Bugünlerde büyük perakendeciler, dünyanın dört bir yanından aldıkları çevrimiçi siparişlerin büyük hacmiyle başa çıkmak için "yerine getirme merkezlerine" sahipler. Burada, bu depo benzeri yapılarda, tek tek ürünler takip edilmekte, paketlenmekte ve mümkün olan en verimli şekilde milyonlarca varış noktasına sevk edilmektedir. Ribozom adı verilen küçük yapılar aslında hücresel dünyanın tatmin merkezleridir ve sayısız protein ürünü için sipariş alırlar. haberci ribonükleik asit (mRNA) ve bu ürünleri hızlı ve verimli bir şekilde monte etmek ve ihtiyaç duyulan yere götürmek.
Ribozomlar genellikle organeller olarak kabul edilir, ancak moleküler biyoloji uzmanları bazen prokaryotlarda (çoğu (bunlardan biri bakteridir) ve ökaryotlardır ve onları hücrenin içinden ayıran bir zardan yoksundurlar. diskalifiye. Her durumda, hem prokaryotik hücreler hem de ökaryotik hücreler, yapısı ve işlevi arasında yer alan ribozomlara sahiptir. ribozomların varlığı ve davranışının kaç temel kavram olduğu nedeniyle biyokimyada daha etkileyici dersler vurgulamak.
Ribozomlar Nelerden Yapılmıştır?
Ribozomlar yaklaşık yüzde 60 protein ve yaklaşık yüzde 40'tan oluşur. ribozomal RNA (rRNA). Protein sentezi veya translasyon için bir tür RNA'nın (haberci RNA veya mRNA) gerekli olduğu düşünüldüğünde, bu ilginç bir ilişkidir. Yani bir bakıma ribozomlar, hem değiştirilmemiş kakao çekirdeklerinden hem de rafine çikolatadan oluşan bir tatlı gibidir.
RNA, canlılar dünyasında bulunan iki tür nükleik asitten biridir, diğeri deoksiribonükleik asit veya DNA'dır. DNA, ikisi arasında en kötü şöhrete sahip olanıdır ve genellikle yalnızca ana bilim makalelerinde değil, aynı zamanda suç hikayelerinde de bahsedilir. Ancak RNA aslında daha çok yönlü moleküldür.
Nükleik asitler, monomerlerden veya bağımsız moleküller olarak işlev gören farklı birimlerden oluşur. Glikojen, glikoz monomerlerinin bir polimeridir, proteinler, amino asit monomerlerinin polimerleridir ve nükleotitler, DNA ve RNA'nın yapıldığı monomerlerdir. Nükleotidler sırasıyla beş halkalı bir şeker kısmı, bir fosfat kısmı ve bir azotlu baz kısmından oluşur. DNA'da şeker deoksiriboz iken RNA'da ribozdur; bunlar yalnızca RNA'nın bir -OH (hidroksil) grubuna sahip olmasıyla farklılık gösterir, burada DNA bir -H'ye (bir proton) sahiptir, ancak RNA'nın etkileyici işlevsellik dizisi için çıkarımlar dikkate değerdir. Ek olarak, hem bir DNA nükleotidi hem de bir RNA nükleotidi içindeki azotlu baz dört olası türden biri iken, bunlar DNA'daki tipler adenin, sitozin, guanin ve timindir (A, C, G, T), oysa RNA'da timin yerine urasil (A, C, G, U). Son olarak, DNA neredeyse her zaman çift sarmallı iken RNA tek sarmallıdır. RNA'nın çok yönlülüğüne belki de en çok katkıda bulunan şey RNA'dan bu farklılıktır.
Üç ana RNA türü, yukarıda bahsedilen mRNA ve rRNA ile birlikte transfer RNA'sıdır (tRNA). Ribozomların kütlesinin yarısına yakını rRNA iken, mRNA ve tRNA'nın her ikisi de hem ribozomlarla hem de birbirleriyle yakın ve vazgeçilmez ilişkilere sahiptir.
Ökaryotik organizmalarda, ribozomlar çoğunlukla, hücreler için bir karayolu veya demiryolu sistemine en iyi benzeyen zarlı yapılardan oluşan bir ağ olan endoplazmik retikuluma bağlı bulunur. Bazı ökaryotik ribozomlar ve tüm prokaryotik ribozomlar hücre sitoplazmasında serbest halde bulunur. Bireysel hücreler binlerce ila milyonlarca ribozoma sahip olabilir; Tahmin edebileceğiniz gibi, çok fazla protein ürünü üreten hücreler (örneğin pankreas hücreleri) daha yüksek bir ribozom yoğunluğuna sahiptir.
Ribozomların Yapısı
Prokaryotlarda ribozomlar üç ayrı rRNA molekülü içerirken ökaryotlarda ribozomlar dört ayrı rRNA molekülü içerir. Ribozomlar büyük bir alt birimden ve küçük bir alt birimden oluşur. 21. yüzyılın başında, alt birimlerin tam üç boyutlu yapısı haritalandı. Bu kanıta dayanarak, ribozoma temel biçimini ve işlevini proteinler değil rRNA sağlar; biyologlar uzun zamandır bundan şüpheleniyorlardı. Ribozomlardaki proteinler öncelikle yapısal boşlukları doldurmaya yardımcı olur ve ribozomun ana işini, yani protein sentezini geliştirir. Protein sentezi bu proteinler olmadan gerçekleşebilir, ancak bunu çok daha yavaş bir hızda yapar.
Ribozomların fiili kütle birimleri, alt birimlerin bir santrifüjün merkezcil kuvveti altında test tüplerinin dibine ne kadar hızlı yerleştiğine dayanan Svedberg (S) değerleridir. Ökaryotik hücrelerin ribozomları genellikle 80S Svedberg değerlerine sahiptir ve 40'lar ve 60'lar alt birimlerinden oluşur. (S birimlerinin açıkça gerçek kütleler olmadığına dikkat edin; aksi takdirde buradaki matematik hiçbir anlam ifade etmeyecektir.) Tersine, prokaryotik hücreler, 30S ve 50S alt birimlerine bölünmüş 70S'ye ulaşan ribozomlar içerir.
Her biri benzer fakat aynı olmayan monomerik birimlerden oluşan hem proteinler hem de nükleik asitler, birincil, ikincil ve üçüncül bir yapıya sahiptir. RNA'nın birincil yapısı, sırayla azotlu bazlarına bağlı olan bireysel nükleotitlerin sıralamasıdır. Örneğin, AUCGGCAUGC harfleri, adenin, urasil, sitozin ve guanin bazlarıyla on nükleotitlik bir nükleik asit dizisini (bu kadar kısa olduğunda "polinükleotit" olarak adlandırılır) tanımlar. RNA'nın ikincil yapısı, nükleotidler arasındaki elektrokimyasal etkileşimler sayesinde ipin tek bir düzlemde nasıl büküldüğünü ve büküldüğünü açıklar. Bir masanın üzerine bir dizi boncuk koyarsanız ve bunları birleştiren zincir düz değilse, boncukların ikincil yapısına bakarsınız. Son olarak, üçüncül darlık, tüm molekülün kendisini üç boyutlu uzayda nasıl düzenlediğini ifade eder. Boncuk örneğinden devam ederek, masadan alıp elinizde top şeklinde sıkıştırabilir, hatta katlayarak kayık şekli verebilirsiniz.
Ribozomal Kompozisyonu Daha Derine Kazmak
Günümüzün gelişmiş laboratuvar yöntemleri ortaya çıkmadan çok önce, biyokimyacılar hakkında tahminlerde bulunabiliyorlardı. Bilinen birincil diziye ve bireyin elektrokimyasal özelliklerine dayanan rRNA'nın ikincil yapısı bazlar. Örneğin, avantajlı bir bükülme oluşur ve onları yakınlaştırırsa A, U ile eşleşmeye meyilli miydi? 2000'lerin başında, kristalografik analiz, erken araştırmacıların çoğunun rRNA'nın formu hakkındaki fikirlerini doğruladı ve işlevine daha fazla ışık tutmasına yardımcı oldu. Örneğin, kristalografik çalışmalar, rRNA'nın hem protein sentezine katıldığını hem de ribozomların protein bileşeni gibi yapısal destek sunduğunu göstermiştir. rRNA, çevirinin gerçekleştiği ve katalitik aktiviteye sahip olduğu moleküler platformun çoğunu oluşturur; bu, rRNA'nın doğrudan protein sentezine katıldığı anlamına gelir. Bu, bazı bilim adamlarının yapıyı tanımlamak için "ribozom" yerine "ribozom" (yani "ribozom enzimi") terimini kullanmasına yol açmıştır.
E. koli bakteriler, bilim adamlarının prokaryot ribozomal yapısı hakkında ne kadar çok şey öğrenebildiğinin bir örneğini sunar. Büyük alt birimi veya LSU, E. koli ribozom, farklı 5S ve 23S rRNA birimlerinden ve "ribsomal" için r-proteinleri olarak adlandırılan 33 proteinden oluşur. Küçük alt birim veya SSU, bir 16S rRNA kısmı ve 21 r-proteini içerir. O halde kabaca konuşursak, SSU, LSU'nun yaklaşık üçte ikisi kadardır. Ek olarak, LSU'nun rRNA'sı yedi alan içerirken, SSU'nun rRNA'sı dört alana bölünebilir.
Ökaryotik ribozomların rRNA'sı, prokaryotik ribozomların rRNA'sından yaklaşık 1.000 daha fazla nükleotide sahiptir - yaklaşık 5.500'e karşılık. 4,500. Buna karşılık E. koli ribozomlarda LSU (33) ve SSU (21) arasında 54 r-protein bulunur, ökaryotik ribozomlarda 80 r-protein bulunur. Ökaryotik ribozom ayrıca hem yapısal hem de protein sentezi rolleri oynayan rRNA genişleme segmentlerini içerir.
Ribozom İşlevi: Çeviri
Ribozomun görevi, enzimlerden hormonlara, hücre ve kas bölümlerine kadar bir organizmanın ihtiyaç duyduğu tüm proteinleri yapmaktır. Bu sürece çeviri denir ve moleküler biyolojinin merkezi dogmasının üçüncü kısmıdır: DNA'dan mRNA'ya (transkripsiyon) proteine (çeviri).
Buna translasyon denmesinin nedeni, kendi haline bırakılan ribozomların bağımsız bir yola sahip olmamasıdır. tüm hammaddelere, ekipmana ve işgücüne sahip olmasına rağmen, hangi proteinlerin ne kadar üretileceğini "bilmek" gereklidir. "Yeterlilik merkezi" benzetmesine dönersek, birkaç bin işçinin bu devasa yerlerden birinin koridorlarını ve istasyonlarını doldurduğunu hayal edin. oyuncaklara, kitaplara ve spor malzemelerine bakarken internetten (veya başka hiçbir yerden) yapmak. Hiçbir şey olmayacaktı ya da en azından iş için üretken hiçbir şey olmayacaktı.
Çevrilen, o zaman, hücrenin çekirdeğindeki DNA'dan kodu alan mRNA'da kodlanmış talimatlardır (eğer organizma bir ökaryot ise; prokaryotlarda çekirdek yoktur). Transkripsiyon sürecinde mRNA, nükleotidlerin eklendiği bir DNA şablonundan yapılır. düzeyinde şablon DNA zincirinin nükleotidlerine karşılık gelen büyüyen mRNA zinciri baz eşleştirme. DNA'daki A, RNA'daki U'yu, C, G'yi, G, C'yi ve T, A'yı üretir. Bu nükleotidler lineer bir dizide göründükleri için iki, üç, on veya herhangi bir sayıdaki gruplara dahil edilebilirler. Olduğu gibi, bir mRNA molekülü üzerindeki üç nükleotitlik bir grup, spesifiklik amacıyla bir kodon veya "üçlü kodon" olarak adlandırılır. Her kodon, proteinlerin yapı taşları olduğunu hatırlayacağınız 20 amino asitten birinin talimatlarını taşır. Örneğin, AUG, CCG ve CGA'nın tümü kodonlardır ve belirli bir amino asit yapmak için talimatları taşırlar. 64 farklı kodon vardır (4 baz 3 eşittir 64'e yükseltilmiştir) ancak sadece 20 amino asit vardır; sonuç olarak, çoğu amino asit birden fazla üçlü tarafından kodlanır ve birkaç amino asit altı farklı üçlü kodon tarafından belirlenir.
Protein sentezi, başka bir RNA türü olan tRNA'yı gerektirir. Bu tip RNA, amino asitleri fiziksel olarak ribozoma getirir. Bir ribozom, kişiselleştirilmiş park yerleri gibi bitişik üç tRNA bağlanma bölgesine sahiptir. biri aminoasil proteindeki bir sonraki amino aside, yani gelen amino aside bağlı tRNA molekülü için olan bağlanma yeri. İkincisi peptidil Büyüyen peptit zincirini içeren merkezi tRNA molekülünün bağlandığı bağlanma bölgesi. Üçüncü ve sonuncusu bir çıkış Bağlanma yeri, kullanıldığı yerde, artık boş olan tRNA molekülleri ribozomdan boşaltılır.
Amino asitler polimerize edildikten ve bir protein omurgası oluştuktan sonra, ribozom proteini serbest bırakır ve bu protein daha sonra prokaryotlarda sitoplazmaya ve ökaryotlarda Golgi cisimlerine taşınır. Proteinler daha sonra tamamen işlenir ve hücre içinde veya dışında serbest bırakılır, çünkü tüm ribozomlar hem yerel hem de uzak kullanım için proteinler üretir. Ribozomlar çok verimlidir; ökaryotik bir hücredeki tek bir tane, her saniye büyüyen bir protein zincirine iki amino asit ekleyebilir. Prokaryotlarda ribozomlar neredeyse çılgın bir hızla çalışır ve her saniye bir polipeptide 20 amino asit ekler.
Bir evrim dipnotu: Ökaryotlarda ribozomlar, bahsedilen noktalarda bulunmalarının yanı sıra hayvanlarda mitokondrilerde ve bitkilerin kloroplastlarında da bulunabilirler. Bu ribozomlar, bu hücrelerde bulunan diğer ribozomlardan boyut ve bileşim olarak çok farklıdır ve bakteri ve mavi-yeşil alg hücrelerinin prokaryotik ribozomlarına kulak verir. Bu, mitokondri ve kloroplastların atadan prokaryotlardan evrimleştiğine dair makul derecede güçlü bir kanıt olarak kabul edilir.