Welke rol speelt het ribosoom bij vertaling?

ribosomen zijn zeer diverse eiwitstructuren die in alle cellen worden aangetroffen. In prokaryotische organismen, waaronder de bacteriën en Archaea domeinen, ribosomen "zweven" vrij in het cytoplasma van cellen. In de Eukaryota domein, worden ribosomen ook vrij aangetroffen in het cytoplasma, maar vele andere zijn gehecht aan enkele van de organellen van deze eukaryote cellen, die de dieren-, planten- en schimmelwereld vormen.

Je ziet misschien dat sommige bronnen naar ribosomen verwijzen als organellen, terwijl anderen beweren dat hun gebrek aan een omringend membraan en hun bestaan ​​in prokaryoten hen diskwalificeert voor deze status. Deze discussie gaat ervan uit dat ribosomen in feite verschillen van organellen.

De functie van ribosomen is het produceren van eiwitten. Ze doen dit in een proces dat bekend staat als: vertaling, waarbij instructies worden genomen die zijn gecodeerd in boodschapper-ribonucleïnezuur (mRNA) en deze gebruiken om eiwitten uit aminozuren.

Prokaryotische cellen

Lees meer over de definitie, structuur en functie van prokaryoten.

Omdat prokaryoten lagere metabolische behoeften hebben dan complexere organismen, hebben ze een relatief lage dichtheid van ribosomen in hun binnenste, omdat ze niet hoeven deel te nemen aan de vertaling van zoveel verschillende eiwitten als meer uitgebreid cellen doen.

Eukaryotische cellen, gevonden in de planten, dieren en schimmels die deel uitmaken van het domein Eukaryota, zijn veel complexer dan hun prokaryotische tegenhangers. Naast de vier essentiële celcomponenten die hierboven zijn opgesomd, hebben deze cellen een kern en een aantal andere membraangebonden structuren die organellen worden genoemd. Een van deze organellen, het endoplasmatisch reticulum, heeft een intieme relatie met ribosomen, zoals je zult zien.

Om translatie te laten plaatsvinden, moet er een mRNA-streng zijn om te vertalen. mRNA kan op zijn beurt alleen aanwezig zijn als transcriptie heeft plaatsgevonden.

Transcriptie is het proces waarbij de nucleotide-basesequentie van het DNA van een organisme codeert voor zijn genen, of lengtes van DNA die overeenkomen met een specifiek eiwitproduct, in het verwante molecuul-RNA. Nucleotiden in DNA hebben de afkortingen A, C, G en T, terwijl RNA de eerste drie hiervan omvat, maar U vervangt door T.

Wanneer de dubbele DNA-streng zich in twee strengen afwikkelt, kan transcriptie langs een ervan plaatsvinden. Dit gebeurt op een voorspelbare manier, aangezien A in het DNA wordt getranscribeerd in U in mRNA, C in G, G in C en T in A. Het mRNA verlaat dan het DNA (en bij eukaryoten de kern; in prokaryoten zit het DNA in het cytoplasma in een enkel, klein, ringvormig chromosoom) en beweegt door het cytoplasma totdat het een ribosoom tegenkomt, waar de translatie begint.

Het doel van ribosomen is om te dienen als translatieplaatsen. Voordat ze deze taak kunnen helpen coördineren, moeten ze zelf in elkaar worden gezet, omdat ribosomen alleen in hun functionele vorm bestaan ​​als ze actief zijn als eiwitproducenten. In rust vallen ribosomen uiteen in a paar subeenheden, een grote en een kleine.

Sommige zoogdiercellen hebben maar liefst 10 miljoen verschillende ribosomen. Bij eukaryoten worden sommige hiervan gevonden vastgehecht aan het endoplasmatisch reticulum (ER), wat resulteert in wat wordt genoemd ruw endoplasmatisch reticulum (RER). Daarnaast zijn ribosomen te vinden in de mitochondriën van eukaryoten en in de chloroplasten van plantencellen.

Sommige ribosomen kunnen aminozuren, de zich herhalende eenheden van eiwitten, aan elkaar hechten met een snelheid van 200 per minuut of meer dan drie per seconde. Ze hebben meerdere bindingsplaatsen vanwege de meerdere moleculen die deelnemen aan translatie, waaronder: overdracht RNA (tRNA), mRNA, aminozuren en de groeiende polypeptideketen waaraan de aminozuren worden gehecht.

Ribosomen worden over het algemeen beschreven als eiwitten. Ongeveer tweederde van de massa van ribosomen bestaat echter uit een soort RNA dat, toepasselijk genoeg, ribosomaal RNA (rRNA) wordt genoemd. Ze zijn niet omgeven door een dubbel plasmamembraan, zoals organellen en de cel als geheel. Ze hebben echter wel een eigen membraan.

De grootte van ribosomale subeenheden wordt niet strikt in massa gemeten, maar in een hoeveelheid die de Svedberg (S) -eenheid wordt genoemd. Deze beschrijven de sedimentatie-eigenschappen van de subeenheden. Ribosomen hebben een 30S-subeenheid en een 50S-subeenheid. De grootste van de twee fungeert voornamelijk als katalysator tijdens translatie, terwijl de kleinere meestal als decoder werkt.

Er zijn ongeveer 80 verschillende eiwitten in de ribosomen van eukaryoten, waarvan 50 of meer uniek zijn voor ribosomen. Zoals opgemerkt, zijn deze eiwitten goed voor ongeveer een derde van de totale massa van ribosomen. Ze worden vervaardigd in de nucleolus in de kern en vervolgens geëxporteerd naar het cytoplasma.

Lees meer over de definitie, structuur en functie van ribosomen.

Eiwitten zijn lange ketens van aminozuren, waarvan er zijn 20 verschillende soorten. Aminozuren zijn aan elkaar gekoppeld om deze ketens te vormen door interacties die bekend staan ​​als peptidebindingen.

Alle aminozuren bevatten drie regio's: een aminogroep, een carbonzuurgroep en een zijketen, in de taal van biochemici gewoonlijk de "R-keten" genoemd. De aminogroep en de carbonzuurgroep zijn invariant; het is dus de aard van de R-keten die de unieke structuur en het gedrag van het aminozuur bepaalt.

Sommige aminozuren zijn hydrofiel vanwege hun zijketens, wat betekent dat ze water "zoeken"; andere zijn hydrofoob en weerstand bieden aan interacties met gepolariseerde moleculen. Dit heeft de neiging om te dicteren hoe de aminozuren in een eiwit in de driedimensionale ruimte zullen worden geassembleerd zodra de polypeptideketen wordt lang genoeg om interacties tussen niet-naburige aminozuren een kwestie.

Binnenkomend mRNA bindt aan ribosomen om het translatieproces te starten. In eukaryoten codeert een enkele mRNA-streng voor slechts één eiwit, terwijl in prokaryoten een mRNA-streng meerdere genen kan bevatten en daarom codeert voor meerdere eiwitproducten. Tijdens de initiatiefase, is methionine altijd het aminozuur waarvoor het eerst wordt gecodeerd, meestal door de basensequentie AUG. Elk aminozuur wordt in feite gecodeerd door een specifieke sequentie van drie basen op mRNA (en soms codeert meer dan één sequentie voor hetzelfde aminozuur).

Dit proces wordt mogelijk gemaakt door een "docking"-site op de kleine ribosomale subeenheid. Hier binden zowel een methionyl-tRNA (het gespecialiseerde RNA-molecuul dat methionine transporteert) als het mRNA aan het ribosoom, dichter bij elkaar en laat het mRNA de juiste tRNA-moleculen sturen (er zijn er 20, één voor elk aminozuur) aankomen. Dit is de "A"-site. Op een ander punt ligt de "P"-plaats, waar de groeiende polypeptideketen aan het ribosoom gebonden blijft.

Naarmate de translatie verder gaat dan de initiatie met methionine, wordt elk nieuw binnenkomend aminozuur opgeroepen naar de "A"-plaats door het mRNA-codon, wordt het snel verplaatst naar de polypeptideketen op de "P" website (verlengingsfase:). Hierdoor kan het volgende codon van drie nucleotiden in de mRNA-sequentie het volgende benodigde tRNA-aminozuurcomplex noemen, enzovoort. Uiteindelijk wordt het eiwit voltooid en vrijgegeven uit het ribosoom (beëindigingsfase:).

Beëindiging wordt geïnitieerd door stopcodons (UAA, UAG of UGA) die geen overeenkomstige tRNA's hebben, maar in plaats daarvan signaalafgiftefactoren om een ​​einde te maken aan de eiwitsynthese. Het polypeptide wordt verzonden en de twee ribosomale subeenheden scheiden zich.