ריבוזומים: מאפיינים, סוגים, מבנה, פונקציות - ביולוגיה - 2025

ריבוזומים הם אברונים בתא בשכיחות ומעורבים סינתזת חלבון. הם אינם מוקפים בקרום והם מורכבים משני סוגים של יחידות משנה: גדולה וקטנה, ככלל תת היחידה הגדולה כמעט כפולת הקטנה.

לשושלת הפרוקריוטית יש ריבוזומים של 70S המורכבים מיחידת 50S גדולה ויחידת משנה קטנה של 30S. באופן דומה, ריבוזומים משושלת האוקריוטית מורכבים מיחידת 60S גדולה ותת יחידת קטנה של 40S.

הריבוזום מקביל למפעל שזז, מסוגל לקרוא RNA שליח, לתרגם אותו לחומצות אמינו ולקשר ביניהם באמצעות קשרי פפטיד.

ריבוזומים שווים לכמעט 10% מכלל החלבונים של חיידק ויותר מ 80% מהכמות הכוללת של RNA. במקרה של אאוקריוטים, הם אינם בשפע ביחס לחלבונים אחרים אך מספרם גבוה יותר.

בשנת 1950 דמיין החוקר ג'ורג 'פאלאד לראשונה ריבוזומים וגילוי זה זכה בפרס נובל בפיזיולוגיה או ברפואה.

מאפיינים כלליים

ריבוזומים הם מרכיבים חיוניים מכל התאים וקשורים לסינתזת חלבון. הם קטנים מאוד בגודל כך שניתן יהיה לדמיין אותם רק תחת אור מיקרוסקופ אלקטרונים.

ריבוזומים נמצאים חופשיים בציטופלזמה של התא, המעוגנים בתכנית הרטרופוליה האנדופלסמית הגסה - ריבוזומים מעניקים לו מראה "מקומט" - ובאברים מסוימים, כמו מיטוכונדריה וכלורופלסטים.

ריבוזומים כבולים ממברנה אחראים לסינתזה של חלבונים שיוחדרו לקרום הפלזמה או שיישלחו לחלק החיצוני של התא.

ריבוזומים חופשיים, שאינם צמודים למבנה כלשהו בציטופלזמה, מסנתז חלבונים שיעדם הוא בתוך התא. לבסוף, הריבוזומים של המיטוכונדריה מסנתזים חלבונים לשימוש במיטוכונדריה.

באותו אופן, מספר ריבוזומים יכולים להצטרף וליצור "פוליריבוזומים", ויוצרים שרשרת המחוברת ל- RNA שליח, מסנתז את אותו חלבון, מספר פעמים ובו זמנית

כולם מורכבים משתי יחידות משנה: האחת נקראת גדולה או גדולה יותר והשנייה קטנה או קטנה יותר.

ישנם מחברים הרואים בריבוזומים אורגנלים לא ממברניים, מכיוון שהם חסרים מבנים שומניים אלה, אם כי חוקרים אחרים אינם רואים אותם כאיברונים בעצמם.

מִבְנֶה

ריבוזומים הם מבנים תאיים קטנים (בין 29 ל- 32 ננומטר, תלוי בקבוצת האורגניזם), מעוגלים וצפופים, המורכבים מ RNA ריבוזומלי ומולקולות חלבון, הקשורים זה בזה.

הריבוזומים הנחקרים ביותר הם אלו של eubacteria, archaea ו- eukaryotes. בשושלת הראשונה הריבוזומים פשוטים יותר וקטנים יותר. ריבוזומים אוקריוטים מצדם מורכבים וגדולים יותר. בארכאה, הריבוזומים דומים יותר לשתי הקבוצות מבחינות מסוימות.

ריבוזומי חוליות וחוליות (צמחים פורחים) מורכבים במיוחד.

כל יחידת ריבוזומלית מורכבת בעיקר מ- RNA ריבוזומלי ומגוון רחב של חלבונים. תת-היחידה הגדולה יכולה להיות מורכבת ממולקולות RNA קטנות בנוסף RNA ריבוזומלי.

חלבונים משולבים ל RNA ריבוזומלי באזורים ספציפיים, בעקבות הזמנה. בתוך ריבוזומים ניתן להבחין במספר אתרים פעילים, כמו אזורים קטליטיים.

RNA ריבוזומלי הוא בעל חשיבות מכרעת לתא וניתן לראות זאת ברצף שלו, שהיה כמעט ללא שינוי במהלך האבולוציה, ומשקף את הלחצים הסלקטיביים הגבוהים כנגד כל שינוי.

פונקציות ריבוזום

ריבוזומים אחראים על תיווך של תהליך סינתזת החלבון בתאים של כל האורגניזמים, בהיותם מכונות ביולוגיות אוניברסליות.

ריבוזומים - יחד עם RNA העברה ו- RNA שליח - מצליחים לפענח את הודעת ה- DNA ולפרש אותה לרצף של חומצות אמינו אשר יהוו את כל החלבונים באורגניזם, בתהליך שנקרא תרגום.

לאור הביולוגיה, התרגום למילה מתייחס לשינוי של "שפה" משלשות נוקליאוטידים לחומצות אמינו.

מבנים אלו הם החלק המרכזי בתרגום, בו מתרחשות מרבית התגובות, כגון היווצרות קשרי פפטיד ושחרור החלבון החדש.

תרגום חלבונים

תהליך היווצרות החלבון מתחיל באיחוד בין RNA שליח לריבוזום. השליח עובר דרך מבנה זה בסוף ספציפי הנקרא "קוד יוזם השרשרת".

כאשר RNA המסנג'ר עובר דרך הריבוזום נוצרת מולקולת חלבון מכיוון שהריבוזום מסוגל לפרש את ההודעה המקודדת בשליח.

הודעה זו מקודדת בשלישיות של נוקליאוטידים, כאשר כל שלושת הבסיסים מציינים חומצה אמינית מסוימת. לדוגמא, אם ה- RNA של השליח נושא את הרצף: AUG AUU CUU UUG GCU, הפפטיד שנוצר יהיה מורכב מחומצות האמינו: מתיונין, איזולאוצין, לוצין, לאוצין ואלנין.

דוגמא זו מציגה את "הניוון" של הקוד הגנטי, מכיוון שיותר מקודון אחד - במקרה זה CUU ו- UUG - מקודד לאותו סוג של חומצת אמינו. כאשר הריבוזום מגלה קודון עצור ב- RNA של המסרים, התרגום מסתיים.

לריבוזום יש אתר A ואתר P. אתר P מכיל את הפפטידיל-tRNA וה- aminoacyl-tRNA נכנס לאתר A.

העבר RNA

RNA העברות אחראים להעברת חומצות האמינו לריבוזום ויש להם את הרצף המשלים לשלישייה. יש RNA העברה לכל אחת מ -20 חומצות האמינו המרכיבות חלבונים.

שלבים כימיים של סינתזת חלבון

התהליך מתחיל בהפעלה של כל חומצת אמינו עם קשירת ATP במתחם אדנוזין מונופוספט, ומשחרר פוספטים בעלי אנרגיה גבוהה.

השלב הקודם מביא לחומצה אמינית עם עודף אנרגיה וכריכה מתרחשת עם RNA ההעברה שלה בהתאמה, ליצירת קומפלקס חומצה אמינית-tRNA. כאן מתרחשת שחרור של מונופוספט אדנוזין.

בריבוזום RNA ההעברה פוגש את ה- RNA של המסנג'ר. בשלב זה רצף ההעברה או ה- RNA האנטי-קודוני מתכלב עם הקודון או השלישייה של ה- RNA המסנג'ר. זה מוביל ליישור החומצה האמינית לרצף התקין שלה.

האנזים פפטידיל טרנספרז אחראי לזרז היווצרות קשרי פפטיד הקושרים חומצות אמינו. תהליך זה צורך כמויות גדולות של אנרגיה, מכיוון שהוא דורש היווצרות של ארבעה קשרים בעלי אנרגיה גבוהה לכל חומצת אמינו המחוברת לשרשרת.

התגובה מסירה רדיקל הידרוקסיל בקצה COOH של חומצת האמינו ומסלקת מימן בקצה NH ₂ של חומצת האמינו האחרת. האזורים התגובים של שתי חומצות האמינו נפגשים ויוצרים את הקשר הפפטיד.

ריבוזומים ואנטיביוטיקה

מכיוון שסינתזת חלבון היא אירוע חיוני לחיידקים, אנטיביוטיקה מסוימת מכוונת לריבוזומים ולשלבים שונים של תהליך התרגום.

לדוגמא, סטרפטומיצין נקשר לתת-היחידה הקטנה כדי להפריע לתהליך התרגום, וגורם לשגיאות בקריאה של RNA Messenger.

אנטיביוטיקה אחרת, כמו ניאומיצינים וגנטמיסינים, עלולים גם לגרום לשגיאות בתרגום, תוך התחברות ליחידת המשנה הקטנה.

סוגי ריבוזומים

ריבוזומים בפרוקריוטות

חיידקים, כמו E. coli, בעלי יותר מ 15,000 ריבוזומים (בפרופורציות זה שווה לכמעט רבע ממשקלו היבש של התא החיידקי).

ריבוזומים בחיידקים בעלי קוטר של כ 18 ננומטר והם מורכבים מ- 65% RNA ריבוזומלי ורק 35% חלבונים בגדלים שונים, בין 6,000 ל- 75,000 kDa.

יחידת המשנה הגדולה נקראת 50S ו- 30S הקטנה, שמשתלבים יחד ליצירת מבנה 70S עם מסה מולקולרית של 2.5 × 10 ⁶ kDa.

יחידת המשנה של 30S מוארכת בצורה ולא סימטרית, ואילו ה- 50S עבה וקצר יותר.

תת היחידה הקטנה של E. coli מורכבת מ- 16S RNA ריבוזומלי (1542 בסיסים) ו -21 חלבונים, ותת היחידה הגדולה מכילה 23S RNA ריבוזומלי (2904 בסיסים), 5S (1542 בסיסים) ו- 31 חלבונים. החלבונים המרכיבים אותם הם בסיסיים והמספר משתנה בהתאם למבנה.

מולקולות RNA ריבוזומליות, יחד עם חלבונים, מקובצות יחד במבנה משני הדומה לסוגים אחרים של RNA.

ריבוזומים באיקריוטות

ריבוזומים באיקריוטים (80S) גדולים יותר, עם תכולה גבוהה יותר של RNA וחלבון. RNAs ארוכים יותר והם נקראים 18S ו- 28S. כמו בפרוקריוטים, הרכב הריבוזומים נשלט על ידי RNA ריבוזומלי.

באורגניזמים אלה, הריבוזום הוא בעל מסה מולקולרית של 4.2 × 10 ⁶ kDa והוא מפורק ליחידת המשנה 40S ו- 60S.

יחידת המשנה 40S מכילה מולקולת RNA יחידה, 18S (1874 בסיסים), וכ 33 חלבונים. באופן דומה, יחידת המשנה של 60S מכילה את ה- RNAs 28S (4718 בסיסים), 5.8S (160 בסיסים) ו- 5S (120 בסיסים). בנוסף, זה מורכב מחלבונים בסיסיים וחלבונים חומציים.

ריבוזומים בארכאה

ארכאאה הם קבוצה של אורגניזמים מיקרוסקופיים הדומים לחיידקים, אך נבדלים זה מזה בכל כך הרבה מאפיינים שהם מהווים תחום נפרד. הם חיים בסביבות מגוונות ומסוגלים ליישב סביבות קיצוניות.

סוגי הריבוזומים הנמצאים בארכיאה דומים לריבוזומים של אורגניזמים אוקיארוטים, אם כי יש להם גם מאפיינים מסוימים של ריבוזומים חיידקיים.

יש לו שלושה סוגים של מולקולות RNA ריבוזומליות: 16S, 23S ו- 5S, יחד עם 50 או 70 חלבונים, תלוי בסוג המחקר. מבחינת הגודל, הריבוזומים של ארכיאה קרובים יותר לחיידקים (70S עם שתי יחידות יחידות 30S ו- 50S) אך מבחינת המבנה העיקרי שלהם הם קרובים יותר לאוקריוטים.

מאחר והארכאאה בדרך כלל מאכלסת סביבות עם טמפרטורות גבוהות וריכוזי מלח גבוהים, הריבוזומים שלהם עמידים מאוד.

מקדם שקיעה

ה- S או Svedbergs, מתייחס למקדם המשקע של החלקיק. זה מבטא את הקשר בין המהירות הקבועה של שקיעה לתאוצה המיושמת. למדד זה יש ממדי זמן.

שימו לב ש- Svedbergs אינם תוספים, מכיוון שהם לוקחים בחשבון את המסה וצורת החלקיק. מסיבה זו, בחיידקים ריבוזום המורכב מיחידות משנה 50S ו- 30S אינו מעלה עד 80S, כמו כן יחידות המשנה 40S ו- 60S אינן מהוות ריבוזום 90S.

סינתזת ריבוזום

כל המכונות הסלולריות הדרושות לסינתזה של ריבוזומים נמצאות בגרעין, אזור צפוף של הגרעין שאינו מוקף על ידי מבנים ממברניים.

הגרעין הוא מבנה משתנה בהתאם לסוג התא: הוא גדול ובולט בתאים עם דרישות חלבון גבוהות וזה אזור כמעט בלתי מורגש בתאים המסנתז מעט חלבון.

עיבוד RNA ריבוזומלי מתרחש באזור זה, שם הוא מתייחד עם חלבונים ריבוזומליים ומוליד תוצרי עיבוי גרגירים, שהם יחידות המשנה הלא בשלות המהוות ריבוזומים פונקציונליים.

יחידות המשנה מועברות אל מחוץ לגרעין - דרך הנקבוביות הגרעיניות - אל הציטופלזמה, שם הן מורכבות לריבוזומים בוגרים שיכולים להתחיל בסינתזת חלבון.

גנים RNA ריבוזומליים

אצל בני אדם הגנים המקודדים ל- RNA ריבוזומלי נמצאים בחמישה זוגות כרומוזומים ספציפיים: 13, 14, 15, 21 ו- 22. מכיוון שתאים דורשים מספר רב של ריבוזומים, הגנים חוזרים על עצמם מספר פעמים על כרומוזומים אלה. .

הגנים של הגרעין מקודדים ל- RNA של ריבוי ריחניים של 5.8S, 18S ו- 28S והם מועתקים על ידי פולימראז RNA לתמליל של 45S מקדימה. RNA ריבוזומלי 5S אינו מסונתז בגרעין.

מקור ואבולוציה

הריבוזומים המודרניים כנראה הופיעו בתקופתו של LUCA, האב הקדמון המשותף האחרון, ככל הנראה בעולם ההיפותטי של RNA. מוצע כי RNAs העברה היו בסיסיים להתפתחות ריבוזומים.

מבנה זה יכול להיווצר כמכלול עם פונקציות המשכפלות עצמית, אשר לאחר מכן רכשו פונקציות לסינתזה של חומצות אמינו. אחד המאפיינים הבולטים של RNA הוא היכולת שלה לזרז את השכפול שלו.

הפניות

1. ברג JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). בִּיוֹכִימִיָה. מהדורה 5. ניו יורק: WH פרימן. סעיף 29.3, ריבוזום הוא חלקיק ריבונוקראוטאין של 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.