RNA الريبوسوم: كيف يتم تصنيعه وأنواعه وبنيته ووظائفه - مادة الاحياء - 2025

و RNA الريباسي أو الريباسي، بيولوجيا الخلية، هو الأكثر عنصر هيكلي هام من الريبوسوم. لهذا السبب ، لديهم دور لا غنى عنه في تخليق البروتينات وهم الأكثر وفرة بالنسبة للأنواع الرئيسية الأخرى من الحمض النووي الريبي: المرسال والنقل.

يعد تخليق البروتين حدثًا حاسمًا في جميع الكائنات الحية. في السابق ، كان يُعتقد أن الحمض النووي الريبي الريبوزي لم يشارك بنشاط في هذه الظاهرة ، ولعب دورًا هيكليًا فقط. يوجد اليوم دليل على أن الحمض النووي الريبي له وظائف تحفيزية وهو المحفز الحقيقي لتخليق البروتين.

المصدر: جين ريتشاردسون (Dcrjsr) ، من ويكيميديا ​​كومنز

في حقيقيات النوى ، يتم تنظيم الجينات التي تؤدي إلى ظهور هذا النوع من الحمض النووي الريبي في منطقة من النواة تسمى النواة. عادةً ما يتم تصنيف أنواع الحمض النووي الريبي اعتمادًا على سلوكها في الترسيب ، وهذا هو السبب في أنها مصحوبة بالحرف S لـ "وحدات Svedberg".

أنواع

أحد الاختلافات الأكثر لفتًا للانتباه بين سلالات حقيقية النواة وبدائية النواة هو تكوين الحمض النووي الريبي الريبوسومي الذي يشكل ريبوسوماتها. تحتوي بدائيات النوى على ريبوسومات أصغر ، في حين أن الريبوسومات في حقيقيات النوى أكبر.

تنقسم الريبوسومات إلى وحدات فرعية كبيرة وصغيرة. يحتوي الصغير على جزيء واحد من الحمض النووي الريبوزي ، بينما يحتوي الجزيء الكبير على جزيء واحد أكبر واثنين من الجزيئات الأصغر ، في حالة حقيقيات النوى.

يمكن أن يكون أصغر حمض نووي ريبوزومي في البكتيريا 1500 إلى 3000 نيوكليوتيد. في البشر ، تصل أطوال الحمض النووي الريبوزي الريبوزومي إلى أطوال أكبر ، بين 1800 و 5000 نيوكليوتيد.

الريبوسومات هي الكيانات المادية التي يحدث فيها تخليق البروتين. وهي تتكون من حوالي 60٪ من الحمض النووي الريبوزي. الباقي بروتينات.

وحدات سفيدبرج

تاريخيًا ، يتم تحديد الحمض النووي الريبي الريبوزي من خلال معامل الترسيب للجسيمات المعلقة التي يتم طردها مركزيًا في ظل الظروف القياسية ، والذي يُشار إليه بالحرف S لـ "وحدات Svedberg".

واحدة من الخصائص المثيرة للاهتمام لهذه الوحدة هي أنها ليست مضافة ، أي أن 10S زائد 10S ليست 20S. لهذا السبب هناك بعض الالتباس المرتبط بالحجم النهائي للريبوزومات.

بدائيات النوى

في البكتيريا والعتائق والميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء ، تحتوي الوحدة الصغيرة من الريبوسوم على 16S الريبوسوم RNA. بينما تحتوي الوحدة الفرعية الكبيرة على نوعين من RNA الريبوسوم: 5S و 23S.

حقيقيات النواة

في حقيقيات النوى ، من ناحية أخرى ، يوجد الحمض النووي الريبوزي 18S في الوحدة الفرعية الصغيرة والوحدة الفرعية الكبيرة ، 60S ، تحتوي على ثلاثة أنواع من RNA الريبوسوم: 5S ، 5.8S ، و 28S. في هذا النسب ، تميل الريبوسومات إلى أن تكون أكبر ، وأكثر تعقيدًا ، وأكثر وفرة من بدائيات النوى.

كيف يتم تصنيعها؟

موقع الجينات

RNA الريبوسوم هو المكون المركزي للريبوسومات ، لذا فإن تركيبه هو حدث لا غنى عنه في الخلية. يحدث التوليف في النواة ، وهي منطقة داخل النواة لا يحدها غشاء بيولوجي.

الآلية مسؤولة عن تجميع وحدات الريبوسوم في وجود بروتينات معينة.

يتم تنظيم جينات الحمض النووي الريبي الريباسي بطرق مختلفة اعتمادًا على النسب. تذكر أن الجين هو جزء من الحمض النووي يرمز إلى النمط الظاهري.

في حالة البكتيريا ، يتم تنظيم ونسخ جينات الحمض النووي الريبي الريبوسومي 16S و 23S و 5S معًا في أوبرون. هذا التنظيم "الجيني معًا" شائع جدًا في الجينات بدائية النواة.

على النقيض من ذلك ، فإن حقيقيات النوى ، وهي كائنات أكثر تعقيدًا ذات نواة محددة بغشاء ، يتم تنظيمها جنبًا إلى جنب. في البشر ، يتم تنظيم الجينات التي ترمز إلى الحمض النووي الريبي الريبوزومي في خمس "مجموعات" موجودة في الكروموسومات 13 و 14 و 15 و 21 و 22. تسمى هذه المناطق NORs.

بداية النسخ

في الخلية ، RNA polymerase هو إنزيم مسؤول عن إضافة النيوكليوتيدات إلى خيوط RNA. هم يشكلون جزيء من هؤلاء من جزيء DNA. تُعرف عملية تكوين الحمض النووي الريبي هذه بعد تلطيف الحمض النووي بالنسخ. هناك عدة أنواع من بوليميرات الحمض النووي الريبي.

بشكل عام ، يتم إجراء نسخ RNAs الريبوزومي بواسطة RNA polymerase I ، باستثناء 5S ribosomal RNA ، الذي يتم نسخه بواسطة RNA polymerase III. يتميز 5S أيضًا بخصوصية أنه تم نسخه خارج النواة.

تتكون محفزات تخليق الحمض النووي الريبي من عنصرين ثريين بتسلسلات GC ومنطقة مركزية ، وهنا يبدأ النسخ.

في البشر ، ترتبط عوامل النسخ الضرورية للعملية بالمنطقة المركزية وتؤدي إلى مجمع ما قبل البدء ، والذي يتكون من صندوق TATA والعوامل المرتبطة بـ TBP.

بمجرد أن يتم تجميع جميع العوامل معًا ، يرتبط RNA polymerase I ، جنبًا إلى جنب مع عوامل النسخ الأخرى ، بالمنطقة المركزية للمحفز لتشكيل مجمع البدء.

استطالة ونهاية النسخ

بعد ذلك ، تحدث الخطوة الثانية من عملية النسخ: الاستطالة. هنا يحدث النسخ نفسه وينطوي على وجود بروتينات تحفيزية أخرى ، مثل توبويزوميراز.

في حقيقيات النوى ، تحتوي الوحدات النسخية لجينات الريبوسوم على تسلسل DNA في نهاية 3 مع تسلسل يُعرف باسم صندوق Sal ، والذي يشير إلى نهاية النسخ.

بعد حدوث نسخ RNAs الريبوزومية المطلوبة بالترادف ، يحدث التكوّن الحيوي للريبوسومات في النواة. تنضج نسخ الجينات الريبوسومية وترتبط بالبروتينات لتشكيل وحدات ريبوسومية.

قبل الإنهاء ، يحدث تكوين سلسلة من "البروتينات الريبية". كما هو الحال في messenger RNAs ، فإن عملية الربط مدفوعة ببروتينات ريبونوكليوبروتينات نووية صغيرة ، أو snRNPs ، لاختصارها في اللغة الإنجليزية.

التضفير هو عملية يتم فيها التخلص من الإنترونات (التسلسلات غير المشفرة) التي عادةً ما "تقاطع" exons (التسلسلات التي تقوم بتشفير الجين المعني).

تؤدي العملية إلى مركبات وسيطة من 20S تحتوي على 18S rRNA و 32S ، تحتوي على 5.8S و 28S rRNA.

تعديلات ما بعد النسخ

بعد أن تنشأ RNAs الريبوزومية ، فإنها تخضع لمزيد من التعديلات. تتضمن هذه الميثيلات (إضافة مجموعة ميثيل) لحوالي 100 نيوكليوتيد لكل ريبوسوم في مجموعة 2'-OH من الريبوسوم. بالإضافة إلى ذلك ، تحدث أزمرة لأكثر من 100 يوريدين إلى شكل pseudo-uridine.

بناء

مثل الحمض النووي ، يتكون الحمض النووي الريبي من قاعدة نيتروجينية مرتبطة تساهميًا في العمود الفقري للفوسفات.

القواعد النيتروجينية الأربعة التي تشكلها هي الأدينين والسيتوزين واليوراسيل والجوانين. ومع ذلك ، على عكس الحمض النووي الريبي ، فإن الحمض النووي الريبي ليس جزيءًا مزدوج النطاق ، ولكنه نطاق واحد.

مثل نقل الحمض النووي الريبي ، يتميز الحمض النووي الريبوزي بوجود بنية ثانوية معقدة إلى حد ما ، مع مناطق ربط محددة تتعرف على الحمض النووي الريبي المرسال وتنقل الحمض النووي الريبي.

المميزات

تتمثل الوظيفة الرئيسية للحمض النووي الريبوزي في توفير بنية فيزيائية تسمح بأخذ الحمض النووي الريبي المرسال وفك تشفيره إلى أحماض أمينية ، لتكوين البروتينات.

البروتينات هي جزيئات حيوية لها مجموعة واسعة من الوظائف - من نقل الأكسجين ، مثل الهيموجلوبين ، إلى الوظائف الداعمة.

القابلية للتطبيق

يستخدم RNA الريبوسوم على نطاق واسع ، سواء في مجال البيولوجيا الجزيئية والتطور ، أو في الطب.

إذا كنت تريد معرفة المزيد عن العلاقات النشوء والتطور بين مجموعتين من الكائنات الحية - أي كيفية ارتباط الكائنات ببعضها البعض ، من حيث القرابة - فغالبًا ما تستخدم جينات RNA الريبوزومية كعلامات.

إنها مفيدة جدًا كواسمات جزيئية بفضل معدلاتها التطورية المنخفضة (تُعرف هذه الأنواع من التسلسلات باسم "المتواليات المحفوظة").

في الواقع ، تم إجراء واحدة من أشهر عمليات إعادة بناء النشوء والتطور في مجال علم الأحياء بواسطة Carl Woese والمتعاونين باستخدام متواليات RNA الريبوزومية 16S. سمحت نتائج هذه الدراسة بتقسيم الكائنات الحية إلى ثلاثة مجالات: العتائق والبكتيريا وحقيقيات النوى.

من ناحية أخرى ، غالبًا ما يكون الحمض النووي الريبي الريبوزومي هدفًا للعديد من المضادات الحيوية التي تستخدم في الطب لعلاج مجموعة واسعة من الأمراض. من المنطقي أن نفترض أنه من خلال مهاجمة نظام إنتاج البروتين للبكتيريا ، فإنها ستتأثر على الفور.

تطور

من المتوقع أن الريبوسومات ، كما نعرفها اليوم ، بدأت في تكوينها في أوقات بعيدة جدًا ، بالقرب من تكوين LUCA (آخر سلف مشترك عالمي).

في الواقع ، تنص إحدى الفرضيات المتعلقة بأصل الحياة على أن الحياة نشأت من جزيء الحمض النووي الريبي - نظرًا لأنه يتمتع بقدرات التحفيز الذاتي اللازمة ليتم اعتباره أحد الجزيئات الأولية للحياة.

يقترح الباحثون أن سلائف الريبوسوم الحالية لم تكن انتقائية مع الأحماض الأمينية ، حيث تقبل كل من الأيزومرين l و d. اليوم ، من المعروف على نطاق واسع أن البروتينات تتشكل حصريًا من الأمينية ذات الشكل L.

بالإضافة إلى ذلك ، يمتلك الحمض النووي الريبوزي القدرة على تحفيز تفاعل الببتيدل ترانسفيراز ، وهذه الخاصية التي تعمل كمستودع للنيوكليوتيدات ، إلى جانب قدراتها التحفيزية ، تجعلها عنصرًا أساسيًا في تطور الأشكال الأولى على الأرض.

المراجع

1. بيرج جي إم ، تيموكزكو جي إل ، سترير إل (2002). الكيمياء الحيوية. الطبعة الخامسة. نيويورك: WH Freeman. القسم 29.3 ، الريبوسوم هو جسيم بروتين نووي (70S) مصنوع من وحدة فرعية صغيرة (30S) وكبيرة (50S). متاح على: ncbi.nlm.nih.gov
2. كورتيس ، هـ ، وشنيك ، أ. (2006). دعوة إلى علم الأحياء. عموم أمريكا الطبية Ed.
3. فوكس ، جنرال إلكتريك (2010). أصل وتطور الريبوسوم. وجهات نظر كولد سبرينج هاربور في علم الأحياء ، 2 (9) ، a003483.
4. هول ، جي إي (2015). كتاب جايتون وهال للكتاب الإلكتروني لعلم وظائف الأعضاء الطبي. العلوم الصحية Elsevier.
5. لوين ، ب. (1993). الجينات المجلد 1. العودة.
6. لوديش ، هـ. (2005). البيولوجيا الخلوية والجزيئية. عموم أمريكا الطبية Ed.
7. راماكريشنان ، ف. (2002). هيكل الريبوسوم وآلية الترجمة. الخلية ، 108 (4) ، 557-572.
8. Tortora، GJ، Funke، BR، & Case، CL (2007). مقدمة في علم الأحياء الدقيقة. عموم أمريكا الطبية Ed.
9. ويلسون ، دي إن ، وكيت ، جيه إتش دي (2012). هيكل ووظيفة الريبوسوم حقيقيات النواة. وجهات نظر كولد سبرينج هاربور في علم الأحياء ، 4 (5) ، a011536.