RIBOSOMAAL RNA: HOE HET WORDT GESYNTHETISEERD, TYPEN EN STRUCTUUR, FUNCTIES - BIOLOGIE - 2026

Het ribosomale RNA of ribosomaal, celbiologie, is de belangrijkste structurele component van het ribosoom. Om deze reden spelen ze een onmisbare rol bij de synthese van eiwitten en zijn ze het meest overvloedig in relatie tot de andere hoofdtypen RNA: boodschapper en overdracht.

Eiwitsynthese is een cruciale gebeurtenis in alle levende organismen. Eerder werd aangenomen dat ribosomaal RNA niet actief betrokken was bij dit fenomeen en alleen een structurele rol speelde. Tegenwoordig zijn er aanwijzingen dat RNA katalytische functies heeft en de echte katalysator is van eiwitsynthese.

Bron: Jane Richardson (Dcrjsr), van Wikimedia Commons

In eukaryoten zijn de genen die aanleiding geven tot dit type RNA georganiseerd in een gebied van de kern dat de nucleolus wordt genoemd. RNA-typen worden meestal geclassificeerd op basis van hun gedrag bij sedimentatie, daarom worden ze vergezeld van de letter S voor "Svedberg-eenheden".

Soorten

Een van de meest opvallende verschillen tussen eukaryote en prokaryote lijnen is de samenstelling van het ribosomale RNA dat hun ribosomen vormt. Prokaryoten hebben kleinere ribosomen, terwijl ribosomen in eukaryoten groter zijn.

Ribosomen zijn onderverdeeld in grote en kleine subeenheden. De kleine bevat een enkel ribosomaal RNA-molecuul, terwijl de grote een grotere en twee kleinere bevat, in het geval van eukaryoten.

Het kleinste ribosomale RNA in bacteriën kan 1.500 tot 3.000 nucleotiden zijn. Bij mensen bereikt ribosomaal RNA grotere lengtes, tussen 1800 en 5000 nucleotiden.

Ribosomen zijn de fysieke entiteiten waar eiwitsynthese plaatsvindt. Ze zijn samengesteld uit ongeveer 60% ribosomaal RNA. De rest zijn eiwitten.

Svedberg-eenheden

Historisch gezien wordt ribosomaal RNA geïdentificeerd door de sedimentatiecoëfficiënt van gesuspendeerde deeltjes die onder standaardomstandigheden worden gecentrifugeerd, wat wordt aangeduid met de letter S voor "Svedberg-eenheden".

Een van de interessante eigenschappen van dit apparaat is dat het niet additief is, dat wil zeggen dat 10S plus 10S geen 20S zijn. Om deze reden is er enige verwarring over de uiteindelijke grootte van de ribosomen.

Prokaryoten

In bacteriën, archaea, mitochondriën en chloroplasten bevat de kleine eenheid van het ribosoom het 16S ribosomale RNA. Terwijl de grote subeenheid twee soorten ribosomaal RNA bevat: 5S en 23S.

Eukaryoten

In eukaryoten daarentegen wordt het 18S-ribosomale RNA aangetroffen in de kleine subeenheid en de grote subeenheid, 60S, bevat drie soorten ribosomaal RNA: 5S, 5.8S en 28S. In deze lijn zijn ribosomen meestal groter, complexer en overvloediger dan in prokaryoten.

Hoe wordt het gesynthetiseerd?

Locatie van genen

Ribosomaal RNA is de centrale component van ribosomen, dus de synthese ervan is een onmisbare gebeurtenis in de cel. Synthese vindt plaats in de nucleolus, een gebied binnen de kern dat niet wordt afgebakend door een biologisch membraan.

De machine is verantwoordelijk voor het samenstellen van de ribosoomeenheden in aanwezigheid van bepaalde eiwitten.

De ribosomale RNA-genen zijn op verschillende manieren georganiseerd, afhankelijk van de afstamming. Onthoud dat een gen een DNA-segment is dat codeert voor een fenotype.

In het geval van bacteriën worden de genen voor ribosomale RNA's 16S, 23S en 5S georganiseerd en samen getranscribeerd in een operon. Deze "gen samen" -organisatie is heel gebruikelijk in prokaryote genen.

Daarentegen zijn eukaryoten, meer complexe organismen met een door membranen begrensde kern, achter elkaar georganiseerd. Bij ons mensen zijn de genen die coderen voor ribosomaal RNA georganiseerd in vijf "clusters" op chromosomen 13, 14, 15, 21 en 22. Deze regio's worden NOR's genoemd.

Begin van transcriptie

In de cel is RNA-polymerase een enzym dat verantwoordelijk is voor het toevoegen van nucleotiden aan RNA-strengen. Ze vormen hiervan een molecuul uit een DNA-molecuul. Dit proces van vorming van een RNA na het temperen van een DNA staat bekend als transcriptie. Er zijn verschillende soorten RNA-polymerasen.

Over het algemeen wordt ribosomale RNA-transcriptie uitgevoerd door RNA-polymerase I, met uitzondering van 5S-ribosomaal RNA, waarvan de transcriptie wordt uitgevoerd door RNA-polymerase III. De 5S heeft ook de bijzonderheid dat deze buiten de nucleolus wordt getranscribeerd.

De promotors van RNA-synthese bestaan ​​uit twee elementen die rijk zijn aan GC-sequenties en een centraal gebied, hier begint de transcriptie.

Bij mensen binden de transcriptiefactoren die nodig zijn voor het proces zich aan het centrale gebied en geven ze aanleiding tot het pre-initiatiecomplex, dat bestaat uit de TATA-box en TBP-geassocieerde factoren.

Zodra alle factoren bij elkaar zijn, binden RNA-polymerase I, samen met andere transcriptiefactoren, aan het centrale gebied van de promotor om het initiatiecomplex te vormen.

Verlenging en einde van transcriptie

Vervolgens vindt de tweede stap van het transcriptieproces plaats: verlenging. Hier vindt de transcriptie zelf plaats en omvat de aanwezigheid van andere katalytische eiwitten, zoals topoisomerase.

In eukaryoten hebben de transcriptionele eenheden van ribosomale genen een DNA-sequentie aan het 3'-uiteinde met een sequentie die bekend staat als de Sal-box, die het einde van de transcriptie aangeeft.

Nadat transcriptie van in tandem gerangschikte ribosomale RNA's plaatsvindt, vindt biogenese van ribosomen plaats in de nucleolus. Ribosomale gentranscripten rijpen en associëren zich met eiwitten om ribosomale eenheden te vormen.

Voor beëindiging vindt de vorming van een reeks "riboproteïnen" plaats. Net als bij boodschapper-RNA's wordt het splitsingsproces aangedreven door kleine nucleolaire ribonucleoproteïnen, of snRNP's, voor het acroniem in het Engels.

Splicing is een proces waarbij introns (niet-coderende sequenties) die gewoonlijk exons "onderbreken" (sequenties die wel coderen voor het gen in kwestie) worden geëlimineerd.

Het proces leidt tot tussenproducten van 20S die het 18S-rRNA en 32S bevatten, die de 5.8S- en 28S-rRNA bevatten.

Post-transcriptionele wijzigingen

Nadat ribosomale RNA's zijn ontstaan, ondergaan ze verdere modificaties. Hierbij gaat het om methyleringen (toevoeging van een methylgroep) van ongeveer 100 nucleotiden per ribosoom op de 2'-OH-groep van het ribosoom. Bovendien vindt isomerisatie van meer dan 100 uridinen tot de pseudo-uridinevorm plaats.

Structuur

Net als DNA is RNA samengesteld uit een stikstofbase die covalent is gebonden aan een fosfaatruggengraat.

De vier stikstofhoudende basen die ze vormen zijn adenine, cytosine, uracil en guanine. In tegenstelling tot DNA is RNA echter geen dubbelbandmolecuul, maar een enkele band.

Net als transfer-RNA wordt ribosomaal RNA gekenmerkt door een vrij complexe secundaire structuur, met specifieke bindingsregio's die boodschapper-RNA en transfer-RNA's herkennen.

Kenmerken

De belangrijkste functie van ribosomaal RNA is om een ​​fysieke structuur te bieden waarmee boodschapper-RNA kan worden opgenomen en gedecodeerd in aminozuren om eiwitten te vormen.

Eiwitten zijn biomoleculen met een breed scala aan functies - van het transporteren van zuurstof, zoals hemoglobine, tot ondersteunende functies.

Toepasbaarheid

Ribosomaal RNA wordt veel gebruikt, zowel op het gebied van moleculaire biologie en evolutie als in de geneeskunde.

Als je de fylogenetische relaties wilt weten, meer problemen tussen twee groepen organismen - dat wil zeggen, hoe de organismen aan elkaar gerelateerd zijn, in termen van verwantschap - worden de ribosomale RNA-genen vaak gebruikt als tagging.

Ze zijn erg nuttig als moleculaire merkers dankzij hun lage evolutionaire snelheden (dit soort sequenties staat bekend als "geconserveerde sequenties").

In feite werd een van de beroemdste fylogenetische reconstructies op het gebied van biologie uitgevoerd door Carl Woese en medewerkers met behulp van 16S ribosomale RNA-sequenties. Dankzij de resultaten van deze studie konden levende organismen worden onderverdeeld in drie domeinen: archaea, bacteriën en eukaryoten.

Aan de andere kant is ribosomaal RNA vaak het doelwit van veel antibiotica die in de geneeskunde worden gebruikt om een ​​breed scala aan ziekten te genezen. Het is logisch om aan te nemen dat door een aanval op het eiwitproductiesysteem van een bacterie, deze direct wordt aangetast.

Evolutie

Er wordt gespeculeerd dat ribosomen, zoals we ze vandaag kennen, hun vorming begonnen in zeer afgelegen tijden, dicht bij de vorming van LUCA (laatste universele gemeenschappelijke voorouder of laatste universele gemeenschappelijke voorouder).

In feite stelt een van de hypothesen met betrekking tot de oorsprong van leven dat leven is ontstaan ​​uit een RNA-molecuul - aangezien het de nodige autokatalytische vermogens heeft om te worden beschouwd als een van de voorlopermoleculen van het leven.

De onderzoekers stellen dat de huidige ribosoomprecursoren niet zo selectief waren met aminozuren en zowel l- als d-isomeren accepteerden. Tegenwoordig is het algemeen bekend dat eiwitten uitsluitend worden gevormd uit l-vorm amino.

Bovendien heeft ribosomaal RNA het vermogen om de peptidyltransferasereactie te katalyseren.Dit kenmerk van het dienen als een nucleotide-opslagplaats, in combinatie met zijn katalytische eigenschappen, maakt het een sleutelelement in de evolutie van de eerste vormen op aarde.

Referenties

1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Biochemie. 5e editie. New York: WH Freeman. Paragraaf 29.3, Een ribosoom is een ribonucleoproteïnedeeltje (70S) gemaakt van een kleine (30S) en een grote (50S) subeenheid. Beschikbaar op: ncbi.nlm.nih.gov
2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Uitnodiging voor biologie. Panamerican Medical Ed.
3. Fox, GE (2010). Oorsprong en evolutie van het ribosoom. Cold Spring Harbor-perspectieven in de biologie, 2 (9), a003483.
4. Hall, JE (2015). Guyton and Hall leerboek van medische fysiologie e-Book. Elsevier Gezondheidswetenschappen.
5. Lewin, B. (1993). Genen Deel 1. Reverte.
6. Lodish, H. (2005). Cellulaire en moleculaire biologie. Panamerican Medical Ed.
7. Ramakrishnan, V. (2002). Ribosoomstructuur en het translatiemechanisme. Cell, 108 (4), 557-572.
8. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Inleiding tot microbiologie. Panamerican Medical Ed.
9. Wilson, DN en Cate, JHD (2012). De structuur en functie van het eukaryote ribosoom. Cold Spring Harbor-perspectieven in de biologie, 4 (5), a011536.