurioje yra auganti peptidinė grandinė. Trečias ir paskutinis yra išėjimas jungimosi vieta, kur naudojama, dabar tuščios tRNR molekulės išleidžiamos iš ribosomos.
Polimerizavus aminorūgštis ir susidarius baltymo stuburui, ribosoma išskiria baltymą, kuris tada prokariotais pernešamas į citoplazmą, o eukariotais - į Golgi kūnus. Tada baltymai visiškai apdorojami ir išsiskiria ląstelės viduje arba išorėje, nes visos ribosomos gamina baltymus tiek vietiniam, tiek tolimam naudojimui. Ribosomos yra labai efektyvios; eukariotinėje ląstelėje esantis vienas kas sekundę į augančią baltymų grandinę gali pridėti dvi aminorūgštis. Prokariotuose ribosomos veikia beveik pašėlusiu tempu, kas sekundę į polipeptidą pridedant 20 aminorūgščių.
Evoliucijos išnaša: eukariotuose ribosomos, be išsidėsčiusių minėtose vietose, taip pat gali būti gyvūnų mitochondrijose ir augalų chloroplastuose. Šios ribosomos savo dydžiu ir sudėtimi labai skiriasi nuo kitų šiose ląstelėse randamų ribosomų ir klausosi bakterinių ir mėlynai žaliųjų dumblių ląstelių prokariotinių ribosomų. Tai laikoma pakankamai svariu įrodymu, kad mitochondrijos ir chloroplastai išsivystė iš protėvių prokariotų.