Ribozom

ARN-ul cu greutate moleculară mare, care formează baza structurală a subunității mari a ribozomului, este desemnat ca ARNr 23S (în cazul ribozomilor bacterieni) sau ARNr asemănător 23S (în alte cazuri). ARNr-ul 23S bacterian, ca și ARNr-ul 16S, este un singur lanț poliribonucleotidic covalent continuu. În același timp, ARNr-ul asemănător 23S al ribozomilor citoplasmatici eucarioți este format din două lanțuri poliribonucleotidice puternic asociate, ARNr 28S și 5.8S sub forma unui fragment izolat covalent). ARNr-ul asemănător 23S al ribozomilor plastidelor vegetale constă, de asemenea, din două lanțuri de poliribonucleotide puternic asociate și conține ARNr 4,5S, echivalentul structural al segmentului 3’-terminal al ARNr 23S. Există cazuri cunoscute de fragmentare și mai profundă a ARN-ului, un exemplu al căruia este ARNr-ul asemănător 23S al ribozomilor citoplasmatici ai unor protisti. Astfel, la Crithidia fasciculata este formată din 7 fragmente separate, în timp ce la Euglena gracilis este formată din 14. [4]

În plus față de ARNr-ul 23S (asemănător) de mai sus, subunitatea mare conține de obicei și un ARN cu greutate moleculară relativ scăzută, așa-numitul ARNr 5S. Spre deosebire de ARNr-urile 5.8S și 4.5S menționate mai sus, ARNr-ul 5S este mai puțin puternic asociat cu ARNr-ul 23S(-like), este transcris dintr-o genă separată și, prin urmare, nu poate fi considerat ca un fragment scindat de ARNr cu polimer înalt. ARNr 5S este o parte a subunității mari a ribozomilor citoplasmatici ai tuturor procariotelor și eucariotelor, dar, aparent, nu este o componentă indispensabilă a oricărui ribozom funcțional, deoarece ARNr-ul 5S este absent în ribozomii mitocondriali de la mamifere (așa-numitii „miniribozomi). ”). [patru]

Numărul de unități de nucleotide, precum și constantele de sedimentare, pentru eșantioanele de ARNr de tip 23S și 23S din diferite surse pot diferi semnificativ. De exemplu, ARNr-ul 23S al Escherichia coli este format din 2904 reziduuri de nucleotide, ARNr-ul citoplasmatic 26S al Saccharomyces cerevisiae este format din 3392, ARNr-ul 26S mitocondrial al Saccharomyces cerevisiae este format din ARNr-ul 26S citoplasmatic al lui Saccharomyces cerevisiae și 3282503 ARN-ul Homoplasmic . - doar 1560-1590 resturi de nucleotide. Molecula de ARNr 5,8S a complexului de ARNr 28S•5,8S, caracteristică ribozomilor eucarioti citoplasmatici, are o lungime de aproximativ 160 de resturi de nucleotide. Lungimea ARNr-ului 5S este destul de conservatoare și este de 115-125 de resturi de nucleotide. [patru]

Proteine ​​ribozomale

În plus față de ARNr, ribozomul conține și aproximativ 50 (ribozomi procarioți) sau 80 (ribozomi citoplasmatici eucarioți) proteine ​​diferite . Aproape fiecare dintre aceste proteine ​​este reprezentată de o singură copie per ribozom. Predomină proteinele moderat bazice. [5] Majoritatea proteinelor ribozomale sunt conservate evolutiv, multe proteine ​​ribozomale din diferite surse pot fi corelate ca omologi , ceea ce este luat în considerare în nomenclatura universală modernă a proteinelor ribozomale. [6] Ribozomul este 30-50% proteine. [7]

Componente cu greutate moleculară mică

Pe lângă biopolimeri (ARN și proteine), ribozomii conțin și unele componente cu greutate moleculară mică. Acestea sunt molecule de apă, ioni metalici (în principal Mg 2+ - până la 2% din greutatea uscată a ribozomului), [8] di- și poliamine (cum ar fi putrescina , cadaverină , spermidină , spermină - pot fi până la 2,5% de greutatea uscată a ribozomului) . [opt]

Mecanismul de traducere

Translația  este sinteza unei proteine ​​de către un ribozom pe baza informațiilor înregistrate în ARN-ul mesager ( ARNm ). La procariote, ARNm se leagă de subunitatea mică a ribozomului ca rezultat al interacțiunii capătului 3’ al ARNr 16S cu secvența sa complementară Shine-Dalgarno a capătului 5’ al ARNm (pentru a lega subunitatea mică a ARNm). ribozom eucariotic, în plus față de un motiv specific în secvența de nucleotide ARNm, prezența unei structuri capac este, de asemenea, necesară la capătul său 5’). Apoi, codonul de început (de obicei AUG) al ARNm este poziționat pe subunitatea mică. Asocierea ulterioară a subunităților mici și mari are loc la legarea ARNt inițiator (la procariote, acesta este formilmetionil - ARNt , denumit fMet-ARNt f Met ) și cu participarea factorilor de inițiere (IF1, IF2 și IF3 la procariote; în în cazul ribozomilor eucarioți, inițierea translației este implicată analogi ai factorilor procarioți, precum și factori suplimentari). Astfel, recunoașterea anticodonului (în ARNt) are loc la subunitatea mică.

După asociere, fMet-ARNt f Met este situat în situsul P- (peptidil-) al centrului catalitic (peptidil transferază) al ribozomului. Următorul ARNt, purtând un aminoacid la capătul 3’ și complementar celui de-al doilea codon de pe ARNm, fiind în complex cu factorul de alungire încărcat ( GTP ) EF-Tu , intră în situsul A- (aminoacil-) al ribozomului . Apoi, se formează o legătură peptidică între formilmetionină (legată la ARNt f Met situat în situsul P) și aminoacidul adus de ARNt situat în situsul A. Mecanismul de cataliză al reacției de transpeptidare (formarea unei legături peptidice în centrul peptidil transferazei) nu a fost încă pe deplin elucidat. Există mai multe ipoteze care explică detaliile acestui proces:

1. Poziționarea optimă a substraturilor (potrivire indusă) [9]
2. Excluderea din centrul activ al apei, care poate întrerupe formarea lanțului peptidic prin hidroliză [10]
3. Implicarea nucleotidelor ARNr (cum ar fi A2450 și A2451) în transferul de protoni [11] [12]
4. Implicarea grupării 2’-hidroxil a nucleotidului ARNt 3’-terminal (A76) în transferul de protoni [13]

Este probabil ca eficiența ridicată a catalizei să fie obținută printr-o combinație a acestor factori.

După formarea legăturii peptidice, polipeptida este asociată cu ARNt-ul situat în situsul A. În următoarea etapă, ARNt-ul f Met deacilat este deplasat de la situsul P la situsul E (exit-), ARNt-ul peptidil este deplasat de la situsul A la situsul P, iar ARNm mută un triplet de nucleotide (codon). Acest proces se numește translocare și are loc cu cheltuirea energiei ( GTP ) cu participarea factorului EF-G .

Mai mult, ARNt-ul complementar următorului codon ARNm se leagă de situsul A liber al ribozomului, ceea ce duce la o repetare a etapelor descrise, iar polipeptida rezultată este extinsă cu un rest de aminoacid cu fiecare ciclu. Codonii de oprire (UGA, UAG și UAA) semnalează sfârșitul traducerii. Procesul de finalizare a translației și eliberare a polipeptidei, ribozomului și ARNm finit se numește terminare. La procariote, apare cu participarea factorilor de terminare RF1, RF2, RF3 și RRF.

Istoria cercetării ribozomilor

Ribozomii au fost descriși pentru prima dată ca particule dense, sau granule, de către biologul celular american, născut în România, George Palade , la mijlocul anilor 1950 [14] . În 1974 , George Palade , Albert Claude și Christian De Duve au primit Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină „pentru descoperirile lor privind organizarea structurală și funcțională a celulei”.

Termenul „ribozom” a fost propus de Richard Roberts în 1958 în locul „particulă de ribonucleoproteină a fracțiunii microzomale” la primul simpozion dedicat acestor particule și rolului lor în biosinteza proteinelor [15] . Studiile biochimice și mutaționale ale ribozomului din anii 1960 au făcut posibilă descrierea multor caracteristici funcționale și structurale ale ribozomului.

La începutul anilor 2000, au fost construite modele cu rezoluție atomică (până la 2,4 Å) ale structurilor subunităților individuale, precum și ribozomul procariotic complet asociat cu diferite substraturi, ceea ce a făcut posibilă înțelegerea mecanismului de decodificare (recunoașterea anticodon ARNt complementar codonului ARNm ) și detaliile interacțiunilor dintre ribozom, ARNt , ARNm , factori de translație, precum și diferite antibiotice . Această realizare majoră în biologia moleculară a fost recunoscută cu Premiul Nobel pentru Chimie în 2009 („pentru studiile structurii și funcției ribozomului”). Premiile au fost acordate americanului Thomas Steitz , britanicului originar din India Venkatraman Ramakrishnan și israelianului Ada Yonath . În 2010, structura tridimensională a ribozomului eucariot a fost determinată în laboratorul lui Marat Yusupov [16] .

În 2009, biochimiștii canadieni Konstantin Bokov și Sergey Shteinberg de la Universitatea din Montreal, după ce au studiat structura terțiară a ARN-ului ribozomal al bacteriei Escherichia coli , au făcut o presupunere rezonabilă că ribozomii ar putea fi formați ca urmare a evoluției treptate dintr-un mic foarte simplu . Moleculă de ARN  - „protoribozom”, capabilă să catalizeze reacția conexiunii a doi aminoacizi . Toate celelalte blocuri structurale ale ribozomului au fost adăugate secvenţial la protoribozom fără a-i perturba structura şi a creşte treptat eficienţa acestuia [17] .

Note

1. ↑ 1 2 Spirin, 2011 , p. 109.
2. ↑ Spirin, 2011 , p. 120-121.
3. ↑ 1 2 Spirin, 2011 , p. 110.
4. ↑ 1 2 3 Spirin, 2011 , p. 110-111.
5. ↑ Spirin, 2011 , p. 133-134.
6. ↑ Spirin, 2011 , p. 136-137.
7. ↑ Spirin, 2011 , p. 84-85.
8. ↑ 1 2 Spirin, 2011 , p. 84.
9. ↑ Sievers A. , Beringer M. , Rodnina MV , Wolfenden R. The ribosome as an entropy trap.  (engleză)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States Of America. - 2004. - 25 mai ( vol. 101 , nr. 21 ). - P. 7897-7901 . - doi : 10.1073/pnas.0402488101 . — PMID 15141076 .
10. ↑ Schmeing TM , Huang KS , Strobel SA , Steitz TA Un mecanism de adaptare indusă pentru a promova formarea legăturilor peptidice și a exclude hidroliza peptidil-ARNt.  (engleză)  // Natură. - 2005. - 24 noiembrie ( vol. 438 , nr. 7067 ). - P. 520-524 . - doi : 10.1038/nature04152 . — PMID 16306996 .
11. ^ Hesslein AE , Katunin VI , Beringer M. , Kosek AB , Rodnina MV , Strobel SA Explorarea perechii de oscilări A+C conservate în centrul peptidil transferazei ribozomale utilizând ribozomi mutanți eliminați prin afinitate.  (Engleză)  // Cercetarea acizilor nucleici. - 2004. - Vol. 32 , nr. 12 . - P. 3760-3770 . - doi : 10.1093/nar/gkh672 . — PMID 15256541 .
12. ↑ Nissen P. , Hansen J. , Ban N. , Moore PB , Steitz TA Baza structurală a activității ribozomilor în sinteza legăturilor peptidice.  (engleză)  // Știință (New York, NY). - 2000. - 11 august ( vol. 289 , nr. 5481 ). - P. 920-930 . — PMID 10937990 .
13. ↑ Schmeing TM , Huang KS , Kitchen DE , Strobel SA , Steitz TA Perspective structurale asupra rolurilor apei și hidroxilului 2’ al ARNt-ului situsului P în reacția peptidil transferază.  (Engleză)  // Molecular Cell. - 2005. - 11 noiembrie ( vol. 20 , nr. 3 ). - P. 437-448 . - doi : 10.1016/j.molcel.2005.09.006 . — PMID 16285925 .
14. ↑ PALADE G.E. O mică componentă sub formă de particule a citoplasmei.  (Engleză)  // Jurnalul de citologie biofizică și biochimică. - 1955. - ianuarie ( vol. 1 , nr. 1 ). - P. 59-68 . - doi : 10.1083/jcb.1.1.59 . — PMID 14381428 .
15. ↑ Roberts, R.B., editor. (1958) „Introducere” în particule microzomale și sinteza proteinelor. New York: Pergamon Press, Inc.
16. ↑ Ben-Shem A. , Jenner L. , Yusupova G. , Yusupov M. Crystal structure of the eukaryotic ribosome.  (engleză)  // Știință (New York, NY). - 2010. - 26 noiembrie ( vol. 330 , nr. 6008 ). - P. 1203-1209 . - doi : 10.1126/science.1194294 . — PMID 21109664 .
17. ↑ Bokov K. , Steinberg SV Un model ierarhic pentru evoluția ARN ribozomal 23S.  (engleză)  // Natură. - 2009. - 19 februarie ( vol. 457 , nr. 7232 ). - P. 977-980 . - doi : 10.1038/nature07749 . — PMID 19225518 .

Literatură

• Spirin A.S. Biologie moleculară. Ribozomi și biosinteza proteinelor / Recenzători: acad. RAS, Dr. de Chim. științe, prof. Bogdanov A. A.; Membru corespondent RAS, Dr. de Chim. Științe Tsetlin V.I.; ed. Pirogova I.V.; acestea. ed. Krainova O. N.; comp. aspect de G. Yu. Nikitin; cutie Petrova G. N .. - ed. (2). - M . : „Academie”, 2011. - 496 + 16 (ilustrări color) p. — (Învățămînt profesional superior). - 1000 de exemplare.  - ISBN 978-5-7695-6668-4 .

Link -uri

• „Misterul originii ribozomilor a fost rezolvat?”, Alexander Markov, 27.02.2009 [1]
• Situl unuia dintre cei mai importanți oameni de știință în studiul structurii ribozomilor, conține un număr mare de ilustrații, inclusiv animate [2]  (ing.)

Site-uri tematice	FMA
Dicționare și enciclopedii	mare danez Mare catalană mare chinezesc Rusă mare Britannica (online) Treccani Universalis
În cataloagele bibliografice BNF : 12254742n GND : 4127731-4 J9U : 987007536325205171 LCCN : sh85113856 LNB : 000302141 NDL : 00569445 NKC : ph1051585