RIBOZOMI: CARACTERISTICI, TIPURI, STRUCTURĂ, FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

Cele ribozomii sunt cele mai organitelor celulare abundente și sunt implicate în sinteza proteinelor. Nu sunt înconjurate de o membrană și sunt alcătuite din două tipuri de subunități: una mare și una mică, de regulă, subunitatea mare este aproape de două ori mai mică decât cea mică.

Linia procariotă posedă ribozomi 70S compuse dintr-o subunitate mare 50S și o subunitate mică 30S. La fel, ribozomii liniei eucariote sunt compuse dintr-o subunitate mare 60S și o subunitate mică 40S.

Ribozomul este analog cu o fabrică în mișcare, capabilă să citească ARN-ul mesager, să-l transpună în aminoacizi și să-i lege între ele prin legături peptidice.

Ribozomii sunt echivalenți cu aproape 10% din proteinele totale ale unei bacterii și mai mult de 80% din cantitatea totală de ARN. În cazul eucariotelor, acestea nu sunt la fel de abundente în raport cu alte proteine, dar numărul lor este mai mare.

În 1950, cercetătorul George Palade a vizualizat prima dată ribozomii, iar această descoperire a primit premiul Nobel pentru fiziologie sau medicină.

Caracteristici generale

Ribozomii sunt componente esențiale ale tuturor celulelor și sunt legate de sinteza proteinelor. Au dimensiuni foarte mici, astfel încât pot fi vizualizate doar sub lumina unui microscop electronic.

Ribozomii se găsesc liberi în citoplasma celulelor, ancorate la reticulul endoplasmic dur - ribozomii îi conferă acest aspect „încrețit” și în unele organule, cum ar fi mitocondriile și cloroplastele.

Ribozomii legați de membrană sunt responsabili de sinteza proteinelor care vor fi introduse în membrana plasmatică sau vor fi trimise la exteriorul celulei.

Ribozomii liberi, care nu sunt cuplați la nicio structură din citoplasmă, sintetizează proteine ​​a căror destinație se află în interiorul celulei. În cele din urmă, ribozomii mitocondriilor sintetizează proteine ​​pentru uz mitocondrial.

În același mod, mai mulți ribozomi se pot uni și forma "poliribozomi", formând un lanț cuplat la un ARN mesager, sintetizând aceeași proteină, de mai multe ori și simultan

Toate sunt formate din două subunități: una numită mare sau mai mare și cealaltă mică sau mai mică.

Unii autori consideră că ribozomii sunt organule nemembranoase, deoarece le lipsește aceste structuri lipidice, deși alți cercetători nu le consideră organele în sine.

Structura

Ribozomii sunt structuri celulare mici (de la 29 la 32 nm, în funcție de grupul organismului), rotunjite și dense, compuse din ARN ribozomal și molecule proteice, care sunt asociate între ele.

Ribozomii cei mai studiați sunt cei ai eubacteriilor, arhaea și eucariote. În prima linie ribozomii sunt mai simpli și mai mici. Ribozomii eucarioti, la rândul lor, sunt mai complexe și mai mari. În arhaea, ribozomii sunt mai asemănătoare cu ambele grupuri în anumite privințe.

Ribozomii de vertebre și angiosperme (plante cu flori) sunt deosebit de complexe.

Fiecare subunitate ribozomală este formată în principal din ARN ribozomal și o mare varietate de proteine. Subunitatea mare poate fi formată din molecule mici de ARN pe lângă ARN ribozomal.

Proteinele sunt cuplate cu ARN ribozomal în anumite regiuni, după o ordine. În ribozomi, se pot distinge mai multe site-uri active, cum ar fi zonele catalitice.

ARN-ul ribozomal are o importanță crucială pentru celulă și acest lucru poate fi văzut în secvența sa, care a fost practic neschimbată în timpul evoluției, reflectând presiunile selective ridicate împotriva oricărei schimbări.

Funcțiile ribozomului

Ribozomii sunt responsabili de medierea procesului de sinteză a proteinelor în celulele tuturor organismelor, fiind un utilaj biologic universal.

Ribozomii - împreună cu ARN-ul de transfer și ARN-ul mesager - reușesc să decodeze mesajul ADN și să-l interpreteze într-o secvență de aminoacizi care vor forma toate proteinele dintr-un organism, într-un proces numit traducere.

În lumina biologiei, cuvântul de traducere se referă la schimbarea „limbajului” de la tripletele nucleotidelor la aminoacizi.

Aceste structuri sunt partea centrală a translației, unde apar cele mai multe reacții, cum ar fi formarea legăturilor peptidice și eliberarea noii proteine.

Traducerea proteinelor

Procesul de formare a proteinelor începe cu unirea între un ARN mesager și un ribozom. Mesagerul călătorește prin această structură la un capăt specific numit „codon inițiator de lanț”.

Pe măsură ce ARN-ul mesager trece prin ribozom, se formează o moleculă de proteine, deoarece ribozomul este capabil să interpreteze mesajul codat în mesager.

Acest mesaj este codat în triplete de nucleotide, cu fiecare trei baze indicând un anumit aminoacid. De exemplu, dacă ARN-ul mesager poartă secvența: AUG AUU CUU UUG GCU, peptida formată va consta din aminoacizii: metionină, izoleucină, leucină, leucină și alanină.

Acest exemplu arată „degenerarea” codului genetic, deoarece mai mult de un codon - în acest caz CUU și UUG - codifică pentru același tip de aminoacid. Când ribozomul detectează un codon stop în ARN-ul mesager, traducerea se încheie.

Ribozomul are un sit A ​​și un loc P. Situl P deține peptidil-ARNt și aminoacil-ARNt intră pe site-ul A.

Transfer ARN

ARN-urile de transfer sunt responsabile de transportul aminoacizilor la ribozom și au secvența complementară triplei. Există un ARN de transfer pentru fiecare dintre cei 20 de aminoacizi care formează proteine.

Etapele chimice ale sintezei proteinelor

Procesul începe cu activarea fiecărui aminoacid cu legarea ATP într-un complex monofosfat de adenozină, eliberând fosfați cu energie mare.

Etapa anterioară are ca rezultat un aminoacid cu exces de energie și legarea are loc cu ARN-ul respectiv de transfer, pentru a forma un complex aminoacid-ARNt. Aici are loc eliberarea de adenozină monofosfat.

În ribozom, ARN-ul de transfer se întâlnește cu ARN-ul mesager. În această etapă, secvența ARN-ului de transfer sau anticodon se hibridizează cu codonul sau triplul ARN-ului mesager. Aceasta duce la alinierea aminoacidului cu secvența corespunzătoare a acestuia.

Enzima peptidil transferaza este responsabilă de catalizarea formării legăturilor peptidice care leagă aminoacizii. Acest proces consumă cantități mari de energie, deoarece necesită formarea a patru legături cu energie mare pentru fiecare aminoacid care este atașat la lanț.

Reacția înlătură un radical hidroxil la capătul COOH al aminoacidului și îndepărtează un hidrogen la NH ₂ capătul celuilalt aminoacid. Regiunile reactive ale celor doi aminoacizi se unesc și creează legătura peptidică.

Ribozomi și antibiotice

Deoarece sinteza proteinelor este un eveniment esențial pentru bacterii, anumite antibiotice vizează ribozomii și diferitele etape ale procesului de traducere.

De exemplu, streptomicina se leagă de subunitatea mică pentru a interfera cu procesul de traducere, provocând erori la citirea ARN-ului mesager.

Alte antibiotice, cum ar fi neomicinele și gentamicinele, pot provoca, de asemenea, erori la translație, cuplându-se cu subunitatea mică.

Tipuri de ribozomi

Ribozomi în procariote

Bacteriile, la fel ca E. coli, au peste 15.000 de ribozomi (în proporție, acest lucru echivalează cu aproape un sfert din greutatea uscată a celulei bacteriene).

Ribozomii din bacterii au un diametru de aproximativ 18 nm și sunt alcătuiți din ARN ribozomal 65% și doar 35% proteine ​​de diferite dimensiuni, între 6.000 și 75.000 kDa.

Subunitatea mare se numește 50S, iar cea mică 30S, care se combină pentru a forma o structură 70S cu o masă moleculară de 2,5 × 10 ⁶ kDa.

Subunitatea 30S are o formă alungită și nu simetrică, în timp ce 50S este mai groasă și mai scurtă.

Subunitatea mică de E. coli este formată din ARN ribozomal 16S (baze 1542) și 21 proteine, iar subunitatea mare conține ARN ribozomal 23S (baze 2904), 5S (1542 baze) și 31 proteine. Proteinele care le compun sunt de bază, iar numărul variază în funcție de structură.

Moleculele de ARN ribozomal, împreună cu proteinele, sunt grupate într-o structură secundară similară cu alte tipuri de ARN.

Ribozomi în eucariote

Ribozomii din eucariote (80S) sunt mai mari, cu un conținut mai mare de ARN și proteine. ARN-urile sunt mai lungi și se numesc 18S și 28S. Ca și în procariote, compoziția ribozomilor este dominată de ARN ribozomal.

În aceste organisme, ribozomul are o masă moleculară de 4,2 × 10 ⁶ kDa și este descompus în subunitățile 40S și 60S.

Subunitatea 40S conține o singură moleculă de ARN, 18S (baze de 1874) și aproximativ 33 de proteine. În mod similar, subunitatea 60S conține ARN-urile 28S (4718 baze), 5.8S (160 baze) și 5S (120 baze). În plus, este alcătuit din proteine ​​de bază și proteine ​​acide.

Ribozomi în arhaea

Archaea sunt un grup de organisme microscopice care seamănă cu bacterii, dar diferă în atâtea caracteristici încât constituie un domeniu separat. Trăiesc în medii diverse și sunt capabili să colonizeze medii extreme.

Tipurile de ribozomi găsiți în arhaea sunt similare cu ribozomii organismelor eucariote, deși au și anumite caracteristici ale ribozomilor bacterieni.

Are trei tipuri de molecule ARN ribozomale: 16S, 23S și 5S, cuplate la 50 sau 70 proteine, în funcție de specia de studiu. În ceea ce privește dimensiunea, ribozomii arhaea sunt mai apropiați de ribozomii bacterieni (70S cu două subunități 30S și 50S), dar din punct de vedere al structurii lor primare, sunt mai aproape de eucariote.

Deoarece arhaea tinde să locuiască în medii cu temperaturi ridicate și concentrații mari de sare, ribozomii lor sunt foarte rezistenți.

Coeficientul de sedimentare

S sau Svedbergs, se referă la coeficientul de sedimentare a particulei. Ea exprimă relația dintre viteza constantă de sedimentare și accelerația aplicată. Această măsură are dimensiuni de timp.

Rețineți că Svedberg-urile nu sunt aditive, deoarece iau în considerare masa și forma particulei. Din acest motiv, în bacterii ribozomul compus din subunități 50S și 30S nu se ridică la 80S, de asemenea subunitățile 40S și 60S nu formează un ribozom 90S.

Sinteza ribozomului

Toate utilajele celulare necesare sintezei ribozomilor se găsesc în nucleol, o regiune densă a nucleului care nu este înconjurată de structuri membranoase.

Nucleul este o structură variabilă în funcție de tipul de celulă: este mare și vizibil în celulele cu cerințe ridicate de proteine ​​și este o zonă aproape imperceptibilă în celulele care sintetizează puțină proteină.

Procesarea ARN ribozomal are loc în această zonă, unde se cuplează cu proteine ​​ribozomale și dă naștere la produse de condensare granulară, care sunt subunitățile imature care formează ribozomi funcționali.

Subunitățile sunt transportate în afara nucleului - prin porii nucleari - la citoplasmă, unde sunt asamblate în ribozomi maturi care pot începe sinteza proteinelor.

Genele ARN ribozomal

La om, genele care codifică ARN ribozomal se găsesc pe cinci perechi de cromozomi specifici: 13, 14, 15, 21 și 22. Deoarece celulele necesită un număr mare de ribozomi, genele sunt repetate de mai multe ori pe acești cromozomi .

Genele nucleolului codifică ARN ribozomal 5.8S, 18S și 28S și sunt transcrise de ARN polimeraza într-un transcript 45S. ARN ribozomal 5S nu este sintetizat în nucleol.

Originea și evoluția

Ribozomii moderni trebuie să fi apărut pe vremea LUCA, ultimul strămoș comun universal, probabil în lumea ipotetică a ARN. Se propune ca ARN-urile de transfer să fie fundamentale pentru evoluția ribozomilor.

Această structură ar putea apărea ca un complex cu funcții de auto-replicare care au dobândit ulterior funcții pentru sinteza aminoacizilor. Una dintre cele mai remarcabile caracteristici ale ARN este capacitatea sa de a cataliza propria replicare.

Referințe

1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biochimie. Ediția a 5-a. New York: WH Freeman. Secțiunea 29.3, Un ribozom este o particulă ribonucleoproteină (70S) formată dintr-o subunitate mică (30S) și o subunitate mare (50S). Disponibil la adresa: ncbi.nlm.nih.gov
2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Invitatie la biologie. Editura Medicală Panamericană.
3. Fox, GE (2010). Originea și evoluția ribozomului. Perspectivele Cold Spring Harbor în biologie, 2 (9), a003483.
4. Hall, JE (2015). Cartea manuală de fiziologie medicală Guyton and Hall. Științele sănătății Elsevier
5. Lewin, B. (1993). genele Volumul 1. Reverte.
6. Lodish, H. (2005). Biologie celulară și moleculară. Editura Medicală Panamericană.
7. Ramakrishnan, V. (2002). Structura ribozomului și mecanismul traducerii. Celulă, 108 (4), 557-572.
8. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Introducere în microbiologie. Editura Medicală Panamericană.
9. Wilson, DN și Cate, JHD (2012). Structura și funcția ribozomului eucariot. Cold Spring Harbor perspective în biologie, 4 (5), a011536.