RNA ריבוזומלי: כיצד הוא מסונתז, סוגים ומבנה, מתפקד - ביולוגיה - 2025

RNA ריבוזומלי או ריבוזומלי, ביולוגיה של התא, הוא המרכיב המבני החשוב ביותר של הריבוזום. מסיבה זו, יש להם תפקיד חיוני בסינתזה של חלבונים והם השכיחים ביותר ביחס לסוגים העיקריים האחרים של RNA: שליח והעברה.

סינתזת חלבונים היא אירוע מכריע בכל האורגניזמים החיים. בעבר האמינו כי RNA ריבוזומלי לא היה מעורב באופן פעיל בתופעה זו, ורק מילא תפקיד מבני. כיום ישנן עדויות לכך של- RNA יש פונקציות קטליטיות והיא הזרז האמיתי של סינתזת חלבון.

מקור: ג'יין ריצ'רדסון (Dcrjsr), מתוך Wikimedia Commons

באיקריוטים הגנים המולידים סוג זה של RNA מאורגנים באזור הגרעין המכונה הגרעין. סוגי RNA מסווגים בדרך כלל בהתאם להתנהגותם במשקע, ולכן הם מלווים באות S עבור "יחידות Svedberg".

סוגים

אחד ההבדלים הבולטים ביותר בין השושלות האוקריוטיות והפרוקריוטיות הוא הרכב ה- RNA הריבוזומאלי המהווה את הריבוזומים שלהם. לפרוקריוטות יש ריבוזומים קטנים יותר, ואילו ריבוזומים באיקריוטים גדולים יותר.

ריבוזומים מחולקים לתת-יחידות גדולות וקטנות. הקטן מכיל מולקולת RNA ריבוזומלית יחידה, ואילו הגדול מכיל מולקולה אחת גדולה יותר ושני קטנות יותר, במקרה של איקריוטות.

ה- RNA ה ריבוזומאלי הקטן ביותר בחיידקים יכול להיות בין 1,500 עד 3,000 נוקלאוטידים. אצל בני אדם, RNA ריבוזומלי מגיע לאורכים גדולים יותר, בין 1800 ל 5000 נוקליאוטידים.

ריבוזומים הם הישויות הפיזיות בהן מתרחשת סינתזת חלבון. הם מורכבים מכ- 60% RNA ריבוזומלי. השאר חלבונים.

יחידות סברברג

מבחינה היסטורית, RNA ריבוזומלי מזוהה על ידי מקדם המשקע של חלקיקים תלויים שצנטריפוגה בתנאים סטנדרטיים, המצוינת על ידי האות S עבור "יחידות Svedberg."

אחת התכונות המעניינות של יחידה זו היא שהיא אינה תוסף, כלומר 10S פלוס 10S אינם 20S. מסיבה זו יש בלבול כלשהו הקשור לגודל הסופי של הריבוזומים.

פרוקריוטות

בחיידקים, ארכאאה, מיטוכונדריה וכלורופלסטים, היחידה הקטנה של הריבוזום מכילה את ה- RNA ריבוזומלי 16S. ואילו יחידת המשנה הגדולה מכילה שני מינים של RNA ריבוזומלי: 5S ו- 23S.

אוקריוטות

באוקריוטות, לעומת זאת, RNA ה- 18S ריבוזומלי נמצא ביחידת המשנה הקטנה והיחידה הגדולה, 60S, מכילה שלושה סוגים של RNA ריבוזומלי: 5S, 5.8S ו- 28S. בשושלת זו, הריבוזומים נוטים להיות גדולים יותר, מורכבים ושופרים יותר מאשר בפרוקריוטים.

איך הוא מסונתז?

מיקום הגנים

RNA ריבוזומלי הוא המרכיב המרכזי של ריבוזומים, ולכן הסינתזה שלו היא אירוע חיוני בתא. סינתזה מתרחשת בגרעין, אזור בתוך הגרעין שאינו מתוחם על ידי קרום ביולוגי.

המכונות אחראיות על הרכבת יחידות הריבוזום בנוכחות חלבונים מסוימים.

הגנים ה- RNA של ריבוזומלים מאורגנים בדרכים שונות בהתאם לשושלת. זכרו שגן הוא קטע של DNA המקודד לפנוטיפ.

במקרה של חיידקים, הגנים לריבוזומלי RNA 16S, 23S ו- 5S מאורגנים ומועתקים יחד באופרון. ארגון "גן משותף" זה נפוץ מאוד בגנים פרוקריוטים.

לעומת זאת, אורגיות, אורגניזמים מורכבים יותר עם גרעין תוחם קרום, מאורגנים בד בבד. אצלנו בני האדם, הגנים המקודדים ל- RNA ריבוזומלי מאורגנים לחמישה "אשכולות" הממוקמים על הכרומוזומים 13, 14, 15, 21 ו- 22. אזורים אלה נקראים NORs.

תחילת השעתוק

בתא, RNA פולימראז הוא אנזים האחראי על הוספת נוקליאוטידים לחוטי RNA. הם יוצרים מולקולה מסוג זה ממולקולת DNA. תהליך זה של היווצרות RNA בעקבות מזג ה- DNA מכונה תעתוק. ישנם מספר סוגים של פולימראזות RNA.

באופן כללי, תעתיק RNA ריבוזומלי מתבצע על ידי פולימראז RNA R, למעט RNA ריבוזומלי 5S, שהתעתיק מתבצע על ידי פולימראז RNA R III. ל- 5S יש גם את המוזרויות שהוא מועתק מחוץ לגרעין.

מקדמי סינתזת RNA מורכבים משני אלמנטים העשירים ברצפי GC ואזור מרכזי, כאן מתחיל התמלול.

אצל בני אדם, הגורמים התמלוליים הנחוצים לתהליך נקשרים לאזור המרכז ומולידים את מתחם טרום החניכה, המורכב מתיבת TATA וגורמים הקשורים ל- TBP.

לאחר שכל הגורמים יחד, RNA פולימראז I, יחד עם גורמי שעתוק אחרים, נקשרים לאזור המרכזי של המקדם כדי ליצור את מתחם החניכה.

התארכות וסוף השעתוק

בהמשך, השלב השני בתהליך התמלול מתרחש: התארכות. כאן התעתיק עצמו מתרחש וכולל נוכחות של חלבונים קטליטים אחרים, כמו טופואיזומראז.

באוקריוטות, ליחידות התמלול של גנים ריבוזומליים יש רצף DNA בקצה ה- 3 'עם רצף המכונה תיבת הסאל, המציין את סיום השעתוק.

לאחר התמלול של ה- RNA של ריבוזומלים מסודרים טנדמלית, הביוגנזה של הריבוזומים מתרחשת בגרעין. תעתיקי גנים ריבוזומליים מתבגרים ומתקשרים לחלבונים ליצירת יחידות ריבוזומליות.

לפני סיום, נוצרת סדרה של "ריבופרוטאינים". כמו ב- RNA של מסרים, תהליך השחבור מונע על ידי ריבוי גרעינים קטנים גרעיניים, או snRNPs, בקיצור.

שחבור הוא תהליך בו מבוטלים אינטרונים (רצפים שאינם מקודדים) שהם בדרך כלל "מפריעים" אקסונים (רצפים שעושים קוד לגן המדובר).

התהליך מוביל לביניים של 20S המכילים 18R rNA ו- 32S, המכילים 5.8S ו- 28S rRNA.

שינויים שלאחר התמלול

לאחר שמקורם של RNA בריבוזומלי הם עוברים שינויים נוספים. אלה כוללים מתילציות (תוספת של קבוצת מתיל) של כמאה נוקליאוטידים לריבוזום בקבוצת 2'-OH של הריבוזום. בנוסף, מתרחשת איזומריזציה של יותר ממאה אורדינים לצורת הפסאודו-אורידין.

מִבְנֶה

בדומה ל- DNA, RNA מורכב מבסיס חנקני שנקשר באופן קוואליסטי לשדרה פוספטית.

ארבעת הבסיסים החנקניים המהווים אותם הם אדנין, ציטוזין, אורציל וגואנין. עם זאת, בניגוד ל- DNA, RNA איננה מולקולה בעלת פס כפול, אלא להקה יחידה.

כמו RNA העברה, RNA ריבוזומלי מאופיין בכך שיש לו מבנה משני מורכב למדי, עם אזורים קשורים ספציפיים שמזהים RNA של מסנג'רים ומעבירים RNA.

מאפיינים

תפקידה העיקרי של RNA ריבוזומלי הוא לספק מבנה פיזי המאפשר לקחת RNA שליח ופענוח לחומצות אמינו, ליצירת חלבונים.

חלבונים הם ביו-מולקולות עם מגוון רחב של פונקציות - החל בהובלת חמצן, כמו המוגלובין, וכלה בפונקציות תומכות.

יָשִׂימוּת

RNA Ribosomal נמצא בשימוש נרחב, הן בתחום הביולוגיה המולקולרית והאבולוציה, והן ברפואה.

אם אתה רוצה לדעת את מערכות היחסים הפילוגנטיות יותר בעיות בין שתי קבוצות של אורגניזמים - כלומר, כיצד האורגניזמים קשורים זה לזה, במונחים של קרבה - הגנים RNA ribosomal משמשים לעתים קרובות כתיוג.

הם מועילים מאוד כסמנים מולקולריים בזכות שיעורי האבולוציה הנמוכים שלהם (סוגים אלה של רצפים מכונים "רצפים שמורים").

למעשה, אחד השחזורים הפילוגנטיים המפורסמים ביותר בתחום הביולוגיה בוצע על ידי קרל ווזה ומשתפי הפעולה באמצעות 16 רצפי RNA ריבוזומליים. תוצאות המחקר הזה אפשרו לחלק אורגניזמים חיים לשלושה תחומים: ארכאאה, חיידקים ואוקריוטים.

מצד שני, RNA ריבוזומלי הוא לרוב היעד של אנטיביוטיקה רבים המשמשים ברפואה לריפוי מגוון רחב של מחלות. הגיוני להניח שעל ידי תקיפת מערכת ייצור החלבון של חיידק, הוא יושפע מיידית.

אבולוציה

משערים כי ריבוזומים, כפי שאנו מכירים אותם כיום, החלו את התהוותם בתקופות מרוחקות מאוד, קרוב להיווצרות LUCA (אב קדמון משותף אחרון אוניברסלי).

למעשה, אחת ההשערות ביחס למקור החיים קובעת שהחיים מקורם במולקולת RNA - מכיוון שיש לה את היכולות האוטו-קטלטיות הנחוצות כדי להיחשב לאחת ממולקולות קודמות החיים.

החוקרים מציעים שמבשרי הריבוזומים הנוכחיים לא היו סלקטיביים כמו חומצות אמינו, וקיבלו גם איזומרים L ו- D. כיום ידוע כי חלבונים נוצרים אך ורק מאמינו בצורת l.

בנוסף, ל- RNA של ריבוזומל יש את היכולת לזרז את תגובת הפפטידיל-טראנספזה.מאפיין זה של משמש כמאגר נוקלאוטידים, יחד עם היכולות הקטליטיות שלו, הופכים אותו לגורם מרכזי בהתפתחות הצורות הראשונות על פני כדור הארץ.

הפניות

1. ברג JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). בִּיוֹכִימִיָה. מהדורה 5. ניו יורק: WH פרימן. סעיף 29.3, ריבוזום הוא חלקיק ריבונוקלאו-חלבון (70S) העשוי מיחידת משנה קטנה (30S) ומחלקה גדולה (50S). ניתן להשיג ב: ncbi.nlm.nih.gov
2. קרטיס, ח., ושנק, א '(2006). הזמנה לביולוגיה. פנמריקנית רפואית אד.
3. פוקס, GE (2010). מקורו והתפתחותו של הריבוזום. נקודות מבט של קולד ספרינג הארבור בביולוגיה, 2 (9), a003483.
4. הול, JE (2015). ספר לימוד של גייטון והול לפיזיולוגיה רפואית. מדעי הבריאות Elsevier.
5. לוין, ב '(1993). גנים כרך 1. חזרה.
6. Lodish, H. (2005). ביולוגיה תאית ומולקולרית. פנמריקנית רפואית אד.
7. רמאקרישנן, ו '(2002). מבנה ריבוזום ומנגנון התרגום. תא, 108 (4), 557-572.
8. טורטורה, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). מבוא למיקרוביולוגיה. פנמריקנית רפואית אד.
9. וילסון, ד.נ., וקייט, ג'ה.ד (2012). המבנה והתפקוד של הריבוזום האוקריוטי. פרספקטיבות של קפיץ ספרינג הארבור בביולוגיה, 4 (5), a011536.