معلومة

4.6A: الريبوسومات - علم الأحياء

4.6A: الريبوسومات - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أهداف التعلم

  • قارن وقارن بين بنية ووظيفة الريبوسوم في بدائيات النوى وحقيقيات النوى

الريبوسومات هي عضيات كروية صغيرة تصنع البروتينات عن طريق ضم الأحماض الأمينية معًا. تم العثور على العديد من الريبوسومات مجانًا في العصارة الخلوية ، بينما يرتبط البعض الآخر بالشبكة الإندوبلازمية الخشنة. الغرض من الريبوسوم هو ترجمة الرنا المرسال (mRNA) إلى بروتينات بمساعدة الحمض النووي الريبي. في حقيقيات النوى ، يمكن العثور على الريبوسومات بشكل شائع في العصارة الخلوية للخلية ، أو الشبكة الإندوبلازمية أو الرنا المرسال ، بالإضافة إلى مصفوفة الميتوكوندريا. تؤدي البروتينات التي تم تصنيعها في كل موقع من هذه المواقع دورًا مختلفًا في الخلية. في بدائيات النوى ، يمكن العثور على الريبوسومات في العصارة الخلوية أيضًا. هذه العضية المصنعة للبروتين هي العضية الوحيدة الموجودة في كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى ، مما يؤكد حقيقة أن الريبوسوم هو سمة تطورت في وقت مبكر ، وعلى الأرجح موجودة في السلف المشترك لحقيقيات النوى وبدائيات النوى. الريبوسومات غير مرتبطة بالغشاء.

تتكون الريبوسومات من وحدتين فرعيتين ، واحدة كبيرة وواحدة صغيرة ، لا ترتبط معًا إلا أثناء تخليق البروتين. الغرض من الريبوسوم هو أخذ الرسالة الفعلية ومركب aminoacyl-tRNA المشحون لتوليد البروتين. للقيام بذلك ، لديهم ثلاثة مواقع ربط. واحد هو مرنا. والاثنان الآخران للحمض الريبي النووي النقال. مواقع الربط لـ tRNA هي موقع A ، الذي يحتوي على مركب aminoacyl-tRNA ، وموقع P ، الذي يرتبط بـ tRNA المرتبط بسلسلة polypeptide المتنامية.

في معظم البكتيريا ، يكون الهيكل داخل الخلايا هو الريبوسوم وهو موقع تخليق البروتين في جميع الكائنات الحية. تحتوي جميع بدائيات النوى على 70S (حيث S = وحدات Svedberg) ريبوسومات بينما تحتوي حقيقيات النوى على ريبوسومات 80S أكبر في العصارة الخلوية. يتكون الريبوسوم 70S من وحدات فرعية 50S و 30S. تحتوي الوحدة الفرعية 50S على 23S و 5S rRNA بينما تحتوي الوحدة الفرعية 30S على 16S rRNA. تختلف جزيئات الرنا الريباسي هذه في الحجم في حقيقيات النوى وهي معقدة مع عدد كبير من بروتينات الريبوسوم ، والتي يمكن أن يختلف عددها ونوعها اختلافًا طفيفًا بين الكائنات الحية. الريبوسوم هو المركب متعدد البروتينات الأكثر شيوعًا داخل الخلايا في البكتيريا.

يتكون تجمع الريبوسوم من النسخ والترجمة وطي الرنا الريباسي وبروتينات الريبوسوم وربط بروتينات الريبوسوم وربط وإطلاق مكونات التجميع لصنع الريبوسوم. يحتوي التجميع الحي للوحدة الفرعية 30S على وسيطين (p130S و p230S) والوحدة الفرعية 50S بها ثلاث وحدات وسيطة (p150S و p250S و p350S). ومع ذلك ، فإن وسائط إعادة التشكيل ليست هي نفسها في المختبر. تنتج الوحدات الوسيطة للوحدة الفرعية 30S جسيمات 21S و 30S بينما تنتج الوحدات الوسيطة للوحدة الفرعية 50S جسيمات 32S و 43S و 50S. المواد الوسيطة في التجميع في الجسم الحي هي طليعة الرنا الريباسي والتي تختلف عن تلك الموجودة في المختبر والتي تستخدم الرنا الريباسي الناضج. لإكمال آلية تجميع الريبوسوم ، يتم تحويل هذه السلائف الرنا الريباسي في polysomes.

النقاط الرئيسية

  • تحتوي جميع بدائيات النوى على 70S (حيث S = وحدات Svedberg) ريبوسومات بينما تحتوي حقيقيات النوى على ريبوسومات 80S أكبر في العصارة الخلوية. يتكون الريبوسوم 70S من وحدات فرعية 50S و 30S.
  • تلعب الريبوسومات دورًا رئيسيًا في تحفيز عمليتين بيولوجيتين مهمتين وحاسمتين. نقل الببتيدل والتحلل المائي الببتيديل.
  • الريبوسومات هي عضيات كروية صغيرة تصنع البروتينات عن طريق ضم الأحماض الأمينية معًا. تم العثور على العديد من الريبوسومات مجانًا في العصارة الخلوية ، بينما يرتبط البعض الآخر بالشبكة الإندوبلازمية الخشنة.

الشروط الاساسية

  • الريبوسوم: عضيات صغيرة موجودة في جميع الخلايا ؛ تشارك في إنتاج البروتينات عن طريق ترجمة الرسول RNA.
  • ترجمة: عملية تحدث في الريبوسوم ، حيث تقوم خيط من الرنا المرسال (mRNA) بتوجيه تجميع سلسلة من الأحماض الأمينية لصنع بروتين.
  • سفيدبرج: توفر وحدة Svedberg (S) مقياسًا لحجم الجسيمات بناءً على معدل انتقالها في أنبوب خاضع لقوة g عالية.

لأول مرة في بيولوجيا الخلية ، لاحظ العلماء تجمع الريبوسوم في الوقت الفعلي

لا جولا ، كاليفورنيا & # 8211 سجل فريق من العلماء من سكريبس للأبحاث وجامعة ستانفورد في الوقت الفعلي خطوة رئيسية في تجميع الريبوسومات & # 8212 الآلات الجزيئية المعقدة والتطورية & # 8220 & # 8221 التي تصنع البروتينات في الخلايا وهي ضرورية لجميع أشكال الحياة.

تم الإبلاغ عن الإنجاز في زنزانة، يكشف بتفاصيل غير مسبوقة كيف أن خيوط الحمض النووي الريبي (RNA) ، الجزيئات الخلوية اللزجة بطبيعتها والمعرضة لسوء الطي ، يتم تشغيلها & # 8220 # 8221 بواسطة بروتينات الريبوسوم في الطي بشكل صحيح وتشكيل أحد المكونات الرئيسية للريبوزومات.

تقلب النتائج الاعتقاد الراسخ بأن الريبوسومات يتم تجميعها في عملية متدرجة محكومة بإحكام.

& # 8220 على عكس ما كانت النظرية السائدة في هذا المجال ، كشفنا عن عملية فوضوية أكثر بكثير ، & # 8221 يقول جيمس آر ويليامسون ، دكتوراه ، أستاذ في قسم البيولوجيا التكاميلية والهيكلية الحاسوبية في Scripps Research. & # 8220It & # 8217s ليس خط تجميع ديترويت أنيق & # 8212it & # 8217s أشبه بحفرة تداول في وول ستريت. & # 8221

من أجل الدراسة ، تعاون مختبر Williamson & # 8217s مع مختبر جوزيف بوجليسي ، دكتوراه ، أستاذ في جامعة ستانفورد. على الرغم من أن هذا العمل يعد إنجازًا مهمًا لبيولوجيا الخلية الأساسية ، إلا أنه يجب أن يمكّن من تحقيق تقدم مهم في الطب. على سبيل المثال ، تعمل بعض المضادات الحيوية الحالية عن طريق تثبيط الريبوسومات البكتيرية ، ويفتح البحث الجديد إمكانية تصميم مضادات حيوية مستقبلية تستهدف الريبوسومات البكتيرية بخصوصية أكبر & # 8212 وبالتالي آثار جانبية أقل.

بشكل عام ، يقدم البحث لعلماء الأحياء نهجًا جديدًا قويًا لدراسة جزيئات الحمض النووي الريبي ، مئات الآلاف منها نشطة في أي وقت في خلية نموذجية.

& # 8220 هذا يوضح أنه يمكننا الآن أن نفحص بالتفصيل كيف تنطوى الحمض النووي الريبي أثناء تصنيعها وتجميع البروتينات عليها ، & # 8221 يقول المؤلف الأول أوليفييه داس ، دكتوراه ، زميل أبحاث ما بعد الدكتوراه في قسم البيولوجيا التكاميلية والهيكلية الحاسوبية في أبحاث سكريبس. & # 8220 لقد كان هذا أمرًا صعبًا للغاية للدراسة في علم الأحياء لأنه يتضمن العديد من العمليات البيولوجية المتميزة التي تعتمد على بعضها البعض ويجب اكتشافها في وقت واحد. & # 8221

استخدم الفريق تقنية تصوير متقدمة تسمى & # 8220zero-mode waveguide المجهري الفلوري أحادي الجزيء ، & # 8221 والتي تم تكييفها في السنوات الأخيرة لتتبع RNAs والبروتينات في الوقت الفعلي. تتكون الريبوسومات من كل من RNA والبروتينات ، مما يعكس شراكة جزيئية يعتقد على نطاق واسع أنها تعود إلى فجر الحياة على الأرض.

في دراسة إثبات المبدأ التي نُشرت العام الماضي ، استخدم الباحثون نهجهم لتسجيل مرحلة مبكرة وموجزة ومدروسة جيدًا نسبيًا لتجميع الريبوسوم من البكتيريا. بكتريا قولونية. تضمن ذلك نسخ ، أو نسخ الجين المقابل ، من RNA الريبوسوم ، والتفاعلات الأولية لشريط RNA هذا مع بروتين ريبوزومي.

في الدراسة الجديدة ، قام الفريق بتوسيع هذا النهج من خلال تتبع ليس فقط نسخ الحمض النووي الريبي الريبوزومي ولكن أيضًا طيه في الوقت الحقيقي. قدم العمل نظرة مفصلة على جزء معقد ، وما زال غامضًا حتى الآن بكتريا قولونية تجميع الريبوسوم & # 8212 تشكيل مكون رئيسي بأكمله ، أو مجال ، من بكتريا قولونية الريبوسوم ، بمساعدة ثمانية شركاء بروتين ينتهي بهم الأمر إلى الاندماج في الهيكل.

كان الاكتشاف الرئيسي هو أن شركاء البروتين الريبوزومي يوجهون طي حبلا RNA من خلال تفاعلات مؤقتة متعددة مع الخيط ، قبل أن يستقروا في أماكنهم النهائية في جزيء بروتين RNA المطوي. تشير النتائج أيضًا ، وفقًا للباحثين ، إلى وجود عوامل تجميع غير معروفة للحمض النووي الريبي ، وعلى الأرجح بروتينات ، لم تكن موجودة في تجارب التصوير من نوع طبق المختبر ولكنها موجودة في الخلايا وتعزز كفاءة طي الحمض النووي الريبي.

& # 8220 تشير دراستنا إلى أنه في طي RNA الريبوزومي ، وربما بشكل عام في طي RNA في الخلايا ، تساعد العديد من البروتينات في طي RNA على الرغم من تفاعلات ضعيفة وعابرة وشبه محددة معها ، & # 8221 Duss يقول.

سيكون الفريق الآن قادرًا على توسيع نطاق هذا البحث ليشمل ليس فقط بقية تجميع الريبوسوم ، والذي يتضمن العديد من خيوط RNA وعشرات من البروتينات ، ولكن أيضًا الأنواع العديدة الأخرى من تفاعل RNA-fold و RNA-protein في الخلايا.

من حيث المبدأ ، سيقدم هذا البحث نظرة ثاقبة حول كيفية اختلال الحمض النووي الريبي وكيف يمكن تصحيح مثل هذه الأحداث. يعتقد العلماء أن العديد من الأمراض تنطوي أو يحتمل أن تنطوي على الطي غير السليم والمعالجة ذات الصلة لـ RNAs في الخلايا.

يمكن أيضًا تحسين العلاجات التي تستهدف الريبوسومات بالفعل. تعمل بعض المضادات الحيوية الحالية ، بما في ذلك فئة تعرف باسم أمينوغليكوزيدات ، عن طريق الارتباط بمواقع على الريبوسومات البكتيرية غير الموجودة في الريبوسومات البشرية. يمكن أن يكون لهذه الأدوية آثار جانبية لأنها تضعف أيضًا ريبوسومات البكتيريا الجيدة ، على سبيل المثال في الأمعاء.

& # 8220 عندما نفهم بشكل كامل كيف تتجمع الريبوسومات البكتيرية وتعمل ، يمكننا استهدافها بطرق تؤثر على مجموعة أضيق من الأنواع البكتيرية الضارة وتجنب الأنواع الجيدة ، مما يقلل الآثار الجانبية للمرضى ، & # 8221 Duss يقول.

لأن الريبوسومات تعمل كصانع للبروتين ، فهي أيضًا ضرورية لبقاء الخلايا السرطانية سريعة النمو. تعمل عدة فئات من أدوية السرطان بالفعل عن طريق إبطاء تكوين الريبوسوم بطريقة أو بأخرى. يلاحظ داس أن الفهم الأفضل للريبوسوم البشري من شأنه ، من حيث المبدأ ، تمكين تجميعه بشكل أكثر دقة وفعالية لمنع نمو السرطان.

تم تقديم الدعم للبحث من قبل المعاهد الوطنية للصحة (R01 GM051266 ، R01 GM113078 ، و R01 GM053757) ، الوطنية السويسرية مؤسسة العلوم (P2EZP3-152131 ، P300PA-160978) ، وبرنامج علوم الحدود البشرية (LT000628 / 2015-L).


الملخص

لقد ثبت أن عددًا من الببتيدات الناشئة التنظيمية تنظم التعبير الجيني عن طريق التسبب في توقف الريبوسوم المبرمج أثناء الترجمة. ينبثق الببتيد الوليدي من الريبوسوم عبر نفق الخروج ، وثلث الطريق الذي تبرز فيه هياكل حلقة من البروتينات الريبوسومية uL4 و uL22 في النفق لتشكيل منطقة الانقباض. أظهرت الدراسات الهيكلية التفاعلات بين الببتيدات الناشئة ومكونات نفق الخروج بما في ذلك منطقة الانقباض. ومع ذلك ، في حقيقيات النوى ، هناك نقص في الدراسات الجينية لتورط منطقة الانقباض في توقف الريبوسوم. هنا ، أنشأنا خطوط أرابيدوبسيس المعدلة وراثيًا والتي تحمل طفرات في بنية حلقة β لـ uL4. أظهرت تحليلات الترجمة باستخدام نظام ترجمة خالٍ من الخلايا مشتق من نبات الأرابيدوبسيس المعدل وراثيًا والذي يحمل الريبوسوم الطافر أن طفرات UL4 قللت من توقف الريبوسوم لأربعة أنظمة توقف حقيقية النواة ، بما في ذلك تلك التي تم حل الهياكل المتوقفة من أجلها. أوضحت بياناتنا ، التي أظهرت التأثيرات التفاضلية لطفرات uL4 اعتمادًا على أنظمة التوقف ، التخصيصات المكانية للببتيدات الناشئة عند الانقباض التي استنتجتها الدراسات الهيكلية. على العكس من ذلك ، قد تتنبأ بياناتنا بتخصيص الببتيد الناشئ عند تقييد أنظمة المماطلة التي لم يتم إجراء دراسات هيكلية لها.


ريبوزوم

الريبوسومات هي أضلاع غير غشائية محدودة. الريبوسومات هي المواقع التي تصنع فيها الخلية البروتينات وفقًا للتعليمات الجينية. قد تحتوي الخلية البكتيرية على بضعة آلاف من الريبوسومات ، لكن خلية الكبد البشرية بها بضعة ملايين من الريبوسومات. تحتوي قبعة الخلايا على نسبة عالية من البروتينات التي تحتوي على عدد كبير من الريبوسوم. تحتوي الخلايا النشطة في تخليق البروتين أيضًا على نويات بارزة ، حيث تقوم هذه النوى بتركيب الريبوسومات.

التركيب الكيميائي

أنها تحتوي على كمية متساوية من البروتينات والرنا الريباسي لذا فهي معروفة أيضًا باسم

أنواع الريبوسومات

تعمل Ribosornes في موقعين من السيتوبلازم.

  • الريبوسومات الحرة: يتم تعليقها في السيتوبلازم. ستعمل معظم البروتينات التي يتم تصنيعها بواسطة الريبوسومات الحرة داخل العصارة الخلوية. الريبوسومات الحرة وفيرة في الخلايا النامية بإضافة السيتوبلازم.
  • الريبوسومات المقيدة: ترتبط بالجزء الخارجي من الإندوبلازم

شبكية. يتم تخزين بروتينات الريبوسومات المرتبطة في تضمين مانيس الميم. أو يتم تصدير هذه البروتينات من الخلية. تتخصص بعض الخلايا في إفراز البروتين مثل البنكرياس والغدد الأخرى. تفرز هذه الخلايا إنزيمات الجهاز الهضمي. لديهم نسبة عالية من الريبوسومات المقيدة.

هيكل الريبوسومات

الريبوسومات المقيدة والحرة متطابقة هيكليًا وقابلة للتبادل. سيارة الخلايا تضبط أعداد الريبوسوم. يحتوي كل ريبوسوم على وحدتين فرعيتين. يتم إنشاء الوحدات الفرعية الريبوسومية في النواة من الحمض النووي الريبي في حقيقيات النوى. يتم إنتاج الرنا الريباسي في النواة. يتم استيراد البروتين من السيتوبلازم. تنضم الوحدات الفرعية لتشكيل ريبوسومات وظيفية.

وظائف الريبوسومات

يلعب الريبوسوم دورًا رئيسيًا في ترجمة الرسالة الجينية. يتم نقل هذه الرسالة الجينية بواسطة mRNA من النواة إلى السيتوبلازم. تسلسل الرسائل هذا) من a. سلسلة بولي ببتيد.

ريبوسومات بدائيات النوى أصغر من حقيقيات النوى. هم مختلفون في تركيبهم الجزيئي. هذا الاختلاف في الهيكل أساسي. إنه يميز بدائيات النوى عن حقيقيات النوى. الفرق في الريبوسومات مهم طبيًا أيضًا. يمكن أن تؤثر بعض الأدوية (المضادات الحيوية) على ريبوسومات بدائية النواة. لكنها لا تؤثر على الريبوسومات حقيقية النواة.


ملخص

يتم نسخ تسلسل الحمض النووي ، الذي يشفر تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين ، في سلسلة مرسال RNA. قد يتم نسخها عدة مرات في سلاسل RNA. يمكن أن ترتبط الريبوسومات بسلسلة مرسال RNA وتستخدم تسلسلها لتحديد التسلسل الصحيح للأحماض الأمينية. يتم اختيار الأحماض الأمينية وجمعها ونقلها إلى الريبوسوم عن طريق نقل جزيئات الحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي) ، والتي تدخل جزءًا واحدًا من الريبوسوم وترتبط بسلسلة الحمض النووي الريبي المرسال. خلال هذا الارتباط تحدث الترجمة الصحيحة لتسلسل الحمض النووي إلى تسلسل الأحماض الأمينية. لكل ثلاثي ترميز في الرنا المرسال يوجد نقل مميز من الحمض النووي الريبي يتطابق ويحمل الحمض الأميني الصحيح لهذا الترميز الثلاثي. ثم يتم ربط الأحماض الأمينية المرتبطة ببعضها البعض بواسطة جزء آخر من الريبوسوم. بمجرد إنتاج البروتين ، يمكن ثنيه بعد ذلك لإنتاج بنية وظيفية محددة ثلاثية الأبعاد على الرغم من أن بعض البروتينات تبدأ أثناء التركيب في الانطواء إلى شكلها الصحيح.

يتكون الريبوسوم من معقدات من RNAs والبروتينات ، وبالتالي فهو بروتين نووي. ينقسم كل ريبوسوم إلى وحدتين فرعيتين: 1) وحدة فرعية أصغر ترتبط بوحدة فرعية أكبر ونمط mRNA ، و 2) وحدة فرعية أكبر ترتبط بـ tRNA والأحماض الأمينية والوحدة الفرعية الأصغر. عندما ينتهي الريبوسوم من قراءة جزيء mRNA ، تنفصل هاتان الوحدتان. الريبوسومات هي ريبوزيمات ، لأن نشاط ترانسفيراز الببتيدل التحفيزي الذي يربط الأحماض الأمينية معًا يتم بواسطة الحمض النووي الريبوزي. غالبًا ما ترتبط الريبوسومات بالأغشية داخل الخلايا التي تشكل الشبكة الإندوبلازمية الخشنة.

تشبه الريبوسومات من البكتيريا والعتائق وحقيقيات النوى في نظام المجالات الثلاثة بعضها البعض إلى درجة ملحوظة ، وهي دليل على أصل مشترك. وهي تختلف في حجمها وتسلسلها وبنيتها ونسبة البروتين إلى الحمض النووي الريبي. تسمح الاختلافات في التركيب لبعض المضادات الحيوية بقتل البكتيريا عن طريق تثبيط ريبوسوماتها ، مع ترك الريبوسومات البشرية غير متأثرة. في البكتيريا والعتائق ، قد يتحرك أكثر من ريبوسوم واحد على طول سلسلة mRNA واحدة في وقت واحد ، كل & # 8220 قراءة & # 8221 تسلسلها وإنتاج جزيء بروتين مطابق.

يتم إنتاج ريبوسومات الميتوكوندريا للخلايا حقيقية النواة ، من جينات الميتوكوندريا ، وتشبه وظيفيًا العديد من السمات الموجودة في البكتيريا ، مما يعكس الأصل التطوري المحتمل للميتوكوندريا. [5] [6]


بيولوجيا الخلية: كيف تتجاوز الريبوسومات حواجزها

الريبوسومات هي "مصانع بروتين" في خلايا جميع الكائنات الحية. إنهم ينتجون بروتينات بناءً على الرموز الجينية الموجودة المخزنة في جزيئات الحمض النووي الخاصة. هذه الجزيئات ، التي تسمى أيضًا messenger RNA (mRNA) بسبب المعلومات الجينية المشفرة عليها ، تتم قراءتها بواسطة الريبوسومات بطريقة متدرجة. تحدد إشارات البدء والإيقاف على الرنا المرسال توجيه هذه العملية. إذا كانت إشارة التوقف مفقودة ، فلا يمكن إكمال تكوين البروتين ويتم حظر طريقة عمل الريبوسوم.

حتى الآن ، لم يكن مفهوماً بكل التفاصيل كيف يمكن للريبوسوم التغلب على مثل هذا الحصار. في مركز عملية الإصلاح هذه ، التي تسمى Trans-Translation ، يوجد جزيء حمض نووي إضافي (tmRNA) يوحِّد خصائص mRNA وجزيء الحمض النووي الآخر ، وهو transferRNA (tRNA). ينقل الحمض الريبي النووي النقال الأحماض الأمينية الصحيحة إلى تسلسل الجينات المعني على الرنا المرسال أثناء التخليق الحيوي للبروتين. وبالتالي ، فإن جزيء tmRNA قادر على تهريب إشارة التوقف المفقودة ورفع الحصار. لم يكن من الواضح تمامًا كيف يتحرك جزيء tmRNA الكبير عبر الريبوسوم ويقوم بتهريب معلوماته إلى قناة mRNA للريبوسوم.

يمكن الآن توثيق هذه العملية لأول مرة باستخدام المجهر الإلكتروني بالتبريد. توفر هذه الطريقة الفرصة لفحص التفاعل المكاني والزمني بين المكونات الفردية للجزيئات الكبيرة. يتم ذلك عن طريق التجميد السريع للريبوسومات في الإيثان السائل عند -192 درجة مئوية ويتم عرض مئات الآلاف من الصور ثنائية الأبعاد مرة أخرى في إعادة بناء ثلاثية الأبعاد. أوضح David Ramrath ، مرشح الدكتوراه في المعهد: "بمساعدة الفحص المجهري الإلكتروني بالتبريد ، يمكن الحصول على لمحة فريدة عن خطوة رئيسية مركزية للتفاعل بين الريبوسوم و tmRNA وبروتين خاص (SmbP) وعامل الاستطالة G". للفيزياء الطبية والفيزياء الحيوية في Charit & eacute والمؤلف الأساسي للدراسة.

تمر قناة mRNA ، حيث يجب على tmRNA تهريب المعلومات المفقودة ، مباشرة عبر وسط الريبوسوم ، بين ما يسمى مجالات الرأس والجسم للوحدة الفرعية الريبوسومية الصغيرة. أظهر التحليل الهيكلي أن التعاون بين الريبوسوم و tmRNA في حالة الإصلاح الضروري ممكن فقط من خلال تغيير في التشكل ، أي حركة دوارة قصيرة المدى وكبيرة بشكل غير متوقع لمجال رأس الريبوسوم.


كيف تبدو الريبوسومات؟

اقرأ الإجابة الكاملة هنا. بهذه الطريقة ، ما هو الشكل الفعلي للريبوسوم؟

الريبوسومات تظهر بالارض وكروية في شكل عندما ينظر إليها تحت المجهر الإلكتروني ، بقطر يتراوح بين 15 إلى 25 نانومتر. تتكون هذه الهياكل من وحدتين فرعيتين رئيسيتين من البروتين النووي.

بجانب ما سبق ، كيف تبدو الريبوسومات في الخلية؟ الريبوسومات هم بناة البروتين أو مركبات البروتين الخاصة بـ زنزانة. شبكية إندوبلازمية مع المرفقة الريبوسومات يسمى ER الخام. هو - هي تبدو وعر تحت المجهر. المرفقة الريبوسومات صنع البروتينات التي سيتم استخدامها داخل زنزانة والبروتينات المصنوعة للتصدير خارج زنزانة.

في المقابل ، ما هو هيكل الريبوسوم؟

الريبوسومات تتكون من عنصرين رئيسيين: الصغير الريبوسوم الوحدات الفرعية ، التي تقرأ mRNA ، والوحدات الفرعية الكبيرة ، التي تنضم إلى الأحماض الأمينية لتشكيل سلسلة بولي ببتيد. تتكون كل وحدة فرعية من واحدة أو أكثر الريبوسوم جزيئات RNA (rRNA) ومجموعة متنوعة من الريبوسوم البروتينات (بروتين ص أو بروتين).

أين توجد الريبوسومات؟

الريبوسومات نكون وجدت "مجاني" في السيتوبلازم أو مرتبط بالشبكة الإندوبلازمية (ER) لتشكيل ER تقريبي. في خلية الثدييات يمكن أن يكون هناك ما يصل إلى 10 ملايين الريبوسومات. العديد من الريبوسومات يمكن ربطها بنفس حبلا mRNA ، وهذا الهيكل يسمى polysome.


4.6A: الريبوسومات - علم الأحياء

برنامج البحث الصيفي لمعلمي العلوم

توماس أ. إديسون المهني / التقني HS

كيف يتم ترجمة الشفرة الجينية في النهاية إلى بروتين؟

سوبات: إظهار فهم وظائف الريبوسومات ، و mRNA ، و rRNA ، و tRNA

سوف يفهم الطلاب / يشرحون الخطوات في عملية تخليق البروتين.

3 علامات نقطية سميكة: الأسود والأزرق والأحمر (بحيث يمكن رؤية الكتابة من مسافة بعيدة)

افعل الآن: نسخ جزء الحمض النووي التالي إلى الحمض النووي الريبي

AATGCATCCTGGA [الإجابة. - UUACGUAGGACCU]

1. يتم نسخ DNA إلى pre-mRNA داخل النواة. تشق الإنزيمات مقاطع تسمى الإنترونات من الجزيء المنسوخ ، تاركة شرائح تسمى الإكسونات التي تصبح مرسال الحمض النووي الريبي (mRNA) التي تترك النواة.

2. داخل النواة ، النواة هي موقع تكوين الحمض النووي الريبي الريباسي (الرنا الريباسي). سوف يرتبط الرنا الريباسي بالبروتين في النواة ويخرج إلى العصارة الخلوية كوحدة فرعية كبيرة أو صغيرة من الريبوسوم. تمتلك بدائيات النوى والريبوسومات حقيقيات النوى بنية ووظيفة متشابهة ولكنها تختلف. هذا الاختلاف مستهدف في المجال الطبي. تقتل المضادات الحيوية الريبوسومات البكتيرية دون إتلاف الريبوسومات حقيقية النواة (التتراسيكلين والستربتومايسين)

3. يتشكل أيضًا نقل الحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي) في النواة ويترك لتطفو في العصارة الخلوية. تحتوي كل بنية جزيئية من الحمض النووي الريبي (tRNA) على كودون على أحد طرفيه يرتبط بحمض أميني ومضاد تكميلي على الطرف الآخر يرتبط بـ mRNA. يوجد الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) الذي تم تشكيله لمطابقة كودونه مع نوع واحد من الأحماض الأمينية. على الرغم من وجود 61 كودونًا مختلفًا يرمز إلى الأحماض الأمينية العشرين ، إلا أنه لا يوجد سوى 45 نوعًا مختلفًا من الحمض الريبي النووي النقال لأن القاعدة الثالثة في الحمض الريبي النووي النقال يمكن التعرف على اثنين أو أكثر من الكودونات المختلفة على الرنا المرسال. هذه القدرة على التعرف على الكودونات المختلفة تسمى التذبذب. يمكن لقاعدة معدلة تسمى inosine (I) أن ترتبط بـ A أو C أو U. لذا فإن الحمض الريبي النووي النقال الذي يحتوي على CCI مثل مضاد الكودون الخاص به يمكن أن يرتبط بـ GGU أو GGC أو GGA.

4. يرتبط الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) بالحمض الأميني الصحيح باستخدام إنزيم معين يسمى aminoacyl-tRNA synthetase (إنزيم واحد لكل نوع من الأحماض الأمينية). تتطلب هذه العملية استخدام ATP. يسمى الحمض الريبي النووي النقال مع الحمض الأميني المرتبط بكودون aminoacyl tRNA أو الحمض الأميني المنشط.

5. الريبوسوم هو الموقع الذي يلتقي فيه mRNA و tRNA (يحمل حمض أميني). يحتوي الريبوسوم على 4 مواقع مهمة:

أ. موقع ربط mRNA - يرتبط mRNA عند نهايته 5 ويتحرك في اتجاه 5 إلى 3.

ب. موقع (موقع aminoacyl-tRNA) - الموقع الذي يمكن أن ترتبط فيه الحمض النووي الريبي (tRNA) لتوصيل الحمض الأميني التالي لإضافته إلى سلسلة بولي ببتيد يتم بناؤها.

ج. موقع P (موقع peptidyl-tRNA) - الموقع الذي يوجد فيه الحمض النووي الريبي الذي يحمل سلسلة البولي ببتيد المتنامية. سيتم نقل السلسلة إلى الحمض الريبي النووي النقال في الموقع A لإضافته إلى الأحماض الأمينية الموجودة هناك. يبدأ الحمض الريبي النووي النقال الأول في موقع P.

د. موقع E (موقع الخروج) - الموقع الذي ينتقل إليه الحمض الريبي النووي النقال الموجود في موقع P قبل مغادرة الريبوسوم.

1. قم بإعداد 3 كراسي في مقدمة الغرفة. قم بتمييز موقع الكراسي E والموقع P والموقع A (من اليسار إلى اليمين). يمثل هذا التكوين الريبوسوم.

2. اختر 6 طلاب ليكونوا بمثابة جزيئات mRNA. اجعلهم يصطفون بجوار الكرسي المميز بعلامة A. امنح كل طالب بطاقة فهرس 5 & quotx8 & quot والتي تم تسجيلها بالحبر الأسود باستخدام أحد الرموز التالية:

3. حدد 6 طلاب ليكونوا بمثابة جزيئات الحمض الريبي النووي النقال. امنح كل طالب بطاقتين فهرس 5 & quotx8 & quot مسجلين على النحو التالي:

4. اجعل الطالب يحمل بطاقة mRNA مع AUG مكتوبًا عليها ويجلس في المقعد الذي يحمل علامة P site. يقف طالب الحمض النووي الريبي الذي يحمل البطاقتين 1 أ و 1 ب (ميثيونين) خلف هذا الكرسي.

5. اجعل الطالب الثاني في الطابور ممسكًا ببطاقة mRNA مع GGU جالسًا على الكرسي الذي يحمل علامة A site. يقف طالب الحمض النووي الريبي الذي يحمل البطاقتين 2 أ و 2 ب (جلايسين) خلف هذا الكرسي.

6. طالب tRNA الواقف خلف كرسي موقع P يسلم بطاقة فهرس الأحماض الأمينية الخاصة به (ميثيونين) إلى طالب الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) الذي يحمل البطاقات 2a و amp b.

7. تتطلب الخطوة التالية أن يتحرك كل طالب على كرسي واحد. ينتقل الطالب الجالس على كرسي موقع P إلى كرسي الموقع E ، وينتقل الطالب الجالس على كرسي الموقع إلى كرسي موقع P ويتحرك الطالبان من الحمض الريبي النووي النقال معهم. (يجب أن يحمل طالب الحمض الريبي النووي النقال الأول البطاقة 1 أ فقط ، والطالب الثاني يحمل الآن بطاقات 2 أ و 1 ب و 2 ب ، التي تمثل الحمض الريبي النووي النقال الخاص به والحموضين الأمينيين اللذين ارتبطا: 1b-2b)

8. الطالب الثالث mRNA يجلس الآن في كرسي الموقع الفارغ حاملاً بطاقة الفهرس مع UUU. يقف طالب الحمض الريبي النووي النقال ذو البطاقات 3 أ و 3 ب (فينيل ألانين) خلف الكرسي.

9. طالب tRNA يقف خلف كرسي موقع P ، حاملاً بطاقات 2a ، 1b ، 2b أيدي 1b و 2b لطالب tRNA الثالث خلف كرسي الموقع A. (أصبحت سلسلة الأحماض الأمينية الآن 1b ، 2b ، 3b Met-Gly-Phe).

10. يتنقل طلاب الحمض النووي الريبي (tRNA) الثلاثة جميعًا في موقع واحد. يسير الطالب خلف كرسي موقع E بعيدًا (يعود الحمض الريبي النووي النقال الفارغ إلى العصارة الخلوية) ويقف طالب mRNA بجوار كرسي الموقع E ، وينتقل الطالب خلف كرسي موقع P إلى الموقع E ، وينتقل الطالب خلف الموقع A ينتقل الكرسي إلى كرسي موقع P.

11. الطالب الرابع mRNA يجلس على كرسي الموقع A يحمل بطاقة الفهرس التي تحمل علامة UGG. يقف طالب الحمض النووي الريبي الذي يحمل بطاقات الفهرس 4 أ و 4 ب (تريبتوفان) خلف هذا الكرسي. يحمل طالب الحمض النووي الريبي خلف كرسي موقع P البطاقات 1b ، 2b ، 3b ، إلى هذا الطالب الرابع.

12. يتحرك جميع الطلاب على كرسي واحد مرة أخرى. (يترك الطالب الثاني mRNA & quotribosome & quot للوقوف بجانب الكرسي والطالب الأول الذي وقف ، ينتقل الطالب الثالث إلى موقع E ، وينتقل الطالب الرابع إلى موقع P ويتبع كل طالب tRNA الطالب الذي يقف خلفه) . يجب أن يكون كرسي الموقع A فارغًا مرة أخرى.

13. يجلس الطالب الخامس mRNA على كرسي الموقع A حاملاً بطاقة الفهرس التي تحمل علامة AAC. يقف طالب الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) الذي يحمل بطاقات الفهرس 5a و 5b (Asparagine) خلف الكرسي. يسلم الطالب tRNA الموجود خلف كرسي موقع P بطاقات الأحماض الأمينية 1b ، 2b ، 3b ، 4b للطالب الخامس من الحمض الريبي النووي النقال.

14. جميع الطلاب يغيرون الكراسي مرة أخرى. يقف طالب mRNA الثالث في كرسي موقع E ، وينتقل الطالب الرابع mRNA إلى كرسي موقع E ، وينتقل طالب mRNA الخامس إلى كرسي موقع P ويجلس الآن mRNA السادس الذي يحمل بطاقة الفهرس التي تحمل علامة UAG في الموقع A كرسي.

15. طالب الحمض النووي الريبي الذي يحمل بطاقات الفهرس 6 أ و 6 ب يقف خلف كرسي الموقع A. يتزاوج كودون الحمض الريبي النووي النقال AUC مع mRNA UAG وهو كود الإيقاف. عندما تظهر هذه البطاقة ، تكون سلسلة الببتيد قد اكتملت التكوين وستنفصل عن الريبوسوم. تشير جميع أكواد mRNA UAG و UAA و UGA إلى نقطة توقف الترجمة ، فهي لا ترمز لأي أحماض أمينية. *** 3 جزيئات GTP تستخدم لأداء هذه العملية

في هذا الوقت ستتفكك وحدات الريبوسوم الفرعية ويتم إطلاق خط الرنا المرسال للطلاب إما لدخول الريبوسوم التالي أو في النهاية يتحلل في العصارة الخلوية.

تمتلك الريبوسومات القدرة على الاصطفاف والحصول على مرنا واحد يمر عبر هذه السلسلة من الريبوسومات ، مما ينتج عنه العديد من البروتينات في نفس الوقت. تسمى سلسلة الريبوسومات polyribosomes.

يعمل S5f بشكل فردي وفي فرق لجمع المعلومات والأفكار ومشاركتها.

يمثل S7a البيانات والنتائج بطرق متعددة ، مثل الأرقام والجداول والرسوم البيانية والرسومات والرسوم البيانية والأعمال الفنية والكتابة الإبداعية والإبداعية ويختار الطريقة الأكثر فعالية لنقل المعلومات العلمية.


مقدمة

للحفاظ على مستويات البروتين وتوازنها داخل الخلايا لدعم الحياة ، يجب أن تضمن الريبوسومات ترجمة أكواد الرنا المرسال بأمانة إلى بروتينات وظيفية. لضمان وظيفتها الدقيقة ، يجب على الخلية حماية سلامة الريبوسوم أثناء كل من التجميع ودورته الوظيفية. يعتبر تجميع الريبوسوم عملية شديدة التنظيم تنطوي على الطي المناسب ومعالجة 4 من الرنا الريباسي ، بالإضافة إلى ربط 79 بروتينًا ريبوسوميًا. يتم تسهيل التجميع من خلال أكثر من 200 عامل تجميع ملزم عابرًا يعزز التجميع ومراقبة الجودة ويمنع الريبوسومات غير الناضجة من بدء الترجمة قبل الأوان [1-4].

لمنع الريبوسومات غير المجمعة من الوصول إلى تجمع الترجمة ، تخضع الوحدة الفرعية الريبوزومية الصغيرة (قبل 40S) لسلسلة من نقاط فحص مراقبة الجودة أثناء النضج السيتوبلازمي المتأخر الذي يتحقق من بنية ووظيفة الريبوسومات المناسبة [5-7]. تتضح أهمية نقاط التفتيش هذه للوظيفة الخلوية من خلال الأمراض العديدة التي تسببها قصور الفرد أو الطفرات في بروتينات الريبوسوم وعوامل التجميع. تؤدي هذه التغيرات إلى خلل في تنظيم تركيزات الريبوسوم و / أو تؤدي إلى سوء تجميع الريبوسومات وزيادة ميل المرضى للإصابة بالسرطان [8-13].

واحدة من الخطوات النهائية في التكاثر الحيوي للوحدات الفرعية 40S في الخميرة هي نضوج 3′-end of 18S rRNA من سلائفها ، 20S pre-rRNA. يتم تنفيذ هذه الخطوة من قبل نوكلياز نوب 1 الأساسي [14-17] ويتم الترويج لها من قبل شريكها المباشر الملزم Pno1 [18]. يمنع Pno1 أيضًا الدمج المبكر لـ Rps26 ، حيث يحتل هذين البروتينين نفس الموقع على الريبوسومات الوليدة أو الناضجة ، على التوالي [19-23].

Rio1 هو كيناز أساسي من مادة الأسبارتات المرتبط بالوحدات الفرعية السيتوبلازمية المتأخرة جدًا قبل 40 ثانية والتي تخلصت من جميع عوامل التجميع المرتبطة باستثناء Nob1 و Pno1 [24-28]. يؤدي استنفاد Rio1 أو الإفراط في التعبير عن طفرة Rio1 غير نشطة تحفيزيًا إلى تراكم 20S pre-rRNA وعوامل التجميع في ريبوسومات تشبه الثمانينيات [25 ، 28-30]. ومع ذلك ، فإن الدور الذي يلعبه Rio1 في نضوج الرنا الريباسي 18S وتجميع الريبوسوم لا يزال مجهولًا ، على الرغم من اهتمامه كهدف لتطوير الأدوية المضادة للسرطان [31-35] والملاحظة التي تشير إلى أن الطفرات في متماثل الإنسان ، RIOK1 ، تتراكم في السرطانات البشرية ( شبكة أبحاث أطلس جينوم السرطان (TCGA]: https://www.cancer.gov/tcga).

في هذه الدراسة ، نستخدم مزيجًا من التجارب البيوكيميائية والوراثية لتشريح دور Rio1 في تجميع الريبوسوم. تُظهر بياناتنا أن Nob1 يمنع الإدخال المبكر للوحدات الفرعية 40S الناشئة في مجموعة الترجمة ويتطلب نضج الرنا الريباسي لتفككه عن الوحدات الفرعية 40S الوليدة ، وبالتالي ضمان أن الوحدات الفرعية الناضجة تمامًا فقط تشارك في الترجمة. بالإضافة إلى ذلك ، نقدم دليلًا على أن Rio1 تطلق Nob1 و Pno1 من الريبوسومات الناشئة بطريقة تعتمد على ATPase وأن طفرات Nob1 و Pno1 ضعيفة الارتباط يمكن أن تتجاوز متطلبات Rio1. وبالتالي ، فإن نوكلياز Rio1 و Nob1 يتعاونان لتقييد وتنظيم دخول الريبوسومات الوليدة إلى مجموعة الترجمة فقط بعد أن تنضج بشكل صحيح. أخيرًا ، يؤدي تجاوز Rio1 عبر طفرات الإفراج الذاتي في Pno1 أو Nob1 إلى إطلاق ريبوسومات غير ناضجة تحتوي على الرنا الريباسي المسبق في مجموعة الترجمة. تكشف هذه البيانات معًا عن وظيفة كيناز المرتبط بالمرض في الترخيص فقط بدخول الريبوسومات الناضجة في مجموعة الترجمة ، وبالتالي الحفاظ على سلامة ترجمة الريبوسومات.


تحدث الترجمة في اتجاه 5 'و rarr3'.

تحدث الترجمة في السيتوبلازم. يبدأ مع الحمض الريبي النووي النقال الذي يحتوي على مضاد الكودون المطابق لكودون البدء AUG الذي يرتبط بالوحدة الفرعية الصغيرة للريبوسوم. يحمل هذا الحمض النووي الريبي الحمض الأميني ميثيونين وهو دائمًا أول الحمض الريبي النووي الريبي (tRNA) الذي يرتبط بموقع P. ثم ترتبط الوحدة الفرعية الصغيرة للريبوسوم بالطرف الخامس من الرنا المرسال. هذا لأن الترجمة تحدث في اتجاه 5 '& rarr3'. ستتحرك الوحدة الفرعية الصغيرة على طول mRNA حتى تصل إلى كود البدء AUG. يمكن بعد ذلك ربط الوحدة الفرعية الكبيرة للريبوسوم بالوحدة الفرعية الصغيرة. يرتبط الحمض الريبي النووي النقال التالي مع مضاد الكودون المطابق مع الكودون الثاني على الرنا المرسال بالموقع A للوحدة الفرعية الصغيرة للريبوسوم. ثم تشكل الأحماض الأمينية الموجودة على جزيئي الحمض الريبي النووي النقال رابطة ببتيدية. بمجرد الانتهاء من ذلك ، تتحرك الوحدة الفرعية الكبيرة للريبوسوم للأمام فوق الوحدة الأصغر. سيتم الافراج عن الموقع. يوجد الحمض الريبي النووي النقال الثاني الآن في موقع P بحيث يمكن بعد ذلك ربط الحمض الريبي النووي الريبي آخر مع المضاد المطابق للموقع أ. مع استمرار هذه العملية ، يتم استطالة البولي ببتيد. بمجرد أن يصل الريبوسوم إلى كود الإيقاف على ترجمة mRNA ، ستنتهي نظرًا لعدم وجود الحمض النووي الريبي tRNA المطابق لكودون الإيقاف. ثم يتم تحرير البولي ببتيد. يمكن للعديد من الريبوسومات أن تترجم نفس الرنا المرسال في نفس الوقت. سوف يتحركون جميعًا على طول mRNA في اتجاه 5 '& rarr3'. تسمى هذه المجموعات من الريبوسومات الموجودة على الرنا المرسال الأحادي polysomes.

يرتبط الحمض الريبي النووي النقال المحتوي على مضاد الكودون المطابق مع كودون البدء بموقع P للوحدة الفرعية الصغيرة للريبوسوم

ترتبط الوحدة الفرعية الصغيرة بالنهاية الخامسة من الرنا المرسال وتتحرك في اتجاه 5 'و rarr3' حتى تصل إلى كودون البداية

ثم ترتبط الوحدة الفرعية الكبيرة بالوحدة الأصغر

يرتبط الحمض الريبي النووي النقال التالي مع المضاد المتطابق مع الكودون التالي على الرنا المرسال بالموقع أ

تشكل الأحماض الأمينية الموجودة على جزيئي الحمض الريبي النووي النقال رابطة ببتيدية

تتحرك الوحدة الفرعية الأكبر للأمام على الأصغر

تنضم الوحدة الفرعية الأصغر إلى الوحدة الأكبر ، وهذا يحرك نيوكليوتيدات الريبوسوم 3 على طول mRNA وينقل الحمض الريبي النووي النقال الأول إلى موقع E ليتم إطلاقه

يوجد الحمض الريبي النووي النقال الثاني الآن في موقع P بحيث يمكن أن يرتبط الحمض الريبي النووي النقال الآخر مع المضاد المطابق للكودون على الرنا المرسال بالموقع A

مع استمرار هذه العملية ، يتم استطالة البولي ببتيد

بمجرد أن يصل الريبوسوم إلى كود الإيقاف على ينتهي ترجمة الرنا المرسال ويتم تحرير البولي ببتيد

يمكن للعديد من الريبوسومات ترجمة mRNA واحد في نفس الوقت ، وتسمى هذه المجموعات من الريبوسومات polysomes