Ριβοσώματα:λειτουργία, δομή και σχέση με τα νουκλεϊκά οξέα

Τα ριβοσώματα Είναι μικρά σωματίδια που είναι υπεύθυνα για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Είναι μέρη του κυττάρου που βρίσκονται σε μεγάλες ποσότητες και επομένως είναι άφθονα σε εκείνες τις μεμβράνες του ενδοπλασματικού δικτύου, όπου σχηματίζεται το εργοτόπλασμα. Το σχήμα του είναι επίμηκες (μακρύτερο από το πλάτος) και το μέγεθός του είναι 250 x 150 ångström (που ισοδυναμεί με περίπου 20 ή 30 νανόμετρα σε διάμετρο).

Κοιτάζοντας το μικροσκόπιο, τα ριβοσώματα έχουν σχήμα σκούρου κόκκου, τόσο στο ενδοπλασματικό δίκτυο, στην πυρηνική μεμβράνη και στο κυτταρόπλασμα. Αυτό είναι αδιαμφισβήτητη απόδειξη του υψηλού αριθμού τους, ο οποίος μπορεί να αυξηθεί (ανά κελί) σε πολλά εκατομμύρια. Τα κυτταροπλασματικά σωμάτια σχηματίζουν ένα συστατικό που είναι σταθερό στη μήτρα του κυττάρου, που βρίσκεται κοντά σε αυτό το ενδοπλασματικό δίκτυο και πιο συγκεκριμένα στα απεκκριτικά κύτταρα στα οποία σχηματίζονται κοκκώδεις μάζες.

Επομένως, μπορεί να ειπωθεί ότι τα ριβοσώματα δεν βρίσκονται ποτέ σε κατάσταση απομόνωσης, αλλά πάντα τείνουν να συγκεντρώνονται, να σχηματίζουν πολύ πυκνές συσσωρεύσεις κόκκων που όχι μάταια καλύπτουν το τραχύ ενδοπλασματικό reticulum (το λείο ενδοπλασματικό δίκτυο, από την άλλη πλευρά, είναι απαλλαγμένο από αυτά τα σωματίδια). Ωστόσο, τα ριβοσώματα μπορεί επίσης να περιπλανώνται στο κυτταρόπλασμα ή μπορεί να σχετίζονται με τις μεμβράνες του ενδοπλασματικού δικτύου. Αυτό σημαίνει ότι τα ριβοσώματα αποτελούν ένα σύμπλεγμα στη δομή των κυττάρων.

Αυτό το σύμπλεγμα χαρακτηρίζεται κυρίως από το ότι είναι ριβονουκλεοπρωτεϊκό, δηλαδή, τα ριβοσώματα αποτελούνται από ένα ριβονουκλεοτίδιο που είναι ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA) και πρωτεΐνες που, σε ίσα μέρη, συνοδεύονται από ελάχιστες ποσότητες των λιπιδίων (οργανικές ενώσεις που έχουν λιπαρά οξέα, για παράδειγμα χοληστερόλη).

Τα ριβοσώματα, από μόνα τους, καταλογίζονται ως οργανίδια και επίσης ως επιμήκη σωματίδια. Στη δομή του κυττάρου τα ριβοσώματα έχουν έναν ρόλο που τα διακρίνει, και μια σειρά από μέρη που το συνθέτουν, γεγονός που εξηγεί τη λειτουργία του. Ομοίως, αυτά τα σωματίδια είναι αξιοσημείωτα για τη στενή τους σχέση με το RNA και τη σύνθετη βιοχημική διαδικασία της πρωτεϊνικής σύνθεσης σε ζωντανά όντα.

Λειτουργία

Τα ριβοσώματα συνδέονται άμεσα με την πρωτεϊνοσύνθεση και αυτό πρέπει να τονιστεί, καθώς αυτός είναι ένας πολύ σημαντικός ρόλος.

Αυτά τα κοκκώδη σωματίδια έχουν τη λειτουργία να κάνουν τις γενετικές οδηγίες του RNA να συνδέουν τις συγκεκριμένες αλληλουχίες των αμινοξέων με τα οποία παράγονται οι πρωτεΐνες. Η αποστολή των ριβοσωμάτων είναι να δημιουργούν πρωτεΐνες ξεκινώντας από τα αμινοξέα.

Δομή

Όταν κάνετε μια διαμήκη τομή αυτών των σωματιδίων, η οποία είναι ορατή στο μικροσκόπιο, μπορείτε να διακρίνετε πολλά μέρη που είναι εύκολο να αναγνωριστούν αλλά έχουν μια πολύπλοκη σχέση μεταξύ τους. Στις πιο επιφανειακές όψεις τους, τα ριβοσώματα αποτελούνται από τρία σχετικά στοιχεία:ένα, τη διπλή εσωτερική μεμβράνη που τα καλύπτει. Δύο, οι κορυφές ή πτυχές που βρίσκονται στο εσωτερικό του. Και τρία, οι ενδομεμβρανώδεις χώροι που προκύπτουν από αυτές τις πτυχές.

Σε αντίθεση με την εξωτερική δομή, το εσωτερικό μέρος των ριβοσωμάτων είναι πολύ πιο περίπλοκο και έχει πολύ πιο συγκεκριμένες λειτουργίες που μπορεί να διαφέρουν ανάλογα με τους οργανισμούς που μελετήθηκαν, αν και ορισμένα κοινά χαρακτηριστικά είναι διατηρούνται, τόσο σε ζωικά όσο και σε φυτικά κύτταρα. Για να γίνει αυτό πιο ξεκάθαρο, τα ριβοσώματα έχουν υπομονάδες που δεν πρόκειται να είναι ίδιες σε βελανιδιές, βακτήρια, σκύλους και πολύ λιγότερες στους ανθρώπους. Κάθε ζωντανό ον είναι μοναδικό στο είδος του.

Δείτε για παράδειγμα το βακτήριο του οποίου η επιστημονική ονομασία είναι Thermus thermophilus . Αυτός Thermus thermophilus Έχει μόνο δύο υπομονάδες, μία κύρια και μία δευτερεύουσα. Στο μεγαλύτερο η ποσότητα πρωτεϊνών ξεπερνά τις τριάντα, ενώ η μικρότερη έχει είκοσι. Ωστόσο, και στις δύο υπομονάδες έχουν ένα RNA που σχηματίζει τον πυρήνα των ριβοσωμάτων, τόσο σε δομικό όσο και σε λειτουργικό επίπεδο. Οι πρωτεΐνες τους δημιουργούν επίσης γέφυρες μεταξύ υπομονάδων και μεταξύ νουκλεϊκών οξέων.

Πιο συγκεκριμένα, στο Thermus thermophilus Παρατηρείται ότι η κύρια υπομονάδα έχει περισσότερες από τριάντα έλικες RNA ομαδοποιημένες σε έξι δευτερεύουσες περιοχές που παρατίθενται με λατινικούς αριθμούς (από την περιοχή I έως την περιοχή VI) και ότι αλληλοσυνδέονται πολύ σταθερά. Η κύρια υπομονάδα, φυσικά, έχει πρωτεΐνες που βρίσκονται κυρίως στην περιφερειακή της περιοχή, ακριβώς έξω, αλλά το RNA παραμένει στην επιφάνεια, έτοιμο να εισέλθει στην πολυπόθητη γενετική επαφή.

Η κάτω υπομονάδα του Thermus thermophilus Είναι αρκετά διαφορετικό από το προηγούμενο, που περιγράφηκε στην προηγούμενη παράγραφο. Σε αυτή την υπομονάδα υπάρχουν λιγότερες δευτερεύουσες περιοχές (τέσσερις συνολικά) και όλες ονομάζονται διαφορετικά από τις περιοχές της κύριας υπομονάδας που κατά τη διάρκεια της πρωτεϊνικής σύνθεσης δρουν μόνες τους, με πλήρη βιοχημική ανεξαρτησία. Ωστόσο, εδώ η θέση του RNA (στην επιφάνεια) και των πρωτεϊνών (στην περιφέρεια) είναι η ίδια όπως και στην άλλη υπομονάδα.

Οι υπομονάδες των ριβοσωμάτων στους ανθρώπους, φυσικά, διαφέρουν πολύ από αυτές στο Thermus thermophilus . Ενώ αυτό το βακτήριο έχει δύο υπομονάδες, ο άνδρας έχει τέσσερις και έχει επίσης αρκετές πρωτεΐνες. Στο Homo sapiens Μόνο μία από τις υπομονάδες της εκτελεί την πρωτεϊνική σύνθεση έξω από τον πυρήνα (κοκκώδης δομή που βρίσκεται στον πυρήνα) και πηγαίνει μέσα για να ενώσει το ριβόσωμα. Οι άλλοι τρεις κάνουν αυτή τη διαδικασία από αυτό το μέρος του κελιού.

Δομές ριβοσωμάτων όπως αυτές που μόλις περιγράψαμε καταδεικνύουν την πολυπλοκότητα των κυττάρων επειδή κάθε ζωντανό ον έχει τις ιδιαιτερότητές του. Αυτό συμβαίνει επειδή κάθε ζώο, φυτό ή ανθρώπινο οργανισμός έχει ένα μοναδικό γονιδίωμα στο DNA του που κατ' επέκταση εφαρμόζεται στο RNA. Επομένως, δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι αυτά τα σωματίδια με τη μορφή κόκκου, παρά τις ομοιότητές τους, δεν σταματούν να κρύβουν πολλές αποχρώσεις σε κυτταρικό επίπεδο.

Επιπλέον, και σε συμφωνία με τα παραπάνω, είναι προφανές ότι η δομή των ριβοσωμάτων είναι τόσο διαφορετική μεταξύ των ειδών. Εάν το RNA δεν είναι ίσο στο Thermus thermophilus Και στον άνθρωπο, είναι βασικά επειδή οι μεταβολικές του απαιτήσεις είναι ριζικά διαφορετικές, επειδή τα βακτήρια και οι άνδρες δεν αναπνέουν ή τρέφονται με τον ίδιο τρόπο. Ως εκ τούτου και η πρωτεϊνοσύνθεσή τους είναι διαφορετική.

Αναλογία ριβοσωμάτων προς νουκλεϊκά οξέα

Εάν η βιολογική δομή των ριβοσωμάτων είναι διαφορετική μεταξύ ενός ζωντανού όντος και ενός άλλου, τότε η σύνδεσή του με τα νουκλεϊκά οξέα επίσης, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι δεν υπάρχουν κοινά σημεία. Σε αυτό το πνεύμα, η πρωτεϊνοσύνθεση είναι ένα ζωντανό παράδειγμα του πώς αυτά τα μέρη του κυττάρου ξεδιπλώνονται μέσω μιας άμεσης σύνδεσης με νουκλεϊκά οξέα, συγκεκριμένα με RNA, χωρίς το οποίο οποιαδήποτε βιοχημική διαδικασία θα έπαυε να έχει νόημα.

Στη σύνθεση πρωτεϊνών, υπάρχουν τρεις πτυχές του RNA, η καθεμία με μια πολύ συγκεκριμένη λειτουργία. Το πρώτο είναι το αγγελιαφόρο RNA (mRNA), το δεύτερο είναι το ριβοσωμικό RNA (rRNA) και το τρίτο είναι το RNA μεταφοράς (tRNA). Ενώ το mRNA είναι υπεύθυνο για την επικοινωνία του γενετικού κώδικα, το rRNA ασχολείται με τη σύνθεση πρωτεϊνών στα ριβοσώματα. Το tRNA, εν τω μεταξύ, έχει το καθήκον να κινεί τα μόρια των αμινοξέων.

Για τους σκοπούς αυτού του άρθρου, η όλη διαδικασία της πρωτεϊνοσύνθεσης δεν θα εμβαθύνει. Ωστόσο, θα χρειαστεί να περιγράψουμε το RNA με τους διάφορους τύπους του, για έναν λόγο περισσότερο από υπερβατικό:τα έμβια όντα, ανεξάρτητα από την ταξινόμηση τους στην ταξινόμηση, βιώνουν και πάνω απ' όλα, ζουν τις κυτταρικές αλλαγές που προκαλούν τα ριβοσώματα.

Είναι απαραίτητο να θυμάστε τη σύγκριση της προηγούμενης ενότητας και να την εφαρμόσετε σε αυτό το πλαίσιο. Σημειώστε ότι το Thermus thermophilus Ήταν ένα βακτήριο του οποίου οι δύο υπομονάδες είναι πολύ διαφορετικές από αυτές που υπάρχουν στους ανθρώπους. Και είναι επίσης απαραίτητο να δούμε ότι σε αυτόν τον μικροσκοπικό οργανισμό έχει μια σύνθεση πρωτεϊνών που ξεκινά ακριβώς όταν τα ριβοσώματά του έρχονται σε επαφή με τρία μικροσκοπικά μόρια tRNA.

Με το Homo sapiens Αυτό δεν είναι καθόλου διαφορετικό. Στον άνθρωπο, τα ριβοσώματα συνδέονται με το mRNA και διαβάζουν το κωδικόνιο με το οποίο δίνεται η φάση έναρξης. Στη φάση επιμήκυνσης φαίνεται επίσης πώς το ριβόσωμα συνδέεται με ένα μόριο tRNA. Ήδη στη φάση τερματισμού συμβαίνει οι υπομονάδες του ριβοσώματος να διαχωρίζονται από το mRNA σε αυτό που ολοκληρώνει την κατασκευή μιας πρωτεΐνης που μπορεί να αποτελείται από εκατοντάδες αμινοξέα.

Και στις δύο περιπτώσεις, όπως και σε πολλές άλλες, είναι περισσότερο από αποδεδειγμένο ότι τα ριβοσώματα είναι κάτι περισσότερο από μικροσκοπικά σωματίδια που αρδεύονται στην επιφάνεια του κυττάρου, αλλά ασκούν επίσης εξαιρετικά ζωτική λειτουργία χωρίς την οποία οι πρωτεΐνες δεν θα μπορούσαν να παραχθούν. Τα ριβοσώματα είναι οι βιοχημικοί μεταφραστές του RNA και ως εκ τούτου, τα αμινοξέα που καταλήγουν να γίνονται οι πρωτεΐνες που χρειάζεται ο οργανισμός, ανεξάρτητα από το μέγεθός τους.

Επιπλέον, πρέπει να σημειωθεί ότι τα ριβοσώματα δεν έχουν μικρή ή σποραδική συμμετοχή στη σύνθεση πρωτεϊνών. Αυτά τα μέρη του κυττάρου είναι πάντα παρόντα σε όλη τη διαδικασία κωδικοποίησης των αμινοξέων, γι' αυτό ο ρόλος τους δεν είναι καθόλου παροδικός, αλλά λειτουργεί συνεχώς, αφού το ζωντανό ον βρίσκεται σε συνεχή ανταλλαγή θρεπτικών ουσιών, ενέργειας και γονιδίων που ρέουν παντού. την ανατομική τους δομή.

Εν ολίγοις, η σημασία των ριβοσωμάτων έγκειται σε δύο θεμελιώδεις παράγοντες. Πρώτον, υπάρχουν εγγενείς λειτουργίες του κυττάρου, οι οποίες περιορίζονται στη σύνθεση πρωτεϊνών με όλες τις συνέπειές της, και δεύτερον είναι η άμεση σύνδεσή του με τους διαφορετικούς τύπους RNA (δηλαδή:mRNA, rRNA και tRNA) χάρη στο οποίο ξεκινά την αποκρυπτογράφηση του κώδικες που, σε μοριακή κλίμακα, παρεμβαίνουν στους βιοχημικούς κύκλους της ζωής.

Σύντομο γλωσσάρι όρων

Για να διευκολυνθεί η κατανόηση των όρων της βιολογίας από τον αναγνώστη, παρέχεται εδώ ένα σύνολο δεκαπέντε βασικών λέξεων που σχετίζονται άμεσα με το θέμα των ριβοσωμάτων. Για περισσότερες πληροφορίες, συμβουλευτείτε τη βιβλιογραφία.

1- Αμινοξύ: Αυτές οι οργανικές χημικές ουσίες που μαζί συνθέτουν τις πρωτεΐνες.

2- Ångström: Η μονάδα μήκους εφαρμόζεται σε μικροσκοπικά επίπεδα και επομένως χρησιμοποιείται για τη μέτρηση, για παράδειγμα, μικροοργανισμών.

3- Βιοχημικά: Που ανήκει ή σχετίζεται με τις βιολογικές και χημικές διεργασίες της φύσης.

4- Κυτόπλασμα: Μέρος του κυττάρου που βρίσκεται μεταξύ του πυρήνα και της πλασματικής μεμβράνης.

5- κωδικόνιο: Ομάδα τριών αγγελιαφόρων μορίων RNA (τριπλή).

6- Σώμα: Στη μοριακή βιολογία, οποιοδήποτε σώμα ή κύτταρο μικροσκοπικού μεγέθους.

7- Granule: Στην κυτταρική βιολογία, σωματίδιο ή σώμα μικροσκοπικού μεγέθους που έχει σχήμα κόκκου.

8- Κατά μήκος: Σε σχέση με το μήκος, δηλαδή κατά μήκος οποιουδήποτε αντικειμένου.

9- Μεμβράνη: Μαλακός ιστός σε μορφή φύλλου.

10- Μόριο: Μονάδα κάθε χημικής ουσίας που διατηρεί τις ιδιότητές της.

11- Nucleolus: Στα μέρη του κυττάρου, είναι το οργανίδιο που βρίσκεται μέσα στον πυρήνα.

12- Orgánulo: Τμήμα του κυττάρου που εκτελεί μια συγκεκριμένη λειτουργία (π.χ. το ριβόσωμα).

13- Πρωτεΐνη: Ουσία ζωικών και φυτικών κυττάρων που αποτελείται από αμινοξέα.

14- Ενδοπλασματικό δίκτυο: Δίκτυο μεμβρανών μέσω του οποίου πραγματοποιείται η κατασκευή και η μεταφορά των υλικών εκείνων που περνούν μέσα στα κύτταρα με πυρήνα. Ονομάζεται επίσης ενδοπλασματικό δίκτυο .

15- Σύνθεση Πρωτεϊνών: Βιοχημική διαδικασία κατά την οποία οι πρωτεΐνες παράγονται από το διαχωρισμό του DNA στους δύο κλώνους του και τα αμινοξέα που συνδέονται με τα ριβοσώματα.

Αναφορές

1. Goodsell, David (2010). Ριβόσωμα [Διαδικτυακό άρθρο]. PDB-101 των ΗΠΑ. Συμβουλευτείτε την 1 Φεβρουαρίου 2017, στη διεύθυνση:pdb101.rcsb.org.
2. Marcey, David (2014). Εισαγωγή στη δομή του ριβοσώματος [Διαδικτυακό άρθρο; Angel Herráez, μτφρ.]. Μαδρίτη, Ισπανία. Πανεπιστήμιο του Αλκαλά. Συμβουλευτείτε την 1η Φεβρουαρίου 2017, στο:biomodel.uah.es.
3. Πυρήνας και ριβοσώματα [Διαδικτυακό άρθρο] (2016). Καλιφόρνια, Ηνωμένες Πολιτείες. Ακαδημία Khan. Πρόσβαση 1 Φεβρουαρίου 2017, στη διεύθυνση:khanacademy.org.
4. Pérez Márquez, Julio (Χωρίς έτος). Το κύτταρο. Ριβοσώματα [Διαδικτυακό άρθρο]. Μαδρίτη, Ισπανία. Πανεπιστήμιο του Αλκαλά. Συμβουλευτείτε την 1η Φεβρουαρίου 2017, στο:uah.es.
5. Ριβοσώματα [Διαδικτυακό άρθρο] (Χωρίς έτος). Μέριδα, Βενεζουέλα. Πανεπιστήμιο του Λος Άντες; Ιατρική Σχολή, Τμήμα Μορφολογικών Επιστημών, Έδρα Ιστολογίας. Συμβουλευτείτε την 1η Φεβρουαρίου 2017, στο:medic.ula.ve.
6. Ριβόσωμα [Διαδικτυακό άρθρο] (2014). Λονδίνο, Ηνωμένο Βασίλειο. Εκπαίδευση στη φύση. Συμβουλευτείτε την 1η Φεβρουαρίου 2017, στο:nature.com.
7. Ριβόσωμα [Διαδικτυακό άρθρο] (Χωρίς έτος). Λονδίνο, Ηνωμένο Βασίλειο. Βρετανική Εταιρεία Κυτταρικής Βιολογίας. Συμβουλευτείτε την 1 Φεβρουαρίου 2017, στη διεύθυνση:bscb.org.
8. Γιουσούποφ, Μ. Μ.; Yusupova, G. Z. et al (2001). "Κρυσταλλική δομή του ριβοσώματος σε ανάλυση 5,5 Å". Επιστήμη , (292), σσ. 883-896.