Ribosomer: Förekomst, Fördelning, Struktur, Typer, Kemisk Sammansättning och Funktioner

Ribosomer: Förekomst, Distribution, Struktur, Typer, Kemisk Sammansättning och Funktioner!

Ribosomer är de basofila granulaten närvarande i cellens cytoplasma. Eftersom detta material hade en affinitet för basiska fläckar liknande den hos kromatingranuler i kärnan så var det för en tid kallad kromidiell eller kromo-fil substans.

Ribosomerna noterades först i växtceller av Robinson och Brown 1953 medan de studerade bönorrötter med elektronmikroskopet och kort därefter Palade (1955) observerade dem i djurceller. Han isolerade ribosomen och detekterade RNA i dem, vilket varför kallas också RNP- eller ribonukleoproteinpartiklar eller Palade-granuler. Claude kallade dem som microsome men namnet ribosome utsågs av Robert 1958.

Förekomst:

De är universellt fördelade över djurriket och växtriket. Prokaryoter också, de finns. De enda celltyperna som saknar ribosomer är däggdjurs-RBC. Tätheten av ribosomer per enhetsarea är ganska konstant för vilken given typ som helst. Det är högt i cellerna som är aktiva m proteinsyntes och låga celler där proteinsyntesen är låg.

Distribution:

I prokaryota celler förekommer ribosomen ofta fritt i cytoplasman. I eukaryota celler förekommer ribosomerna antingen fritt i cytoplasman eller förbli fästa på den yttre ytan av membranet i endoplasmatisk retikulum (ER).

När de inte är fästa till ER kallas de fria ribosomer. Fria ribosomer tjänar som platser för syntesen av proteiner som krävs för att upprätthålla enzymkonstitutionen för den cytoplasmatiska matrisen.

Metod för isolering:

Ribosomerna isoleras vanligtvis från cellen genom differentialcentrifugeringsmetoden i vilken analytisk centrifug användes. Ribosomernas sedimenteringskoefficient bestäms av olika optiska och elektroniska tekniker. Sedimentationskoefficienten uttrycks m Svedberg-enheten, t.ex. S-enhet. S är relaterad till storleken och molekylvikten hos de ribosomala partiklarna.

Antal och koncentration av ribosomer:

I alla celler som innehåller endoplasmatisk retikulum kan ett bra antal ribosomer observeras. Till exempel, i basen av körtelceller, i plasma och leverceller, i alla snabbt växande växt- och djurceller och i bakterier kan kvantiteten ribonukleinsyra (RNA) relateras till koncentrationen av ribosom.

I retikulocyter av kanin hittas nästan 100 ribosomer per μ ³, vilket motsvarar 1 x 10 ⁵ partiklar per retikulocyt och omkring. 5% av den totala volymen av cellmassan, eller omkring 20 000 till 30 000 per cell. Om proteinsyntesens hastighet försämras av ogynnsamma näringsbetingelser kan antalet ribosomer emellertid sjunka avsevärt i proteinsyntetiserande celler och i bakterier.

Struktur av ribosomer:

Ribosomer är anmärkningsvärda för deras likformighet i storlek och komposition genom det brett spektrum av celler i vilka de har studerats. Ribosomer av högre växter och djur är oblate, sfäroider och deras diameter är ca 250 A °.

Bakteriernas ribosomer är emellertid något mindre, eftersom de innehåller färre mängder proteiner än de högre djurribosomerna. I kvantitet RNA per partikel liknar emellertid bakteriella ribosomer alla andra studerade ribosomer som för närvarande är studerade.

I elektronmikroskopiska studier avslöjar negativ färgning en klyft som delar ribosomen i en större underenhet och en mindre underenhet. I E. coli är den större partikeln något "koppformad eller kupolformad (140 till 160 A °) och mindre en bildar ett" lock "(90 till 110 A) som appliceras på den andra ytan (Huxley och Zubey 1960). I högre djur och växter visades att ribosomerna är fästa vid endoplasmatisk retikulum av de stora underenheterna.

Ribosomets fina struktur är mycket komplex och ännu inte helt klarlagt. Eftersom ribosomerna är mycket porösa och hydratiserade, är RNA och protein förmodligen sammanflätade i de två subenheterna, i sektioner färgade med uranyljoner (RNA-selektiv fläck), varje ribosom framträder som en stjärnformad kropp med fyra till sex armar implanterade på en tät axel. Den isolerade 50S-underenheten av Bacillus-undertexter framträder som en kompakt partikel av 160 till 180A ° som har ett femkantigt ansikte, i mitten av vilket är ett runt område av 40 till 60 A ° (Nanninga, 1967).

En elektron transparent kärna, som är negativ färgad i ribosomer motsvarar en elektron ogenomskinlig region, har beskrivits i de stora submitterna. 40S-subenheten är inte vanlig och tenderar att delas upp i två delar som är förbundna med en sträng 30 till 60A ° tjock.

Ribosomal Subunit:

En annan egenskap som är gemensam för alla ribosomer i deras underenhetskonstruktion och deras sedimentering konstant genom ultracentrifugering. På grundval av sedimenteringskonstanten finns det två huvudtyper av ribosomer.

De från bakterier har vanligtvis en koefficient på 70S (Svedberg-enhet) som motsvarar en molekylvikt av 2, 7 × 10 ⁶ . De andra är ribosomerna av eukaryota (kärnbildade celler, antingen växter eller djur). Sådana ribosomer har sedimenteringskonstant av 80S med en molekylvikt av ca 4 x 106 dalton.

De två ovan nämnda (kopp och kaps) strukturella subenheter av ribosomer kräver låg koncentration av Mg ^++- joner (0, 001 M) för strukturell sammanhållning. Ribosomerna kan rengöras genom avlägsnande av Mg ^++- joner för att ge två mindre partiklar en 2/3 och annan 1/3 av massan av den ursprungliga intakta ribosomen. Egentligen är de ingenting annat än samma underenheter som observeras med hjälp av elektronmikroskop.

Dessa subenheter refereras av deras sedimenteringskonstanter. Den ena enheten av ribosom har en sedimenteringskonstant av 80S eller 70S som nämnts tidigare, medan 2/3-subenheten har en sedimenteringskonstant av 60S eller 50S respektive 1/3-subenheten 40S respektive 30S. Båda subenheterna binds samman genom magnesiumjoner som interagerar med fosfodiestergrupperna av RNA.

Den fullständigt magnesiummättade partikeln innehåller Mg ⁺⁺ joner per tre fosfodiestergrupper. Avlägsnande av beräknad 1/3 av dessa magnesiumjoner resulterar i klyvning av 80S för att bilda 60S och 40S (underenheter).

Avlägsnande av ytterligare Mg ⁺⁺ resultat i händelse av ärt- och jästribosomer åtminstone vid ytterligare klyvning befriande vad som tydligen är 1/6 underenhet. Denna ytterligare klyvning, i motsats till den till 2/3 och 1/3 subenheter, är emellertid irreversibel i den meningen att återställning av magnesiumjoner, resulterar inte i återställande av 80S partiklar.

Om Mg ^++- koncentrationen ökas tio gånger, kombinerar två ribosomer för att bilda en "dimer" med dubbelt så mycket som molekylvikten för de enskilda ribosomen. Dimeren kan omvandlas tillbaka till två ribosomer genom sänkning av Mg ^++- koncentrationen.

De tidiga elektronmikroskopiska observationerna av cellsektioner avslöjade att ribosomer ofta associerades i grupper som ibland bildade återkommande mönster. Det var inte förrän 1962 att funktionen av dessa polyribosomer, eller polysomer, i proteinsyntesen upptäcktes (Warner och Rich, 1962).

Efter behandling av retikulocyter med C14-märkta aminosyror och användning av milda metoder för avbrott visade man att förutom den typiska sedimenteringskonstanten av enstaka ribosom (80S) var några större enheter närvarande.

Sedimentationskonstanten hos dessa partiklar varierar från 108S till 170S eller ännu mer; Detta motsvarade polyribosom av fem enheter (en pentamer). Det bekräftades med elektronmikroskopi att omkring 75% av ribosomerna som uppvisade 170S-topp, presenterades som pentamerer.

En tunn filament, tolkad som i mRNA, ca 150 A °. Antalet ribosomer i polyribosomer kan variera avsevärt och verkar vara relaterade till längden av mRNA som borde "läsas" i översättningsförfarandet.

I E. coli och i celler från kycklingembryo har polyribosomer sammansatt av cirka 50 enheter observerats {Rich 1967). Polyribosomer kan vara fria i cytoplasman eller bundet till membranen i endoplasmatisk retikulum.

För fria polyribosomer har en spiralformad konfiguration postulerats med de små subenheterna anordnade runt centrala axeln och de stora underenheterna som är anordnade vid periferin. I sektioner av olika celler har polyribosomer observerat din spiralformiga grupp (Weiss and Grover, 1968). Det antas att i polysomen ligger mRNA mellan de två subenheterna av ribosomen.

Typer av ribosomer :

Ribosomerna är av två bastyper, 70S och 80S ribosomer. S avser sålunda Svedberg-enheter. Det är faktiskt sedimenteringskoefficienten som visar hur snabb cellorganell sedimenterar i en ultracentrifug. Sedimentationskoefficienterna är inte additiva.

80S ribosomer finns i eukaryoter (organismer vars celler har verkliga kärnor avgränsade av kärnvapen), t.ex. alger, svampar, högre växter och djur. Djurens 80S ribosom består av en stor 60S-subenhet och en liten 40S-subenhet.

70S ribosomer är relativt mindre och finns i prokaryoter (organismer vars DNA inte är avgränsat av ett kärnämnehölje), t.ex. bakterier. 70S ribosomen består av en stor 50S-subenhet och en liten 30S-subenhet.

Ribosomer som finns i mitokondrier och kloroplaster av eukaryoter är närmare prokaryote ribosomer snarare än 80S eukaryote ribosomer. Vertebrat mitokondrier innehåller exempelvis 55S ribosomer, var och en med en stor 40S-subenhet och en liten 30S-subenhet. Sedimentationskoefficienterna 80S, 70S och 55S är avrundade värden. Faktiska S-värden i olika organismer kan vara något högre eller lägre.

Kemisk sammansättning :

De viktigaste beståndsdelarna i ribosomer är RNA och proteiner. Lipiderna är helt frånvarande eller närvarande i spår. Ribosomerna av E. coli har nästan 60-65% av RNA och 35-40% protein av deras vikt. Tabell 6.3 visar ungefärlig mängd RNA och protein i olika typer av ribosomer.

Ribosomal RNA skiljer sig i storlek och basinnehåll från tRNA och från andra RNA-klasser av de flesta celler. Två typer av RNA finns i alla ribosomer. De är en integrerad komponent och kan inte enkelt avlägsnas. RNA av råttleverpartiklar innehåller främst de vanliga baserna adenin, guanin, cytosin och uracil med liten mängd pseudouridin. De vanliga baserna som uppträder i det lösliga RNA finns endast i partiklar RNA endast i mycket liten mängd.

Tabell 6.2 Skillnader mellan 70-tal och ribosomer:

Aninosyror:

Aminosyrakompositionen av triklorättiksyraolösligt protein av råttlever-RNP har bestämts av Crompton och Petermann (1959). Aromatiska och svavelhaltiga aminosyror var närvarande i mycket liten mängd medan leusin och arginin var högt över 10%. Sammansättningen av både kaninretikulocyter och ärtplantor RNPs är liknande anmärkningsvärt.

Ett saltsyraextrakt av delvis renad rått-levande RNP har givit arginin (Smör, 1960), men huruvida dessa aminosyror härleddes från själva proteinerna ännu inte har bestämts.

Protein:

Protein innehåller linjär kedja av aminosyror. Den liknande i ribosomernas sammansättning av aminosyror av ribosomalt protein är anmärkningsvärt av annorlunda ursprung och kan vara ganska annorlunda än det för protein som bildas av ribosomen.

Därför är det vanligt att särskilja mellan ribosomalt strukturprotein, den växande peptidkedjan av enzym som genomgår tillverkningen av ribosomet som proteinet är associerat med ribosomalt RNA genom vätebindning är tydligt av det faktum att dissociationen av de två snabbt och enkelt åstadkommes av reagens vilka attackera vätebindningar som exempelvis med guanidiumbromid.

Experiment har gjorts av Yin and Bock (1960), som erhållit ett stabilt jästribosomalt protein. Watson (1960) fick protein av E. coli och genom analys av en sådan grupp indikerar molekylvikten för var och en av subenheterna att vara cirka 30 000.

Ribosomala enzymatiska proteiner:

De flesta ribosomala proteinerna fungerar som enzymer och katalyserar därigenom proteinsyntesen. Initieringsproteiner IF 1, IF2 och 1F3 initierar proteinsyntesprocessen medan överföringsproteiner (G-faktor, Ts-faktor) hjälper till translokation av ribosomer över mRNA och överföring av t-RNA-rest från en plats av ribosomen till den andra platsen .

Andra enzympeptidyltransferer hjälper vid transformationen av peptidkedjor till aminoacy1-tRNA och andra enzymer-terminering av den färdiga polypeptidkedjan.

Som ett resultat av tvättning av ribosomer med NH4CI och utsatt för kolonnkromatografi isolerades Ochoa och kollegor (1960) över faktorer i proteinsyntes. Bland dessa är tre initieringsfaktorer-IF1, IF2 och IF3- löst associerad med 30S-subenhet. IF1-faktor är ett basisprotein med en molekylvikt av 9200 dalton.

Det är involverat i bindningen av F-met-tRNA. IF2-faktor är också ett protein av mol. wt. 8000 dalton och innehåller SH-grupper som bidrar till bindning med GTP. Tredje proteinfaktor-IF3, kräver inte GTP och är involverad i bindning av mRNA till 30S-subenheter.

Det är ett basisprotein med en molekylvikt av 30 000 dalton. IF3 kan också fungera som dissociationsfaktor för 70S ribosomer. Ochoa et al. (1972) har ytterligare rapporterad interferensfaktor (i) i bakterier E. coli. Dessa faktorer binder till IF3-faktor, ändrar dess specificitet och reglerar således översättningen av genetiskt meddelande i början.

Förlängningsfaktorer är nödvändiga för förlängningen av polypeptidkedjan. Dessa är EFG (även kallad G-faktor eller translokas) och EFT-faktor. Som tidigare beskrivits är EFG eller G-faktor involverad i transloktionen av mRNA. I E. coli består den av en enda polypeptidkedja som har mol. wt. av 72, 00 dalton. EFG + GTP främjar translokationen av nyligen långsträckt peptidyl-tRNA.

En annan EFT-faktor har två typer av proteiner, nämligen Tu (temperaturstabilt) och Ts (temperaturstabil). EFTu-faktorn + GTP bildar komplext aminoacyl-tRNA innan dess bindning till acceptorstället för ribosom katalyseras av Ts-faktor. Dessutom har 50S ribosomal subenhet ett enzym-peptidsyntetas eller peptidyltransferas associerat vid bildandet av peptidbindning. Avslutningsfaktorerna Rl och R2 frisätter proteiner som hjälper till att frigöra polypeptidkedjan.

Biogenes av Ribosomer:

Biogenesen av ribosomer i bakteriell prokaryotisk cell sker inuti cytoplasman på grund av frånvaron av nukleol. RRNA härrör från de specifika kodonerna av genomet eller det ribosomala DNA (rDNA).

I eukaryota celler är processen med biogenes av ribosomer komplicerad och förekommer inuti nukleolusen. En av kromosomerna i en uppsättning har en specifik nukleolarorganiserande region, som innehåller nukleolär RNA-molekyl som är en föregångare till både 28S och 18S rRNA. Processen för omvandling av 45S-RNA till 28S och 18S rRNA illustreras nedan:

45S nukleolära RNA-molekyler är metylerade (-CH, grupp tillsätts). Dessa metylerade molekyler av 45S nukleolär RNA blir associerade med de nödvändiga proteinerna närvarande i nukleolbildande 80S ribonuceoporteinmolekylpartiklar (RNP). Dessa 80S RNP med 45S molekylär RNA delas upp i 32S och 18S rRNA genom flera mellanliggande steg, varigenom icke-metylerad del av molekylerna förloras. 18S-molekylen tillsammans med dess proteinmolekyler transporteras omedelbart till cytoplasman. 32S rRNA förblir insidan av nukleolus under en tid och klyvs i 28S rRNA.

5S-rRNA syntetiseras utanför nukleolusen och generna ligger intill nukleolär organiserarregion av kromosomen.

18S rRNA tillsammans med dess proteiner lämnar kärnan genom nukleopor och kommer ut i cytoplasman, där i sammansättning med proteiner samlas detta i små subenheten (40S) av ribosomen. 28S-rRNA lämnar också kärnan och införlivas med 5S rRNA och proteiner som bildar 60S-subenhet.

Syntesen av ribosomalt protein inträffar delvis inuti nukleolus och delvis inuti cytoplasman. De proteiner som syntetiseras i cytoplasman monteras i nukleolus som skall användas i ribonukleoproteinmolekylpartiklar (RNP).

Ribosomal RNA :

70S-ribosomen innehåller tre typer av rRNA, nämligen 23S rRNA, 16S rRNA och 5S rRNA. 23S- och 5S-rRNA uppträder i den större 50S-ribosomal-subenheten, medan 16S-rRNA uppträder i den mindre 30S-ribosomala underenheten. 23S rRNA består av 3200 nukleotider, 16S rRNA innehåller 1600 nukleotider och 5S rRNA innefattar 120 nukleotider i det (Brownlee, 1968, Fellner, 1972).

80S-ribosomer innehåller också tre typer av rRNA, nämligen 28S rRNA, 18S rRNA och 5S rRNA. 28S- och 5S-rRNA uppträder i den större 60S-ribosomal-subenheten, medan 18S-rRNA uppträder i den mindre 40S-ribosomala underenheten.

28S-rRNA har molekylvikt 1, 6 x 10 ⁶ dalton och dess molekyl är dubbelsträngad och har kvävebaser i par. 18S-rRNA har molekylvikten 0, 6 * 10 ⁶ dalton. 5S-rRNA-molekylen har en klöverbladform och en längd lika med 120 nukleotider (Forget and Weissmann, 1968).

Övriga beståndsdelar :

Metallinnehållet i ribosomer är också en svår fråga. Det råder ingen tvekan om att magnesium är huvudjonen fysiologiskt, eftersom den är närvarande i hög koncentration i råttlever-ribosomer. Det är den mest aktiva för att upprätthålla 80S-strukturen (Hamilton och Petermann, 1959), eftersom det är väsentligt för införlivande av aminosyra in vitro (Rendi och Hultin, 1960). De andra metallerna som finns närvarande i ribosomen är krom, mangan, nickel, järn och kalcium (Walker och Valle, 1958; Tso 1958).

Funktion av ribosomer :

Det är ett välkänt faktum att ribosomen är fabriker för tillverkning av protein i en cell men faktiskt kan en ribosom inte delta i proteinsyntesen. Det var känt från 1962 när & rapport publicerades vilket visade att aktiva enheter inte är enskilda ribosom utan en grupp av dessa enheter, som kallas polyribosom. En detaljerad roll av polyribosom publicerades i Scientific American Dec. 1963 av Gric and Hall. Det finns mycket bevis på att ribosomer är lika och i alla fall utbytbara.

Vid hemoglobin med en kedja på 150 aminosyror har det vanligaste antalet ribosomer och upp till 40 ribosomer beskrivits. Så namnet polysom ​​kan också appliceras på platsen för polyribosom. Protein består av linjär kedja av aminosyror. Kedjan kan vara kort eller lång i båda fallen som den kallas polypeptidkedjan. Polypeptid kan vikas på ett visst sätt kombineras ofta för att bilda ett komplext protein.

Ribosomerna i ett polysom ​​separeras med mellanrummet 50-150AO. Positiv staning med Uracil-acetat avslöjar att ribosomerna är förbundna med en tunn tråd 10-15AO i diameter, vilket är omkring tjockleken hos en enda sträng av RNA. Från storleken av gapet mellan ribosomer är den totala mätningen av gapet innehållande fem ribosomer ca 1500AO, de fem ribosomen har inter-ribosomal gap mellan 50 och 150A ° vardera.