Ribozomlar: Oluşumu, Dağılımı, Yapısı, Çeşitleri, Kimyasal Bileşimi ve İşlevleri

Ribozomlar: Oluşumu, Dağılımı, Yapısı, Çeşitleri, Kimyasal Bileşimi ve İşlevleri!

Ribozomlar, hücrenin sitoplazmasında bulunan bazofilik granüllerdir. Bu malzeme çekirdeğin kromatin granüllerininkine benzer bazik lekeler için bir afiniteye sahip olduğundan, bir süre boyunca kromidial veya kromofil maddesi olarak adlandırılmıştır.

Ribozomlar ilk önce bitki hücrelerinde Robinson ve Brown tarafından 1953'te elektron mikroskobu ile fasulye kökleri incelenirken ve kısa bir süre sonra Palade (1955) hayvan hücrelerinde gözlendi. Ribozomları izole etti ve içlerinde RNA'yı saptadı, bu yüzden RNP ya da ribonükleoprotein parçacıkları ya da Palade granülleri olarak da adlandırıldı. Claude bunları mikrosom olarak adlandırdı, ancak ribozom adı 1958'de Robert tarafından belirlendi.

Oluşum:

Hayvan krallığı ve bitki krallığı boyunca evrensel olarak dağılırlar. Prokaryotlar da bulunurlar. Ribozom içermeyen tek hücre tipleri, memeli RBC'sidir. Birim alandaki ribozomların yoğunluğu, herhangi bir tip için oldukça sabittir. Aktif m protein sentezi olan hücrelerde yüksektir ve protein sentezinin düşük olduğu hücrelerde düşüktür.

dağılım:

Prokaryotik hücrelerde ribozomlar sıklıkla sitoplazmada serbest bir şekilde ortaya çıkar. Ökaryotik hücrelerde, ribozomlar ya sitoplazmada serbest şekilde meydana gelir ya da endoplazmik retikulum (ER) zarının dış yüzeyine bağlı kalır.

Acil servise bağlı olmadıkları zaman serbest ribozom olarak adlandırılırlar. Serbest ribozomlar, sitoplazmik matrisin enzim yapısını korumak için gereken proteinlerin sentezi için alanlar olarak hizmet eder.

İzolasyon yöntemi:

Ribozomlar genellikle hücreden analitik santrifüjün kullanıldığı diferansiyel santrifüjleme metodu ile izole edilir. Ribozomların sedimantasyon katsayısı, çeşitli optik ve elektronik tekniklerle belirlenir. Sedimantasyon katsayısı, Svedberg birimi olarak ifade edilir, örneğin, 'S' birimi. S, ribozomal parçacıkların büyüklüğü ve molekül ağırlığı ile ilgilidir.

Ribozomların Sayısı ve Konsantrasyonu:

Endoplazmik retikulum içeren tüm hücrelerde, iyi sayıda ribozom gözlenebilir. Örneğin, bez hücrelerinin tabanında, plazma ve karaciğer hücrelerinde, hızla büyüyen tüm bitki ve hayvan hücrelerinde ve bakterilerde, ribonükleik asit (RNA) miktarı, ribozomun konsantrasyonu ile ilişkili olabilir.

Tavşanın retikülositlerinde, per3 başına yaklaşık 100 ribozom bulunur; bu, retikülosit başına yaklaşık 1 x 10 parçacığa karşılık gelir. Hücre kütlesinin toplam hacminin% 5'i veya hücre başına yaklaşık 20.000 ila 30.000. Bununla birlikte, protein sentezi oranı, uygun olmayan beslenme koşulları nedeniyle yavaşlarsa, protein sentezleyen hücrelerde ve bakterilerde ribozomların sayısı önemli ölçüde düşebilir.

Ribozomların Yapısı:

Ribozomlar, çalıştıkları geniş hücre yelpazesi boyunca boyut ve kompozisyondaki bütünlükleri bakımından dikkat çekicidir. Yüksek bitki ve hayvanların ribozomları şişirilir, sferoidler ve çapları yaklaşık 250 ° C'dir.

Bununla birlikte, bakterilerin ribozomları bir miktar daha küçüktür, çünkü daha yüksek hayvan ribozomlarından daha az miktarda protein içerirler. Bununla birlikte, partikül başına RNA miktarında bakteri ribozomları, halihazırda incelenen tüm ribozomlara benzer.

Elektron mikroskobik çalışmalarında negatif boyama, ribozomları daha büyük bir alt birime ve daha küçük bir alt birime bölen bir yarık ortaya koymaktadır. E. coli'de büyük parçacık bir şekilde 'fincan' şeklinde veya kubbe şeklinde (140 ila 160 ° C) ve daha küçük olan ise diğerinin düz yüzeyine (Huxley) uygulanan bir 'kapak' (90 ila 110 °) oluşturur. ve Zubey 1960). Daha yüksek hayvanlarda ve bitkilerde, ribozomların büyük alt birimler tarafından endoplazmik retikule bağlandığı gösterilmiştir.

Ribozomun ince yapısı çok karmaşık ve henüz tam olarak aydınlatılmamıştır. Ribozomlar oldukça gözenekli ve hidratlanmış olduklarından, RNA ve protein muhtemelen iki alt ünite içinde iç içe geçmiştir, bölümler halinde, uranil iyonlarıyla (RNA seçici leke) lekelenmiştir, her ribozom, üzerine dört ila altı kol implante edilmiş, yıldız şeklinde bir gövde olarak görünür. yoğun eksen Bacillus alt başlıklarının izole edilmiş 50S alt birimi, merkezinde 40 ila 60 A ° 'lik yuvarlak bir alan olan beşgen bir yüze sahip 160 ila 180A °' lik kompakt bir parçacık olarak görünür (Nanninga, 1967).

Ribozomlarda negatif boyanmış elektron şeffaf bir çekirdek, bir elektron opak bölgesine tekabül eder, büyük gönderimlerde tarif edilmiştir. 40S alt birimi normal değildir ve 30 ila 60A ° kalınlıkta bir iplikçik ile birbirine bağlanan iki kısma bölünmüş olma eğilimindedir.

Ribozomal Alt Ünitesi:

Alt birim yapısındaki tüm ribozomlar için ortak olan bir başka özellik ve ultrasantrifüjleme ile sedimantasyon sabiti. Sedimentasyon sabiti temelinde iki ana ribozom türü vardır.

Bakterilerden olanlar, genellikle, 2.7 x 106 moleküler ağırlığa karşılık gelen 70S (Svedberg birimi) katsayısına sahiptir. Diğerleri ökaryotik ribozomlardır (çekirdekli hücreler, bitki veya hayvan). Bu tür ribozomlar, yaklaşık 4 x 106 dalton moleküler ağırlığa sahip 80S sedimantasyon sabitine sahiptir.

Yukarıda belirtilen iki (kap ve kapak) ribozom yapısal alt birimleri, yapısal uyum için düşük konsantrasyonda Mg ⁺⁺ iyonları (0.001M) gerektirir. Ribozomlar, orijinal sağlam ribozomun kütlesinin 1 / 3'ü ve diğer 1 / 3'ü iki küçük parçacık vermek üzere Mg ⁺⁺ iyonlarının uzaklaştırılmasıyla temizlenebilir. Aslında elektron mikroskobu yardımıyla gözlemlenen alt ünitelerden başka bir şey değiller.

Bu alt birimler sedimantasyon sabitleri ile belirtilir. Bir birim ribozom, daha önce belirtildiği gibi 80S veya 70S'lik bir sedimantasyon sabitine sahipken, 2/3 alt ünitesinde, sırasıyla 60S veya 50S'lik bir sedimantasyon sabiti ve 1/3 alt ünitesinde sırasıyla 40S veya 30S'lik bir sedimantasyon sabiti bulunur. Her iki alt birim, RNA'nın fosfodiester grupları ile etkileşime giren magnezyum iyonları ile birbirine bağlanır.

Tamamen magnezyum doymuş parçacık, üç fosfodiester grubu için Mg ⁺⁺ iyonları içerir. Hesaplanan bu magnezyum iyonlarının 1 / 3'ünün çıkarılması, 80S'nin 60S ve 40S (alt birimler) oluşturmak üzere bölünmesine neden olur.

Daha fazla Mg ^{++ '} nın çıkarılması bezelye ve maya ribozomları durumunda, en azından görünüşte 1/6 alt ünite olanı serbest bırakan daha fazla bölünme ile sonuçlanır. Bununla birlikte, bu 2/3 ve 1/3 alt birimlerin aksine, magnezyum iyonlarının restorasyonunun 80S partiküllerinin restorasyonu ile sonuçlanmadığı anlamında geri dönüşü yoktur.

Mg ⁺⁺ konsantrasyonu on kat artarsa, iki ribozom, bireysel ribozomların molekül ağırlığının iki katı olan bir "dimer" oluşturmak üzere birleşir. Dimer, Mg ⁺⁺ konsantrasyonunu düşürerek iki ribozom haline dönüştürülebilir.

Hücre bölümlerinin erken elektron mikroskobik incelemeleri, ribozomların, zaman zaman tekrarlayan model oluşturan gruplarda sıklıkla ilişkili olduğunu ortaya koydu. 1962 yılına kadar bu polibozomların ya da polisomların protein sentezindeki işlevinin keşfedilmediği görülmemiştir (Warner ve Rich, 1962).

Retikülositleri C14 ile işaretlenmiş amino asitlerle muamele ettikten ve hafifletmek için yumuşak yöntemler kullandıktan sonra, tekli ribozomun (80S) tipik sedimantasyon sabitine ek olarak bazı daha büyük birimlerin mevcut olduğu bulundu.

Bu partiküllerin sedimantasyon sabiti, 108S ila 170S arasında veya daha fazla değişebilir; bu, beş ünitenin (bir pentamer) polibozomuna karşılık geldi. Elektron mikroskobu ile, 170S pik gösteren ribozomların yaklaşık% 75'inin pentamerler olarak sunulduğu doğrulandı.

MRNA'daki gibi yorumlanmış ince bir filament, yaklaşık 150 ° C. Polibozomlardaki ribozomların sayısı önemli ölçüde değişebilir ve çeviri sürecinde 'okunması gereken' mRNA'nın uzunluğu ile ilişkili görünmektedir.

E. coli'de ve civciv embriyosundaki hücrelerde, yaklaşık 50 üniteden oluşan polibozomlar gözlenmiştir {Rich 1967). Polibozomlar sitoplazmada serbest olabilir veya endoplazmik retikulumun zarlarına bağlanabilir.

Serbest poliribozomlar için, merkezi eksen etrafına yerleştirilmiş küçük alt birimler ve çevreye yerleştirilmiş büyük alt birimler ile sarmal bir konfigürasyon öngörülmüştür. Çeşitli hücrelerin kesitlerinde polibozomlar, helis dizilişine göre gözlemlenmiştir (Weiss ve Grover, 1968). Polizomda mRNA'nın ribozomun iki alt birimi arasında yer aldığı varsayılmaktadır.

Ribozom Çeşitleri :

Ribozomlar iki temel tiptedir, 70S ve 80S ribozomlar. Böylece S, Svedberg birimlerini ifade eder. Aslında bir hücre organelinin ultrasantrifüjde ne kadar hızlı çöktüğünü gösteren sedimantasyon katsayısıdır. Çökelme katsayıları katkı maddesi değildir.

80S ribozomları ökaryotlarda bulunur (hücreleri nükleer zarflarla sınırlanan gerçek çekirdekleri olan organizmalar), örneğin algler, mantarlar, daha yüksek bitkiler ve hayvanlar. 80S hayvan ribozomu, büyük bir 60S alt biriminden ve küçük bir 40S alt birimden oluşur.

70S ribozomları nispeten daha küçüktür ve prokaryotlarda (DNA'sı nükleer bir zarfla bağlı olmayan organizmalar), örneğin bakterilerde bulunur. 70S ribozomu büyük bir 50S alt biriminden ve küçük bir 30S alt birimden oluşur.

Mitokondride bulunan ribozomlar ve ökaryotların kloroplastları 80S ökaryot ribozomlarından ziyade prokaryot ribozomlarına daha yakındır. Omurgalı mitokondri, örneğin, her biri büyük bir 40S alt birimi ve küçük bir 30S alt birimi olan 55S ribozom içerir. Sedimantasyon katsayıları 80S, 70S ve 55S yuvarlatılmış değerlerdir. Farklı organizmalarda gerçek S değerleri biraz daha yüksek veya daha düşük olabilir.

Kimyasal bileşim :

Ribozomların ana bileşenleri, RNA ve proteinlerdir. Lipitler tamamen yok veya izlerde var. E. coli'nin ribozomları RNA'nın yaklaşık% 60-65'ine ve ağırlıklarının% 35-40'ının proteinine sahiptir. Tablo 6.3, farklı ribozom türlerinde yaklaşık RNA ve protein miktarını göstermektedir.

Ribozomal RNA'nın boyutu ve baz içeriği, tRNA'dan ve çoğu hücrenin diğer RNA sınıflarından farklılık gösterir. Tüm ribozomlarda iki tip RNA bulunur. Bunlar ayrılmaz bir bileşendir ve kolayca çıkarılamazlar. Sıçan karaciğer partiküllerinin RNA'sı, genel olarak adenin, guanin, sitozin ve urasil ile ortak miktarlarda az miktarda psördeidin içerir, çözünür RNA'da meydana gelen bazlar, az miktarda RNA partiküllerinde bulunur.

Tablo 6.2 70'li ve Ribozomlar Arasındaki Farklar:

Anino Asitler:

Sıçan karaciğer RNP'sinin triklorasetik asitte çözünmeyen proteinin amino asit bileşimi, Crompton ve Petermann (1959) tarafından belirlenmiştir. Aromatik ve kükürt içeren amino asitler çok az miktarda bulunurken, lösin ve arginin% 10'un üzerindedir. Hem tavşan retikülositlerinin hem de bezelye fidesi RNP'lerinin bileşimi oldukça benzerdir.

Kısmen saflaştırılmış sıçan canlı RNP'sinin bir hidroklorik ekstresi arginin vermiştir (Butter, 1960), ancak bu amino asitlerin proteinlerden elde edilip edilmediği henüz belirlenmemiştir.

Protein:

Protein, amino asitlerin doğrusal zincirini içerir. Ribozomal proteinin amino asitlerinin ribozom bileşimindeki benzerliği, belirgin bir şekilde farklı kökene sahiptir ve ribozom tarafından oluşturulan proteinden oldukça farklı olabilir.

Bu nedenle, ribozomal yapısal protein arasında, enzimin, bağlanma yoluyla artan enzim peptid zincirinin, proteinin, hidrojen bağlanmasıyla ribozomal RNA ile ilişkili olduğu, ribosomal RNA ile ilişkili olduğu ayırt edilmesi yaygındır; bu ikisinin ayrışmasının, hızlı ve kolayca elde edilen reaktifler tarafından elde edildiğinden açıktır. hidrojen bağlarına örneğin guanidium bromür ile saldırır.

Deneyler, stabil bir maya ribozomal proteini elde eden Yin ve Bock (1960) tarafından yapılmıştır. Watson (1960), E.coli'nin proteinine sahipti ve böyle bir grubun analizi ile, her bir alt birimin moleküler ağırlığının, yaklaşık 30.000 olduğunu gösterir.

Ribozomal enzimatik proteinler:

Ribozomal proteinlerin çoğu, enzimler olarak işlev görür, böylece protein sentezini katalize eder. Başlatma proteinleri IF 1, IF2 ve 1F3, protein sentezi işlemini başlatırken, protein proteinleri (G-faktörü, Ts-faktörü) ribozomların mRNA üzerinden translokasyonuna ve t-RNA tortusunun ribozomun bir bölgesinden diğer bölgeye transferine yardımcı olur. .

Bir başka enzim peptidi1 aktarımı, peptid zincirlerinin aminoasit-tRNA'ya ve tamamlanmış polipeptit zincirinin diğer enzimlerinin sonlandırılmasına dönüştürülmesinde yardımcı olur.

Ribozomların NH4CI ile yıkanmasının bir sonucu olarak ve bunları kolon kromatografisine maruz bıraktıkları için, Ochoa ve arkadaşları (1960) yukarıda protein sentezinde faktörlerin üzerinde izole edilmiştir. Bunlar arasında üç başlatma faktörü - IF1, IF2 ve IF3-, 30S alt birimi ile gevşek bir şekilde ilişkilidir. IF1 faktörü, 9200 dalton moleküler ağırlığa sahip temel bir proteindir.

F-met-tRNA'nın bağlanmasında rol oynar. IF2 faktörü ayrıca bir mol proteinidir. ağ. 8000 dalton ve GTP ile bağlanmaya yardımcı olan SH grupları içerir. Üçüncü protein faktörü-IF3, GTP gerektirmez ve mRNA'nın 30S alt ünitelerine bağlanmasında rol oynar.

30, 000 dalton moleküler ağırlığa sahip temel bir proteindir. IF3 ayrıca 70S ribozomları için ayrışma faktörü olarak da işlev görebilir. Ochoa ve diğ. (1972) E.coli bakterilerinde girişim faktörünü (i) daha da bildirmişlerdir. Bu faktörler IF3 faktörüne bağlanır, özgüllüğünü değiştirir ve böylece başlangıçta genetik mesajın çevirisini düzenler.

Uzama faktörleri, polipeptit zincirinin uzaması için önemlidir. Bunlar EFG (G faktörü veya translokas da denir) ve EFT faktörüdür. Daha önce tarif edildiği gibi, EFG veya G faktörü mRNA'nın translokasyonunda rol oynar. E. coli'de, molü olan tek bir polipeptit zincirinden oluşur. ağ. 72, 00 Dalton. EFG + GTP, yeni uzatılmış peptidil-tRNA'nın translokasyonunu teşvik eder.

Başka bir EFT faktörü, Tu (sıcaklık kararsız) ve Ts (sıcaklık kararlı) olarak adlandırılan iki çeşit proteine ​​sahiptir. EFTu faktörü + GTP, Ts faktörü tarafından katalize edilen ribozomun alıcı bölgesine bağlanmasından önce kompleks aminoasil-tRNA'yı oluşturur. Ayrıca, 50S ribozomal alt birimi, peptit bağı oluşumunda bir enzim-peptid sentetaz veya peptil transferaz içerir. Sonlandırma faktörleri R1 ve R2, polipeptit zincirinin serbest bırakılmasına yardımcı olan proteinleri serbest bırakır.

Ribozomların Biyogenezi:

Bakteriyel prokaryotik hücrede ribozomların biyolojik oluşumu, nükleolusun bulunmaması nedeniyle sitoplazmanın içinde gerçekleşir. RRNA'lar, genomun spesifik kodonlarından veya ribozomal DNA'dan (rDNA) kaynaklanır.

Ökaryotik hücrelerde ribozomların biyolojik oluşum süreci karmaşıktır ve nükleollerin içinde gerçekleşir. Bir kümenin kromozomlarından biri, hem 28S hem de 18S rRNA'nın bir öncüsü olan nükleolar RNA molekülünü içeren spesifik bir nükleolar organizatör bölgesine sahiptir. 45S-RNA'nın 28S ve 18S rRNA'ya dönüştürülmesi işlemi aşağıda gösterilmiştir:

45S nükleolar RNA molekülleri, metillenir (-CH, grup eklenir). 45S nükleolar RNA'nın bu metillenmiş molekülleri, 80S ribonükleoportin molekül molekülü partiküllerini (RNP) oluşturan nükleollerde bulunan gerekli proteinlerle ilişkili hale gelir. 45S moleküler RNA içeren bu 80S RNP, moleküllerin metillenmemiş kısmının kaybedildiği birkaç ara aşamada 32S ve 18S rRNA'ya ayrılmıştır. 18S molekülü, protein molekülleriyle birlikte hemen sitoplazmaya taşınır. 32S rRNA, bir süre nükleolusun içinde kalır ve 28S rRNA'ya bölünür.

5S rRNA nükleolusun dışında sentezlenir ve genler, kromozomun nükleolar düzenleyici bölgesine bitişik olarak bulunur.

18S rRNA, proteinleri ile birlikte çekirdeği nükleozordan çıkar ve sitoplazmaya girer; burada proteinlerle birlikte bu, ribozomun küçük alt ünitesinde (40S) toplanır. 28S rRNA da çekirdeği terk eder ve 5S rRNA ve 60S alt ünitesini oluşturan proteinlerle birleştirilir.

Ribozomal proteininin sentezi, kısmen nükleolusun içinde ve kısmen de sitoplazmanın içinde gerçekleşir. Sitoplazmada sentezlenen proteinler, ribonükleoprotein molekülü partiküllerinde (RNP) kullanılacak nükleolde birleştirilir.

Ribozomal RNA :

70S ribozomları üç tip rRNA, yani 23S rRNA, 16S rRNA ve 5S rRNA içerir. 23S ve 5S rRNA daha büyük 50S ribozomal alt biriminde, 16S rRNA ise daha küçük 30S ribozomal alt biriminde ortaya çıkar. 23S rRNA, 3200 nükleotitten oluşur, 16S rRNA, 1600 nükleotit içerir ve 5S rRNA, içerisinde 120 nükleotit içerir (Brownlee, 1968, Fellner, 1972).

80S ribozomları ayrıca üç tip rRNA, yani 28S rRNA, 18S rRNA ve 5S rRNA içerir. 28S ve 5S rRNA, daha büyük 60S ribozomal alt biriminde, 18S rRNA, daha küçük 40S ribozomal alt biriminde ortaya çıkar.

28S rRNA, 1.6 x 106 dalton moleküler ağırlığa sahiptir ve molekülü çift sarmallıdır ve çiftler halinde azot bazlarına sahiptir. 18S rRNA, 0.6 x 106 dalton moleküler ağırlığa sahiptir. 5S rRNA'nın molekülü bir yonca yaprağı şekline ve 120 nükleotite eşit bir uzunluğa sahiptir (Forget ve Weissmann, 1968).

Diğer Bileşenler :

Ribozomların metal içeriği de zor bir sorudur. Sıçan karaciğer ribozomlarında yüksek konsantrasyonda bulunduğundan, magnezyumun fizyolojik olarak temel iyon olduğu konusunda çok az şüphe vardır. 80S yapısının korunmasında en aktif olanıdır (Hamilton ve Petermann, 1959), in vitro amino asit katılımı için zorunludur (Rendi ve Hultin, 1960). Ribozomlarda bulunan diğer metaller krom, manganez, nikel, demir ve kalsiyumdur (Walker ve Valle, 1958; Tso 1958).

Ribozomların İşlevi :

Ribozomların, bir hücrede protein üretim fabrikaları olduğu bilinen bir gerçektir, ancak gerçekte bir ribozom, protein sentezinde yer alamaz. Aktif birimlerin bireysel bir ribozom olmadığını, ancak bu birimler grubunun poliribozom olarak adlandırıldığını gösteren 1962'den beri biliniyordu. Polibozomun detaylı bir rolü 1969’da Gric and Hall tarafından Scientific American’ta yayınlandı. Ribozomların aynı olduğuna ve en azından değiştirilebildiğine dair çok fazla kanıt var.

150 amino asit zincirine sahip hemoglobin durumunda, en yaygın ribozom sayısı ve 40'a kadar ribozom tanımlanmıştır. Böylece polysome adı polibozom yerine de uygulanabilir. Protein, amino asitlerin doğrusal zincirinden oluşur. Polipeptid zinciri olarak adlandırılan her iki durumda da zincir kısa veya uzun olabilir. Polipeptid, karmaşık bir protein oluşturmak için sıklıkla birleştirilen spesifik bir şekilde katlanabilir.

Bir polisomordaki ribozomlar, 50-150A0'lık boşlukla ayrılır. Uracil-asetatın pozitif duruşu, ribozomların, tek bir RNA iplikçikinin kalınlığı kadar olan, çapı 10-15A0 olan ince bir iplikle bağlandığını ortaya koymaktadır. Ribozomlar arasındaki boşluğun boyutundan, beş ribozom içeren boşluğun toplam ölçümü, yaklaşık 1500A ^0'dır, beş ribozom, her biri 50-150A ° arası ribozomal boşluğa sahiptir.