RIBOSOMALE RNA: WIE SIE SYNTHETISIERT WIRD, TYPEN UND STRUKTUR, FUNKTIONEN - BIOLOGIE - 2025

Die ribosomale RNA oder ribosomale Zellbiologie ist die wichtigste strukturelle Komponente des Ribosoms. Aus diesem Grund spielen sie eine unverzichtbare Rolle bei der Proteinsynthese und sind im Verhältnis zu den anderen Haupttypen von RNA am häufigsten: Botenstoff und Transfer.

Die Proteinsynthese ist ein entscheidendes Ereignis in allen lebenden Organismen. Bisher wurde angenommen, dass ribosomale RNA nicht aktiv an diesem Phänomen beteiligt war und nur eine strukturelle Rolle spielte. Heute gibt es Hinweise darauf, dass RNA katalytische Funktionen hat und der wahre Katalysator der Proteinsynthese ist.

Quelle: Jane Richardson (Dcrjsr), aus Wikimedia Commons

In Eukaryoten sind die Gene, die zu dieser Art von RNA führen, in einer Region des Kerns organisiert, die als Nucleolus bezeichnet wird. RNA-Typen werden normalerweise in Abhängigkeit von ihrem Sedimentationsverhalten klassifiziert, weshalb sie mit dem Buchstaben S für "Svedberg-Einheiten" versehen sind.

Typen

Einer der auffälligsten Unterschiede zwischen eukaryotischen und prokaryotischen Linien ist die Zusammensetzung der ribosomalen RNA, aus der ihre Ribosomen bestehen. Prokaryoten haben kleinere Ribosomen, während Ribosomen in Eukaryoten größer sind.

Ribosomen werden in große und kleine Untereinheiten unterteilt. Das kleine enthält ein einzelnes ribosomales RNA-Molekül, während das große bei Eukaryoten ein größeres und zwei kleinere Moleküle enthält.

Die kleinste ribosomale RNA in Bakterien kann 1.500 bis 3.000 Nukleotide betragen. Beim Menschen erreicht die ribosomale RNA größere Längen zwischen 1800 und 5000 Nukleotiden.

Ribosomen sind die physikalischen Einheiten, in denen die Proteinsynthese stattfindet. Sie bestehen zu ca. 60% aus ribosomaler RNA. Der Rest sind Proteine.

Svedberg-Einheiten

Historisch gesehen wird ribosomale RNA durch den Sedimentationskoeffizienten von suspendierten Partikeln identifiziert, die unter Standardbedingungen zentrifugiert wurden, was mit dem Buchstaben S für "Svedberg-Einheiten" bezeichnet ist.

Eine der interessanten Eigenschaften dieser Einheit ist, dass sie nicht additiv ist, dh 10S plus 10S sind keine 20S. Aus diesem Grund gibt es einige Verwirrung in Bezug auf die endgültige Größe der Ribosomen.

Prokaryoten

In Bakterien, Archaeen, Mitochondrien und Chloroplasten enthält die kleine Einheit des Ribosoms die 16S-ribosomale RNA. Während die große Untereinheit zwei Arten von ribosomaler RNA enthält: 5S und 23S.

Eukaryoten

Bei Eukaryoten hingegen befindet sich die ribosomale 18S-RNA in der kleinen Untereinheit, und die große 60S-Untereinheit enthält drei Arten ribosomaler RNA: 5S, 5,8S und 28S. In dieser Linie sind Ribosomen tendenziell größer, komplexer und häufiger als in Prokaryoten.

Wie wird es synthetisiert?

Ort der Gene

Ribosomale RNA ist der zentrale Bestandteil von Ribosomen, daher ist ihre Synthese ein unverzichtbares Ereignis in der Zelle. Die Synthese findet im Nucleolus statt, einer Region innerhalb des Nucleus, die nicht durch eine biologische Membran begrenzt ist.

Die Maschinerie ist für den Zusammenbau der Ribosomeneinheiten in Gegenwart bestimmter Proteine ​​verantwortlich.

Die ribosomalen RNA-Gene sind je nach Abstammungslinie unterschiedlich organisiert. Denken Sie daran, dass ein Gen ein DNA-Segment ist, das für einen Phänotyp kodiert.

Im Falle von Bakterien werden die Gene für die ribosomalen RNAs 16S, 23S und 5S zusammen in einem Operon organisiert und transkribiert. Diese "Gen zusammen" -Organisation ist in prokaryotischen Genen sehr verbreitet.

Im Gegensatz dazu sind Eukaryoten, komplexere Organismen mit einem durch Membranen begrenzten Kern, zusammen organisiert. Bei uns Menschen sind die Gene, die für ribosomale RNA kodieren, in fünf "Clustern" organisiert, die sich auf den Chromosomen 13, 14, 15, 21 und 22 befinden. Diese Regionen werden NORs genannt.

Beginn der Transkription

In der Zelle ist die RNA-Polymerase ein Enzym, das für die Zugabe von Nukleotiden zu RNA-Strängen verantwortlich ist. Sie bilden aus einem DNA-Molekül ein Molekül davon. Dieser Prozess der Bildung einer RNA nach einem DNA-Temperieren ist als Transkription bekannt. Es gibt verschiedene Arten von RNA-Polymerasen.

Im Allgemeinen wird die ribosomale RNA-Transkription durch RNA-Polymerase I durchgeführt, mit Ausnahme von 5S-ribosomaler RNA, deren Transkription durch RNA-Polymerase III durchgeführt wird. Das 5S hat auch die Besonderheit, dass es außerhalb des Nucleolus transkribiert wird.

Die Promotoren der RNA-Synthese bestehen aus zwei Elementen, die reich an GC-Sequenzen sind, und einer zentralen Region, hier beginnt die Transkription.

Beim Menschen binden die für den Prozess notwendigen Transkriptionsfaktoren an die zentrale Region und führen zum Präinitiationskomplex, der aus der TATA-Box und TBP-assoziierten Faktoren besteht.

Sobald alle Faktoren zusammen sind, bindet die RNA-Polymerase I zusammen mit anderen Transkriptionsfaktoren an die zentrale Region des Promotors, um den Initiationskomplex zu bilden.

Verlängerung und Ende der Transkription

Anschließend erfolgt der zweite Schritt des Transkriptionsprozesses: die Verlängerung. Hier findet die Transkription selbst statt und beinhaltet die Anwesenheit anderer katalytischer Proteine ​​wie Topoisomerase.

In Eukaryoten haben die Transkriptionseinheiten von ribosomalen Genen eine DNA-Sequenz am 3'-Ende mit einer Sequenz, die als Sal-Box bekannt ist und das Ende der Transkription anzeigt.

Nach der Transkription von im Tandem angeordneten ribosomalen RNAs findet die Biogenese der Ribosomen im Nucleolus statt. Ribosomale Gentranskripte reifen und assoziieren mit Proteinen, um ribosomale Einheiten zu bilden.

Vor der Beendigung tritt die Bildung einer Reihe von "Riboproteinen" auf. Wie bei Messenger-RNAs wird der Spleißprozess von kleinen nukleolaren Ribonukleoproteinen oder snRNPs gesteuert, deren Akronym im Englischen lautet.

Spleißen ist ein Prozess, bei dem Introns (nicht-kodierende Sequenzen), die normalerweise Exons "unterbrechen" (Sequenzen, die für das betreffende Gen kodieren), eliminiert werden.

Der Prozess führt zu Zwischenprodukten von 20S, die die 18S-rRNA und 32S enthalten, die die 5,8S- und 28S-rRNA enthalten.

Modifikationen nach der Transkription

Nachdem ribosomale RNAs entstanden sind, werden sie weiter modifiziert. Hierbei handelt es sich um Methylierungen (Addition einer Methylgruppe) von etwa 100 Nukleotiden pro Ribosom an der 2'-OH-Gruppe des Ribosoms. Zusätzlich tritt eine Isomerisierung von mehr als 100 Uridinen zur Pseudo-Uridin-Form auf.

Struktur

RNA besteht wie DNA aus einer stickstoffhaltigen Base, die kovalent an ein Phosphatrückgrat gebunden ist.

Die vier stickstoffhaltigen Basen, aus denen sie bestehen, sind Adenin, Cytosin, Uracil und Guanin. Im Gegensatz zu DNA ist RNA jedoch kein Doppelbandmolekül, sondern eine Einzelbande.

Wie die Transfer-RNA zeichnet sich die ribosomale RNA durch eine ziemlich komplexe Sekundärstruktur mit spezifischen Bindungsregionen aus, die Messenger-RNA und Transfer-RNAs erkennen.

Eigenschaften

Die Hauptfunktion von ribosomaler RNA besteht darin, eine physikalische Struktur bereitzustellen, die es ermöglicht, Messenger-RNA aufzunehmen und in Aminosäuren zu decodieren, um Proteine ​​zu bilden.

Proteine ​​sind Biomoleküle mit einem breiten Funktionsumfang - vom Sauerstofftransport wie Hämoglobin bis hin zu unterstützenden Funktionen.

Anwendbarkeit

Ribosomale RNA wird sowohl auf dem Gebiet der Molekularbiologie und Evolution als auch in der Medizin in großem Umfang eingesetzt.

Wenn Sie die phylogenetischen Beziehungen kennen möchten, werden mehr Probleme zwischen zwei Gruppen von Organismen - das heißt, wie die Organismen in Bezug auf die Verwandtschaft miteinander verwandt sind - die ribosomalen RNA-Gene häufig als Tagging verwendet.

Sie sind aufgrund ihrer geringen Evolutionsraten als molekulare Marker sehr nützlich (diese Arten von Sequenzen werden als "konservierte Sequenzen" bezeichnet).

Tatsächlich wurde eine der bekanntesten phylogenetischen Rekonstruktionen auf dem Gebiet der Biologie von Carl Woese und Mitarbeitern unter Verwendung von 16S-ribosomalen RNA-Sequenzen durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Studie ermöglichten die Einteilung lebender Organismen in drei Bereiche: Archaeen, Bakterien und Eukaryoten.

Andererseits ist ribosomale RNA häufig das Ziel vieler Antibiotika, die in der Medizin zur Heilung einer Vielzahl von Krankheiten eingesetzt werden. Es ist logisch anzunehmen, dass ein Angriff auf das Proteinproduktionssystem eines Bakteriums sofort betroffen ist.

Evolution

Es wird spekuliert, dass Ribosomen, wie wir sie heute kennen, ihre Bildung in sehr fernen Zeiten begannen, nahe der Bildung von LUCA (letzter universeller gemeinsamer Vorfahr oder letzter universeller gemeinsamer Vorfahr).

Tatsächlich besagt eine der Hypothesen bezüglich des Ursprungs des Lebens, dass das Leben von einem RNA-Molekül stammt - da es über die notwendigen autokatalytischen Fähigkeiten verfügt, um als eines der Vorläufermoleküle des Lebens angesehen zu werden.

Die Forscher schlagen vor, dass die aktuellen Ribosomenvorläufer mit Aminosäuren nicht so selektiv waren und sowohl l- als auch d-Isomere akzeptierten. Heute ist allgemein bekannt, dass Proteine ​​ausschließlich aus Amino der l-Form gebildet werden.

Darüber hinaus hat ribosomale RNA die Fähigkeit, die Peptidyltransferase-Reaktion zu katalysieren. Diese Eigenschaft, als Nukleotid-Repository zu dienen, macht sie zusammen mit ihren katalytischen Fähigkeiten zu einem Schlüsselelement bei der Entwicklung der ersten Formen auf der Erde.

Verweise

1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biochemie. 5. Auflage. New York: WH Freeman. Abschnitt 29.3, Ein Ribosom ist ein Ribonukleoproteinpartikel (70S), das aus einer kleinen (30S) und einer großen (50S) Untereinheit besteht. Verfügbar unter: ncbi.nlm.nih.gov
2. Curtis, H. & Schnek, A. (2006). Einladung zur Biologie. Panamerican Medical Ed.
3. Fox, GE (2010). Ursprung und Entwicklung des Ribosoms. Cold Spring Harbor Perspektiven in der Biologie, 2 (9), a003483.
4. Hall, JE (2015). Guyton und Hall Lehrbuch der medizinischen Physiologie E-Book. Elsevier Gesundheitswissenschaften.
5. Lewin, B. (1993). Gene Band 1. Reverte.
6. Lodish, H. (2005). Zell- und Molekularbiologie. Panamerican Medical Ed.
7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribosomenstruktur und Translationsmechanismus. Cell, 108 (4), 557 & ndash; 572.
8. Tortora, GJ, Funke, BR & Case, CL (2007). Einführung in die Mikrobiologie. Panamerican Medical Ed.
9. Wilson, DN & Cate, JHD (2012). Die Struktur und Funktion des eukaryotischen Ribosoms. Cold Spring Harbor Perspektiven in der Biologie, 4 (5), a011536.