Ribosomer: Definition, Function & Structure (Eukaryotes & Prokaryotes)

Store detailhandlere har i disse dage "opfyldelsescentre" til at håndtere det store antal onlineordrer, de modtager fra hele verden. Her, i disse lagerlignende strukturer, spores individuelle produkter op, pakkes og sendes til millioner af destinationer så effektivt som muligt. Små strukturer kaldet ribosomer er faktisk opfyldelsescentre i den celleverden, og modtager ordrer på utallige proteinprodukter fra messenger ribonucleic acid (mRNA) og hurtigt og effektivt får disse produkter samlet og på vej til hvor de er nødvendige.

Ribosomer betragtes generelt som organeller, selvom molekylære biologipurister nogle gange påpeger, at de findes i prokaryoter (hvoraf de fleste er bakterier) såvel som eukaryoter og mangler en membran, der adskiller dem fra celleinteriøret, to træk, der kan være diskvalificerende . Under alle omstændigheder har både prokaryotiske celler og eukaryote celler ribosomer, hvis struktur og funktion er blandt de mere fascinerende lektioner i biokemi på grund af hvor mange grundlæggende begreber ribosomernes tilstedeværelse og adfærd understreger.
Hvad er ribosomer lavet af ?

Ribosomer består af ca. 60 procent protein og ca. 40 procent ribosomalt RNA (rRNA). Dette er et interessant forhold, da en type RNA (messenger-RNA eller mRNA) er påkrævet til proteinsyntese eller translation. Så på en måde er ribosomer som en dessert bestående af både umodificerede kakaobønner og raffineret chokolade.

RNA er en af to typer nukleinsyrer, der findes i den levende verden, den anden er deoxyribonucleinsyre eller DNA . DNA er den mere berygtede af de to, der ofte omtales ikke kun i almindelige videnskabelige artikler, men også i kriminalhistorier. Men RNA er faktisk det mere alsidige molekyle.

Nukleinsyrer består af monomerer, eller forskellige enheder, der fungerer som selvstændige molekyler. Glykogen er en polymer af glukosemonomerer, proteiner er polymerer af aminosyremonomerer, og nukleotider er monomererne, hvorfra DNA og RNA fremstilles. Nukleotider består på sin side af en femringers sukkerdel, en fosfatdel og en nitrogenagtig basedel. I DNA er sukkeret deoxyribose, hvorimod det i RNA er ribose; disse adskiller sig kun i, at RNA har en -OH (hydroxyl) gruppe, hvor DNA har en -H (en proton), men implikationerne for RNAs imponerende række funktionaliteter er betydelige. Selvom den nitrogenholdige base i både et DNA-nukleotid og et RNA-nukleotid er en af fire mulige typer, er disse typer i DNA adenin, cytosin, guanin og thymin (A, C, G, T), mens uracil i RNA er substitueret for thymin (A, C, G, U). Endelig er DNA næsten altid dobbeltstrenget, mens RNA er enkeltstrenget. Det er denne forskel fra RNA, der muligvis bidrager mest til RNA's alsidighed.

De tre hovedtyper af RNA er det førnævnte mRNA og rRNA sammen med transfer RNA (tRNA). Mens tæt på halvdelen af massen af ribosomer er rRNA, har mRNA og tRNA begge intime og uundværlige forhold til begge ribosomer og hinanden.

I eukaryote organismer findes ribosomer for det meste knyttet til den endoplasmatiske retikulum, et netværk af membranstrukturer bedst sammenlignes med en motorvej eller jernbanesystem til celler. Nogle eukaryote ribosomer og alle prokaryote ribosomer findes fri i cytoplasmaet i cellen. Individuelle celler kan have fra tusinder til millioner af ribosomer; som du måske forventer har celler, der producerer en masse proteinprodukter (f.eks. bugspytkirtelceller) en højere densitet af ribosomer.
Strukturen af ribosomer

I prokaryoter inkluderer ribosomer tre separate rRNA-molekyler, hvorimod i eukaryoter inkluderer ribosomer fire separate rRNA-molekyler. Ribosomer består af en stor underenhed og en lille underenhed. I begyndelsen af det 21. århundrede blev subenhedernes komplette tredimensionelle struktur kortlagt. Baseret på dette bevis giver rRNA, ikke proteiner, ribosomet sin grundlæggende form og funktion; biologer havde længe mistænkt så meget. Proteinerne i ribosomer hjælper primært med at udfylde strukturelle huller og forbedre ribosomets vigtigste job - syntesen af proteiner. Proteinsyntese kan forekomme uden disse proteiner, men gør det i et meget langsommere tempo.

De faktiske masseenheder af ribosomer er deres Svedberg (S) -værdier, der er baseret på hvor hurtigt underenhederne sætter sig til bunden af reagensglas under centripetalkraften af en centrifuge. Eukaryotiske cellers ribosomer har normalt Svedberg-værdier på 80S og består af 40'erne og 60'ernes underenheder. (Bemærk, at S-enheder helt klart ikke er faktiske masser; ellers ville matematikken her ikke give mening.) I modsætning hertil indeholder prokaryotiske celler ribosomer, der når 70S, opdelt i 30S og 50S-underenheder. der hver er fremstillet af lignende, men ikke identiske monomere enheder, har en primær, sekundær og tertiær struktur. Den primære struktur af RNA er dens rækkefølge af individuelle nukleotider, som igen afhænger af deres nitrogenholdige baser. For eksempel beskriver bogstaverne AUCGGCAUGC en ti-nukleotidstreng af nukleinsyre (kaldet et "polynukleotid", når det er så kort) med baserne adenin, uracil, cytosin og guanin. Den sekundære struktur af RNA beskriver, hvordan strengen antager bøjninger og knæ i et enkelt plan takket være elektrokemiske interaktioner mellem nukleotiderne. Hvis du lægger en streng perler på et bord, og kæden, der forbinder dem, ikke var lige, ville du se på perlernes sekundære struktur. Endelig henviser tertiær strikning til, hvordan hele molekylet arrangerer sig i tredimensionelt rum. Fortsat med eksemplet med perler, kunne du hente det fra bordet og komprimere det til en kugellignende form i din hånd eller endda folde det til en bådform.
Grave dybere ned i ribosomal sammensætning

Længe inden de avancerede laboratoriemetoder i dag blev tilgængelige, var biokemikere i stand til at forudsige om den sekundære struktur af rRNA baseret på den kendte primære sekvens og de elektrokemiske egenskaber ved individuelle baser. For eksempel var A tilbøjelig til at parre med U, hvis der dannedes en fordelagtig knæk og bragte dem tæt på? I de tidlige 2000'ere bekræftede krystallografisk analyse mange af de tidlige forskeres ideer om rRNA's form, hvilket hjalp med at kaste yderligere lys over dens funktion. F.eks. Demonstrerede de krystallografiske undersøgelser, at rRNA begge deltager i proteinsyntese og tilbyder strukturel støtte, ligesom ribosomernes proteinkomponent. rRNA udgør det meste af den molekylære platform, hvorpå translation sker, og som har katalytisk aktivitet, hvilket betyder, at rRNA deltager direkte i proteinsyntese. Dette har ført til, at nogle forskere bruger udtrykket "ribozym" (dvs. "ribosomenzym") i stedet for "ribosom" for at beskrive strukturen.

E. coli og bakterier tilbyder et eksempel på, hvor meget videnskabsmænd har været i stand til at lære om prokaryote ribosomal struktur. Den store underenhed, eller LSU, af E. coli-ribosom består af forskellige 5S- og 23S-rRNA-enheder og 33 proteiner, kaldet r-proteiner til "ribsomal." Den lille underenhed, eller SSU, inkluderer en 16S rRNA-del og 21 r-proteiner. Groft sagt er SSU ca. to tredjedele af LSU's størrelse. Derudover inkluderer rRNA fra LSU syv domæner, mens SSR's rRNA kan opdeles i fire domæner.

RRNA for eukaryote ribosomer har omkring 1.000 flere nucleotider end rRNA for prokaryotiske ribosomer - ca. 5.500 mod 4.500. Der henviser til, at E. coli-ribosomer har 54 r-proteiner mellem LSU (33) og SSU (21), eukaryote ribosomer har 80 r-proteiner. Det eukaryotiske ribosom inkluderer også rRNA-ekspansionssegmenter, der spiller både strukturelle og proteinsynteseroller.
Ribosom Funktion: Oversættelse

Ribosoms job er at gøre hele proteinerne en organisme kræver, fra enzymer til hormoner til dele af celler og muskler. Denne proces kaldes translation, og det er den tredje del af molekylærbiologiens centrale dogme: DNA til mRNA (transkription) til protein (translation).

Årsagen til, at dette kaldes translation er, at ribosomerne til venstre til deres egne enheder, har ingen uafhængig måde at "vide", hvilke proteiner der skal laves og hvor meget, på trods af at have alle de råvarer, udstyr og den krævede arbejdsstyrke. Når du vender tilbage til "opfyldelsescenter" -analogien, kan du forestille dig et par tusinde arbejdere, der fylder gangene og stationerne på et af disse enorme steder, kigger rundt på legetøj og bøger og sportsudstyr, men får ingen retning fra Internettet (eller fra andre steder) om at gøre. Intet ville ske, eller i det mindste intet produktivt for virksomheden.

Hvad der derefter oversættes, er instruktionerne kodet i mRNA, som igen får koden fra DNA i cellens kerne (hvis organismen er en eukaryot; prokaryoter mangler kerner). I transkriptionsprocessen fremstilles mRNA fra en DNA-skabelon, hvor nukleotiderne sættes til den voksende mRNA-kæde svarende til nukleotiderne i skabelon-DNA-strengen på niveau med baseparring. A i DNA genererer U i RNA, C genererer G, G genererer C, og T genererer A. Fordi disse nukleotider forekommer i en lineær sekvens, kan de inkorporeres i grupper på to, tre, ti eller et vilkårligt antal. Som det sker, kaldes en gruppe af tre nukleotider på et mRNA-molekyle et kodon eller "triplet-kodon" til specificitetsformål. Hvert kodon bærer instruktionerne for en af 20 aminosyrer, som du husker er byggestenene til proteiner. For eksempel er AUG, CCG og CGA alle kodoner og bærer instruktionerne til fremstilling af en specifik aminosyre. Der er 64 forskellige kodoner (4 baser hævet til effekten af 3 er lig med 64) men kun 20 aminosyrer; som et resultat kodes de fleste aminosyrer af mere end en triplet, og et par aminosyrer er specificeret af seks forskellige tripletkodoner.

Proteinsyntese kræver endnu en anden type RNA, tRNA. Denne type RNA bringer fysisk aminosyrerne til ribosomet. Et ribosom har tre tilstødende tRNA-bindingssteder, som personificerede parkeringspladser. Den ene er aminoacyl-bindingsstedet, som er til tRNA-molekylet knyttet til den næste aminosyre i proteinet, det vil sige den indkommende aminosyre. Det andet er peptidyl
bindingsstedet, hvor det centrale tRNA-molekyle, der indeholder den voksende peptidkæde, hænger sammen. Det tredje og sidste er et exit-bindingssted, hvor det bruges, udtømmes nu tomme tRNA-molekyler fra ribosomet.

Når aminosyrer er blevet polymeriseret og en proteinryggen er dannet, ribosomet frigiver proteinet, der derefter transporteres i prokaryoter til cytoplasmaet og i eukaryoter til Golgi-legeme. Proteinerne behandles derefter fuldstændigt og frigives, enten inde i eller uden for cellen, da alle ribosomer producerer proteiner til både lokal og fjern anvendelse. "Ribosomes are very efficient;", 3, [[en enkelt en i en eukaryot celle kan tilføje to aminosyrer til en voksende proteinkæde hvert sekund. I prokaryoter fungerer ribosomer i næsten hektisk tempo og tilsætter 20 aminosyrer til et polypeptid hvert sekund.

En evolution-fodnote: I eukaryoter kan ribosomer ud over at være placeret på de nævnte pletter også findes i mitokondrier hos dyr og kloroplaster fra planter. Disse ribosomer er meget forskellige i størrelse og sammensætning fra andre ribosomer, der findes i disse celler, og lytter til de prokaryote ribosomer fra bakterielle og blågrønne alger. Dette betragtes som rimeligt stærkt bevis for, at mitokondrier og kloroplaster udviklede sig fra forfædres prokaryoter.