RIBOZOMÁLNÍ RNA: JAK JE SYNTETIZOVÁNA, TYPY A STRUKTURA, FUNKCE - BIOLOGIE - 2025

Ribozomální RNA nebo ribozomální, buněčné biologie, je nejdůležitějším konstrukčním prvkem ribozomu. Z tohoto důvodu mají nepostradatelnou roli v syntéze proteinů a jsou nejhojnější ve vztahu k ostatním hlavním typům RNA: messenger a transfer.

Syntéza proteinů je zásadní událostí ve všech živých organismech. Dříve se předpokládalo, že ribozomální RNA se do tohoto jevu aktivně nezúčastňuje a hraje pouze strukturální roli. Dnes existuje důkaz, že RNA má katalytické funkce a je skutečným katalyzátorem syntézy proteinů.

Zdroj: Jane Richardson (Dcrjsr), z Wikimedia Commons

V eukaryotech jsou geny, které způsobují vznik tohoto typu RNA, organizovány v oblasti jádra zvané nukleolus. Typy RNA jsou obvykle klasifikovány v závislosti na jejich chování v sedimentaci, proto jsou doprovázeny písmenem S pro „Svedbergovy jednotky“.

Typy

Jedním z nejvýraznějších rozdílů mezi eukaryotickými a prokaryotickými liniemi je složení ribozomální RNA, která tvoří jejich ribozomy. Prokaryoty mají menší ribozomy, zatímco ribosomy v eukaryotech jsou větší.

Ribosomy jsou rozděleny na velké a malé podjednotky. Malá obsahuje jednu molekulu ribozomální RNA, zatímco velká obsahuje jednu větší molekulu a dvě menší, v případě eukaryot.

Nejmenší ribozomální RNA v bakteriích může být 1 500 až 3 000 nukleotidů. U lidí dosahuje ribozomální RNA větší délky, mezi 1800 a 5000 nukleotidů.

Ribosomy jsou fyzické entity, kde dochází k syntéze proteinů. Skládají se z přibližně 60% ribozomální RNA. Zbytek jsou proteiny.

Jednotky Svedberg

V minulosti byla ribozomální RNA identifikována sedimentačním koeficientem suspendovaných částic odstředěných za standardních podmínek, což je označeno písmenem S pro „Svedbergovy jednotky“.

Jednou ze zajímavých vlastností této jednotky je to, že není aditivní, tj. 10S plus 10S nejsou 20S. Z tohoto důvodu existuje určitá nejasnost týkající se konečné velikosti ribozomů.

Prokaryoty

U bakterií, archaea, mitochondrií a chloroplastů obsahuje malá jednotka ribozomu 16S ribozomální RNA. Zatímco velká podjednotka obsahuje dva druhy ribozomální RNA: 5S a 23S.

Eukaryoty

Naproti tomu v eukaryotech se 18S ribozomální RNA nachází v malé podjednotce a velká podjednotka, 60S, obsahuje tři typy ribozomální RNA: 5S, 5,8S a 28S. V této linii mají ribozomy tendenci být větší, složitější a hojnější než v prokaryotech.

Jak se syntetizuje?

Umístění genů

Ribozomální RNA je ústřední složkou ribozomů, takže její syntéza je nepostradatelnou událostí v buňce. Syntéza probíhá v jádru, oblasti uvnitř jádra, která není vymezena biologickou membránou.

Stroj je zodpovědný za sestavení ribozomálních jednotek v přítomnosti určitých proteinů.

Geny ribozomální RNA jsou organizovány různými způsoby v závislosti na linii. Pamatujte, že gen je segment DNA, který kóduje fenotyp.

V případě bakterií jsou geny pro ribozomální RNA 16S, 23S a 5S organizovány a přepisovány společně v operonu. Tato organizace „gen společně“ je v prokaryotických genech velmi běžná.

Naproti tomu eukaryoty, složitější organismy s membránou odděleným jádrem, jsou organizovány v tandemu. U nás jsou geny, které kódují ribozomální RNA, uspořádány do pěti „shluků“ umístěných na chromozomech 13, 14, 15, 21 a 22. Tyto oblasti se nazývají NOR.

Začátek přepisu

V buňce je RNA polymeráza enzymem zodpovědným za přidávání nukleotidů do RNA řetězců. Tvoří jejich molekulu z molekuly DNA. Tento proces tvorby RNA po temperování DNA je známý jako transkripce. Existuje několik typů RNA polymeráz.

Obecně je transkripce ribozomální RNA prováděna RNA polymerázou I, s výjimkou 5S ribozomální RNA, jejíž transkripce je prováděna RNA polymerázou III. 5S má také zvláštnost, že je přepisován mimo jádro.

Promotory syntézy RNA se skládají ze dvou prvků bohatých na GC sekvence a centrální oblasti, zde začíná transkripce.

U lidí se transkripční faktory nezbytné pro tento proces vážou na centrální oblast a vedou k před-iniciačnímu komplexu, který se skládá z TATA boxu a faktorů spojených s TBP.

Jakmile jsou všechny faktory spolu, RNA polymeráza I se spolu s dalšími transkripčními faktory váže na centrální oblast promotoru za vzniku iniciačního komplexu.

Prodloužení a konec transkripce

Následně nastane druhý krok procesu transkripce: prodloužení. Zde dochází k samotné transkripci a zahrnuje přítomnost dalších katalytických proteinů, jako je topoisomeráza.

V eukaryotech mají transkripční jednotky ribozomálních genů sekvenci DNA na 3 'konci se sekvencí známou jako Sal box, která označuje konec transkripce.

Po transkripci tandemově uspořádaných ribozomálních RNA dochází v jádře k biogenezi ribozomů. Ribozomální gen přepisuje zralé a asociované s proteiny za vzniku ribozomálních jednotek.

Před ukončením dochází k tvorbě řady „riboproteinů“. Stejně jako v messengerových RNA je proces sestřihu řízen malými nukleárními ribonukleoproteiny neboli snRNP pro jeho zkratku v angličtině.

Sestřih je proces, při kterém jsou eliminovány introny (nekódující sekvence), které obvykle „přerušují“ exony (sekvence, které kódují daný gen).

Tento proces vede k meziproduktům 20S obsahujícím 18S rRNA a 32S, obsahujícím 5,8S a 28S rRNA.

Posttranskripční modifikace

Poté, co vzniknou ribozomální RNA, podstoupí další modifikace. Tyto zahrnují methylace (přidání methylové skupiny) asi 100 nukleotidů na ribosom na 2'-OH skupinu ribozomu. Kromě toho dochází k izomerizaci více než 100 uridinů na pseudo uridinovou formu.

Struktura

Stejně jako DNA je RNA složena z dusíkaté báze kovalentně vázané na fosfátovou kostru.

Čtyři dusíkaté báze, které je tvoří, jsou adenin, cytosin, uracil a guanin. Na rozdíl od DNA však RNA není dvojpásmová molekula, ale jediný pás.

Podobně jako přenosová RNA je ribozomální RNA charakterizována poměrně složitou sekundární strukturou se specifickými vazebnými oblastmi, které rozpoznávají messengerovou RNA a přenosové RNA.

Funkce

Hlavní funkcí ribozomální RNA je poskytnout fyzikální strukturu, která umožňuje, aby byla messengerová RNA odebrána a dekódována na aminokyseliny, aby se vytvořily proteiny.

Proteiny jsou biomolekuly se širokou škálou funkcí - od přepravy kyslíku, jako je hemoglobin, po podpůrné funkce.

Použitelnost

Ribozomální RNA se hojně používá jak v oblasti molekulární biologie a evoluce, tak v medicíně.

Pokud chcete znát fylogenetické vztahy, více problémů mezi dvěma skupinami organismů - to znamená, jak jsou organismy vzájemně propojeny, co se týče příbuzenství -, jsou ribozomální RNA geny často používány jako značkování.

Jsou velmi užitečné jako molekulární markery díky svým nízkým vývojovým rychlostem (tyto typy sekvencí jsou známé jako „konzervované sekvence“).

Ve skutečnosti jednu z nejznámějších fylogenetických rekonstrukcí v oblasti biologie provedl Carl Woese a spolupracovníci pomocí 16S ribozomálních RNA sekvencí. Výsledky této studie umožnily rozdělení živých organismů do tří domén: archaea, bakterie a eukaryoty.

Na druhé straně je ribozomální RNA často cílem mnoha antibiotik, která se v medicíně používají k léčbě široké škály chorob. Je logické předpokládat, že napadením systému produkce proteinů bakterie bude okamžitě zasažena.

Vývoj

Předpokládá se, že ribozomy, jak je známe dnes, začaly tvořit ve velmi vzdálených časech, blízko formace LUCA (posledního univerzálního společného předka nebo posledního univerzálního společného předka).

Ve skutečnosti jedna z hypotéz týkajících se původu života uvádí, že život pochází z molekuly RNA - protože má nezbytné autokatalytické schopnosti, aby mohl být považován za jednu z prekurzorových molekul života.

Vědci navrhují, že současné ribosomové prekurzory nejsou tak selektivní s aminokyselinami, přijímají izomery 1 a d. Dnes je všeobecně známo, že proteiny jsou tvořeny výhradně z aminoskupiny ve formě 1.

Kromě toho má ribozomální RNA schopnost katalyzovat peptidyltransferázovou reakci, která je klíčovým prvkem ve vývoji prvních forem na Zemi, protože slouží jako nukleotidové úložiště spojené s jeho katalytickými schopnostmi.

Reference

1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biochemie. 5. vydání. New York: WH Freeman. Oddíl 29.3, Ribozom je částice ribonukleoproteinu (70S) vyrobená z malé (30S) a velké (50S) podjednotky. K dispozici na adrese: ncbi.nlm.nih.gov
2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Pozvánka k biologii. Panamerican Medical Ed.
3. Fox, GE (2010). Původ a vývoj ribozomu. Perspektivy Cold Spring Harbor v biologii, 2 (9), a003483.
4. Hall, JE (2015). Guyton a Hall učebnice lékařské fyziologické e-knihy. Elsevier Health Sciences.
5. Lewin, B. (1993). Geny Svazek 1. Reverte.
6. Lodish, H. (2005). Buněčná a molekulární biologie. Panamerican Medical Ed.
7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribosomová struktura a mechanismus translace. Cell, 108 (4), 557-572.
8. Tortora, GJ, Funke, BR, a Case, CL (2007). Úvod do mikrobiologie. Panamerican Medical Ed.
9. Wilson, DN, a Cate, JHD (2012). Struktura a funkce eukaryotického ribozomu. Perspektivy Cold Spring Harbor v biologii, 4 (5), a011536.