ไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอ: การสังเคราะห์ชนิดและโครงสร้างหน้าที่อย่างไร - ชีววิทยา

โซมอล rnaหรือไรโบโซมเซลล์ชีววิทยาเป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดของโครงสร้างของไรโบโซม ดังนั้นพวกมันจึงมีบทบาทที่ขาดไม่ได้ในการสังเคราะห์โปรตีนและมีมากที่สุดเมื่อเทียบกับ RNA ประเภทหลักอื่น ๆ : ผู้ส่งสารและการถ่ายโอน

การสังเคราะห์โปรตีนเป็นเหตุการณ์สำคัญในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ก่อนหน้านี้เชื่อกันว่าไรโบโซมอาร์เอ็นเอไม่ได้มีส่วนเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์นี้และมีบทบาทในโครงสร้างเท่านั้น วันนี้มีหลักฐานว่า RNA มีหน้าที่เร่งปฏิกิริยาและเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่แท้จริงของการสังเคราะห์โปรตีน

ที่มา: Jane Richardson (Dcrjsr) จาก Wikimedia Commons

ในยูคาริโอตยีนที่ก่อให้เกิดอาร์เอ็นเอประเภทนี้จะจัดอยู่ในบริเวณของนิวเคลียสที่เรียกว่านิวคลีโอลัส โดยทั่วไปแล้วประเภท RNA จะถูกจัดประเภทขึ้นอยู่กับพฤติกรรมของพวกมันในการตกตะกอนนั่นคือเหตุผลที่พวกมันมาพร้อมกับตัวอักษร S สำหรับ "หน่วย Svedberg"

ประเภท

ความแตกต่างที่โดดเด่นที่สุดอย่างหนึ่งระหว่างเชื้อสายยูคาริโอตและโปรคาริโอตคือองค์ประกอบของไรโบโซมอาร์เอ็นเอที่ประกอบเป็นไรโบโซม โปรคาริโอตมีไรโบโซมที่เล็กกว่าในขณะที่ไรโบโซมในยูคาริโอตมีขนาดใหญ่กว่า

ไรโบโซมแบ่งออกเป็นหน่วยย่อยขนาดใหญ่และขนาดเล็ก โมเลกุลเล็กประกอบด้วยไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอโมเลกุลเดี่ยวในขณะที่โมเลกุลขนาดใหญ่ประกอบด้วยโมเลกุลที่ใหญ่กว่าหนึ่งโมเลกุลและอีกสองโมเลกุลที่เล็กกว่าในกรณีของยูคาริโอต

ไรโบโซมอาร์เอ็นเอที่เล็กที่สุดในแบคทีเรียสามารถมีได้ 1,500 ถึง 3,000 นิวคลีโอไทด์ ในมนุษย์ไรโบโซมอาร์เอ็นเอมีความยาวมากกว่าระหว่าง 1800 ถึง 5,000 นิวคลีโอไทด์

ไรโบโซมเป็นหน่วยงานทางกายภาพที่เกิดการสังเคราะห์โปรตีน ประกอบด้วย RNA ไรโบโซมประมาณ 60% ส่วนที่เหลือเป็นโปรตีน

หน่วย Svedberg

ในอดีตไรโบโซมอาร์เอ็นเอถูกระบุโดยค่าสัมประสิทธิ์การตกตะกอนของอนุภาคแขวนลอยที่หมุนเหวี่ยงภายใต้สภาวะมาตรฐานซึ่งแสดงด้วยตัวอักษร S สำหรับ "หน่วย Svedberg"

คุณสมบัติที่น่าสนใจอย่างหนึ่งของหน่วยนี้คือไม่ใช่สารเติมแต่งนั่นคือ 10S บวก 10S ไม่ใช่ 20S ด้วยเหตุนี้จึงมีความสับสนเกี่ยวกับขนาดสุดท้ายของไรโบโซม

prokaryotes

ในแบคทีเรียอาร์เคียไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์หน่วยเล็ก ๆ ของไรโบโซมประกอบด้วย 16S ไรโบโซมอาร์เอ็นเอ ในขณะที่หน่วยย่อยขนาดใหญ่มีไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอ 2 ชนิดคือ 5S และ 23S

ยูคาริโอ

ในยูคาริโอตในทางกลับกันไรโบโซมอาร์เอ็นเอ 18S พบในหน่วยย่อยขนาดเล็กและหน่วยย่อยขนาดใหญ่ 60S ประกอบด้วยไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอสามประเภท ได้แก่ 5S, 5.8S และ 28S ในเชื้อสายนี้ไรโบโซมมักจะมีขนาดใหญ่ซับซ้อนกว่าและอุดมสมบูรณ์มากกว่าในโปรคาริโอต

มันสังเคราะห์ได้อย่างไร?

ตำแหน่งของยีน

ไรโบโซมอาร์เอ็นเอเป็นส่วนประกอบกลางของไรโบโซมดังนั้นการสังเคราะห์จึงเป็นเหตุการณ์ที่ขาดไม่ได้ในเซลล์ การสังเคราะห์เกิดขึ้นในนิวคลีโอลัสซึ่งเป็นบริเวณภายในนิวเคลียสที่ไม่ถูกคั่นด้วยเยื่อชีวภาพ

เครื่องจักรมีหน้าที่ในการประกอบหน่วยไรโบโซมต่อหน้าโปรตีนบางชนิด

ยีน RNA ของไรโบโซมมีการจัดระเบียบในรูปแบบที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับเชื้อสาย จำไว้ว่ายีนเป็นส่วนหนึ่งของดีเอ็นเอที่เป็นรหัสสำหรับฟีโนไทป์

ในกรณีของแบคทีเรียยีนของไรโบโซมอาร์เอ็นเอ 16S, 23S และ 5S จะถูกจัดระเบียบและถ่ายทอดร่วมกันในโอเพรอน การจัดระเบียบ“ ยีนร่วม” นี้พบได้บ่อยในยีนโปรคาริโอต

ในทางตรงกันข้ามยูคาริโอตซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนกว่าที่มีนิวเคลียสคั่นด้วยเมมเบรนจะถูกจัดเรียงควบคู่กัน ในมนุษย์เรายีนที่เป็นรหัสสำหรับไรโบโซมอาร์เอ็นเอถูกจัดเป็นกลุ่ม "คลัสเตอร์" 5 กลุ่มซึ่งอยู่บนโครโมโซม 13, 14, 15, 21 และ 22 พื้นที่เหล่านี้เรียกว่านอร์

เริ่มการถอดเสียง

ในเซลล์ RNA polymerase เป็นเอนไซม์ที่ทำหน้าที่เพิ่มนิวคลีโอไทด์ให้กับสาย RNA พวกมันสร้างโมเลกุลของสิ่งเหล่านี้จากโมเลกุลดีเอ็นเอ กระบวนการสร้าง RNA หลังจากการแบ่งตัวของ DNA เรียกว่าการถอดความ มีหลายประเภทของ RNA polymerases

โดยทั่วไปการถอดความของไรโบโซมอาร์เอ็นเอจะดำเนินการโดย RNA polymerase I ยกเว้น 5S ribosomal RNA ซึ่งการถอดความจะดำเนินการโดย RNA polymerase III 5S ยังมีความไม่ชอบมาพากลที่ถ่ายทอดออกมานอกนิวคลีโอลัส

ผู้ส่งเสริมการสังเคราะห์ RNA ประกอบด้วยสององค์ประกอบที่อุดมไปด้วยลำดับ GC และภาคกลางที่นี่การถอดเสียงจะเริ่มขึ้น

ในมนุษย์ปัจจัยการถอดเสียงที่จำเป็นสำหรับกระบวนการเชื่อมโยงกับภาคกลางและก่อให้เกิดความซับซ้อนก่อนการเริ่มต้นซึ่งประกอบด้วยกล่อง TATA และปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับ TBP

เมื่อปัจจัยทั้งหมดรวมกันแล้ว RNA polymerase I พร้อมกับปัจจัยการถอดความอื่น ๆ จะเชื่อมโยงกับบริเวณกลางของตัวส่งเสริมเพื่อสร้างคอมเพล็กซ์การเริ่มต้น

การยืดตัวและการสิ้นสุดของการถอดความ

ต่อจากนั้นขั้นตอนที่สองของกระบวนการถอดความจะเกิดขึ้น: การยืดตัว ที่นี่การถอดความเกิดขึ้นเองและเกี่ยวข้องกับการปรากฏตัวของโปรตีนตัวเร่งปฏิกิริยาอื่น ๆ เช่นโทโปไอโซเมอเรส

ในยูคาริโอตหน่วยการถอดเสียงของยีนไรโบโซมมีลำดับดีเอ็นเอที่ปลาย 3 'โดยมีลำดับที่เรียกว่ากล่อง Sal ซึ่งระบุจุดสิ้นสุดของการถอดความ

หลังจากการถอดความของไรโบโซมอาร์เอ็นเอที่จัดเรียงควบคู่กันเกิดขึ้นทางชีวภาพของไรโบโซมจะเกิดขึ้นในนิวคลีโอลัส การถอดยีนของไรโบโซมจะเจริญเติบโตและเชื่อมโยงกับโปรตีนเพื่อสร้างหน่วยไรโบโซม

ก่อนการยุติการก่อตัวของ "ไรโบโปรตีน" จะเกิดขึ้น เช่นเดียวกับใน Messenger RNAs กระบวนการเชื่อมต่อจะถูกขับเคลื่อนโดยไรโบนิวคลีโอโปรตีนนิวคลีโอลาร์ขนาดเล็กหรือ snRNP สำหรับคำย่อในภาษาอังกฤษ

Splicing เป็นกระบวนการที่ introns (ลำดับที่ไม่มีการเข้ารหัส) ที่มักจะ "ขัดจังหวะ" exons (ลำดับที่สร้างรหัสสำหรับยีนที่เป็นปัญหา) จะถูกกำจัดออกไป

กระบวนการนี้นำไปสู่ตัวกลางของ 20S ที่ประกอบด้วย 18S rRNA และ 32S ซึ่งประกอบด้วย 5.8S และ 28S rRNA

การปรับเปลี่ยนหลังการถอดเสียง

หลังจากที่ไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอเกิดขึ้นพวกมันจะได้รับการปรับเปลี่ยนเพิ่มเติม สิ่งเหล่านี้เกี่ยวข้องกับ methylations (การเพิ่มกลุ่ม methyl) ประมาณ 100 นิวคลีโอไทด์ต่อไรโบโซมที่กลุ่ม 2'-OH ของไรโบโซม นอกจากนี้ยังมีการสร้างไอโซเมอไรเซชันของยูริดีนมากกว่า 100 ชนิดในรูปแบบหลอกยูริดีน

โครงสร้าง

เช่นเดียวกับ DNA RNA ประกอบด้วยโควาเลนต์ฐานไนโตรเจนที่ผูกมัดกับกระดูกสันหลังฟอสเฟต

ฐานไนโตรเจนทั้งสี่ที่ประกอบกันคืออะดีนีนไซโตซีนยูราซิลและกัวนีน อย่างไรก็ตาม RNA ไม่ใช่โมเลกุลคู่ แต่เป็นวงเดียว

เช่นเดียวกับการถ่ายโอน RNA ไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอมีลักษณะโครงสร้างทุติยภูมิที่ค่อนข้างซับซ้อนโดยมีขอบเขตการผูกเฉพาะที่รับรู้ RNA ของผู้ส่งสารและถ่ายโอนอาร์เอ็นเอ

คุณสมบัติ

หน้าที่หลักของไรโบโซมอาร์เอ็นเอคือการจัดเตรียมโครงสร้างทางกายภาพที่อนุญาตให้ส่งสาร RNA และถอดรหัสเป็นกรดอะมิโนเพื่อสร้างโปรตีน

โปรตีนเป็นสารชีวโมเลกุลที่มีหน้าที่หลากหลายตั้งแต่การขนส่งออกซิเจนเช่นฮีโมโกลบินไปจนถึงหน้าที่สนับสนุน

การบังคับใช้

Ribosomal RNA ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางทั้งในด้านอณูชีววิทยาและวิวัฒนาการและในทางการแพทย์

หากคุณต้องการทราบความสัมพันธ์ทางวิวัฒนาการของปัญหาเพิ่มเติมระหว่างสิ่งมีชีวิตสองกลุ่มนั่นคือว่าสิ่งมีชีวิตมีความสัมพันธ์กันอย่างไรในแง่ของความเป็นเครือญาติมักใช้ยีนไรโบโซมอาร์เอ็นเอเป็นการติดแท็ก

มีประโยชน์อย่างมากในฐานะเครื่องหมายโมเลกุลเนื่องจากมีอัตราการวิวัฒนาการต่ำ (ลำดับประเภทนี้เรียกว่า "ลำดับที่อนุรักษ์")

ในความเป็นจริงหนึ่งในการสร้างวิวัฒนาการทางวิวัฒนาการที่มีชื่อเสียงที่สุดในสาขาชีววิทยาได้ดำเนินการโดย Carl Woese และผู้ทำงานร่วมกันโดยใช้ลำดับ 16S ribosomal RNA ผลการศึกษานี้ทำให้สิ่งมีชีวิตแบ่งออกเป็น 3 โดเมน ได้แก่ อาร์เคียแบคทีเรียและยูคาริโอต

ในทางกลับกันไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอมักเป็นเป้าหมายของยาปฏิชีวนะหลายชนิดที่ใช้ในทางการแพทย์เพื่อรักษาโรคต่างๆ มีเหตุผลที่จะสันนิษฐานว่าโดยการโจมตีระบบการผลิตโปรตีนของแบคทีเรียจะได้รับผลกระทบทันที

วิวัฒนาการ

มีการคาดเดาว่าไรโบโซมอย่างที่เรารู้จักกันในปัจจุบันเริ่มก่อตัวในช่วงเวลาที่ห่างไกลใกล้เคียงกับการก่อตัวของ LUCA (บรรพบุรุษร่วมสากลสุดท้ายหรือบรรพบุรุษร่วมสากลสุดท้าย)

ในความเป็นจริงหนึ่งในสมมติฐานเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิตกล่าวว่าชีวิตมีต้นกำเนิดจากโมเลกุล RNA เนื่องจากมีความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติที่จำเป็นเพื่อให้ถือว่าเป็นหนึ่งในโมเลกุลสารตั้งต้นของชีวิต

นักวิจัยเสนอว่าสารตั้งต้นของไรโบโซมในปัจจุบันไม่สามารถเลือกได้กับกรดอะมิโนโดยยอมรับทั้ง l และ d isomers ปัจจุบันเป็นที่ทราบกันอย่างแพร่หลายว่าโปรตีนเกิดจากอะมิโนรูปตัวแอล

นอกจากนี้ไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอยังมีความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาเพปทิดิลทรานสเฟอเรสลักษณะของการทำหน้าที่เป็นที่เก็บนิวคลีโอไทด์ควบคู่ไปกับความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาทำให้เป็นองค์ประกอบสำคัญในการวิวัฒนาการของรูปแบบแรกบนโลก

อ้างอิง

เบิร์ก JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). ชีวเคมี. พิมพ์ครั้งที่ 5. นิวยอร์ก: WH Freeman ส่วนที่ 29.3 ไรโบโซมคืออนุภาคไรโบนิวคลีโอโปรตีน (70S) ที่ทำจากหน่วยย่อยขนาดเล็ก (30S) และขนาดใหญ่ (50S) มีจำหน่ายที่: ncbi.nlm.nih.gov
Curtis, H. , & Schnek, A. (2006). ขอเชิญเข้าร่วมชีววิทยา Panamerican Medical Ed.
ฟ็อกซ์, GE (2010). กำเนิดและวิวัฒนาการของไรโบโซม มุมมองของ Cold Spring Harbor ในชีววิทยา, 2 (9), a003483
Hall, JE (2015). หนังสืออิเล็กทรอนิกส์สรีรวิทยาการแพทย์ Guyton and Hall วิทยาศาสตร์สุขภาพเอลส์เวียร์
Lewin, B. (1993). ยีน เล่ม 1. Reverte.
Lodish, H. (2005). ชีววิทยาระดับเซลล์และโมเลกุล Panamerican Medical Ed.
รามกฤชนันท์ว. (2545). โครงสร้างไรโบโซมและกลไกการแปล เซลล์, 108 (4), 557-572
Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). จุลชีววิทยาเบื้องต้น. Panamerican Medical Ed.
Wilson, DN, & Cate, JHD (2012). โครงสร้างและหน้าที่ของไรโบโซมยูคาริโอต มุมมองของ Cold Spring Harbor ในชีววิทยา, 4 (5), a011536

ไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอ: การสังเคราะห์ชนิดและโครงสร้างหน้าที่อย่างไร - ชีววิทยา - 2025