Ribosomi: occorrenza, distribuzione, struttura, tipi, composizione chimica e funzioni

Ribosomi: occorrenza, distribuzione, struttura, tipi, composizione chimica e funzioni!

I ribosomi sono i granuli basofili presenti nel citoplasma della cellula. Poiché questo materiale aveva un'affinità per le macchie di base simile a quella dei granuli di cromatina del nucleo, quindi è stato per un periodo chiamato sostanza cromosomica o cromofila.

I ribosomi furono notati per la prima volta nelle cellule vegetali da Robinson e Brown nel 1953 mentre studiavano le radici dei fagioli con il microscopio elettronico e poco dopo Palade (1955) li osservò in cellule animali. Ha isolato i ribosomi e ha rilevato l'RNA in essi, per questo motivo ha anche chiamato particelle RNP o ribonucleoproteine ​​o granuli Palade. Claude li chiamò microsoma ma il nome ribosome fu designato da Robert nel 1958.

Evento:

Sono universalmente distribuiti in tutto il regno animale e regno vegetale. Anche i procarioti sono stati trovati. Gli unici tipi di cellule prive di ribosomi sono i RBC dei mammiferi. La densità dei ribosomi per unità di area è piuttosto costante per ogni tipo dato. È alto nelle cellule che sono attive nella sintesi della proteina m e nelle cellule in cui la sintesi proteica è bassa.

Distribuzione:

Nelle cellule procariotiche i ribosomi si presentano spesso liberamente nel citoplasma. Nelle cellule eucariotiche i ribosomi si verificano liberamente nel citoplasma o rimangono attaccati alla superficie esterna della membrana del reticolo endoplasmatico (ER).

Quando non sono attaccati al pronto soccorso sono chiamati ribosomi liberi. I ribosomi liberi servono come siti per la sintesi di proteine ​​che sono necessarie per mantenere la costituzione enzimatica della matrice citoplasmatica.

Metodo di isolamento:

I ribosomi sono solitamente isolati dalla cellula mediante il metodo di centrifugazione differenziale in cui viene impiegata la centrifuga analitica. Il coefficiente di sedimentazione dei ribosomi è determinato dalle varie tecniche ottiche ed elettroniche. Il coefficiente di sedimentazione è espresso nell'unità Svedberg, ad esempio, unità 'S'. La S è correlata alla dimensione e al peso molecolare delle particelle ribosomali.

Numero e concentrazione di ribosomi:

In tutte le cellule che contengono il reticolo endoplasmatico, è possibile osservare un buon numero di ribosomi. Ad esempio, alla base delle cellule della ghiandola, nelle cellule del plasma e del fegato, in tutte le cellule animali e vegetali in rapida crescita e nei batteri, la quantità di acido ribonucleico (RNA) può essere correlata alla concentrazione di ribosoma.

Nei reticolociti di coniglio si riscontrano quasi 100 ribosomi per μ ³, che corrisponde a 1 × 10 ⁵ particelle per reticolociti e circa. 5% del volume totale della massa cellulare o da 20.000 a 30.000 per cellula. Tuttavia, se il tasso di sintesi proteica viene rallentato da condizioni nutrizionali sfavorevoli, il numero di ribosomi può diminuire notevolmente nelle cellule che sintetizzano le proteine ​​e nei batteri.

Struttura dei ribosomi:

I ribosomi sono notevoli per la loro uniformità in termini di dimensioni e composizione attraverso l'ampia gamma di cellule in cui sono stati studiati. I ribosomi di piante e animali superiori sono oblati, sferoidi e il loro diametro è di circa 250 °.

Tuttavia, i ribosomi dei batteri sono un po 'più piccoli, perché contengono meno quantità di proteine ​​rispetto ai più elevati ribosomi animali. Tuttavia, in quantità di RNA per particella, i ribosomi batterici assomigliano a tutti gli altri ribosomi attualmente studiati.

Negli studi al microscopio elettronico la colorazione negativa rivela una fessura che divide i ribosomi in una subunità più grande e una sottounità più piccola. In E. coli la particella più grande ha una forma a 'coppa' oa cupola (da 140 a 160 A °) e una più piccola forma un 'berretto' (da 90 a 110 A °) applicato alla superficie piana dell'altro (Huxley e Zubey 1960). Negli animali e nelle piante superiori è stato dimostrato che i ribosomi sono attaccati al reticolo endoplasmatico dalle grandi sottogruppi.

La struttura fine del ribosoma è molto complessa e non ancora del tutto chiarita. Poiché i ribosomi sono altamente porosi e idratati, l'RNA e la proteina sono probabilmente intrecciati all'interno delle due subunità, a sezioni, macchiate con ioni uranilici (colorazione RNA selettiva), ciascun ribosoma appare come un corpo a stella con quattro o sei bracci impiantati su un asse denso. La subunità 50S isolata dei sottotitoli di Bacillus appare come una particella compatta di 160-180 ° con una faccia pentagonale, al centro della quale si trova un'area rotonda di 40-60 A ° (Nanninga, 1967).

Un nucleo di elettrone trasparente, che è macchiato negativamente nei ribosomi corrisponde ad una regione opaca di elettroni, è stato descritto nelle grandi sottomissioni. La subunità 40S non è regolare e tende a essere suddivisa in due parti che sono interconnesse da uno spessore del filo da 30 a 60 °.

Subunità ribosomiale:

Un'altra proprietà comune a tutti i ribosomi nella loro struttura di subunità e la loro sedimentazione costante mediante ultracentrifugazione. Sulla base della costante di sedimentazione ci sono due tipi principali di ribosomi.

Quelli provenienti da batteri hanno solitamente un coefficiente di 70S (unità di Svedberg) corrispondente a un peso molecolare di 2, 7 × 10 ⁶ . Gli altri sono i ribosomi delle cellule eucariotiche (cellule nucleate, sia vegetali che animali) tali ribosomi possiedono una costante di sedimentazione di 80 S con un peso molecolare di circa 4 × 10 ⁶ dalton.

Le due subunità strutturali di ribosomi citate sopra (coppa e calotta) richiedono una bassa concentrazione di ioni Mg ⁺⁺ (0, 001 M) per la coesione strutturale. I ribosomi possono essere puliti rimuovendo gli ioni Mg ⁺⁺ per ottenere due particelle più piccole un 2/3 e altri 1/3 della massa del ribosoma intatto originale. In realtà non sono altro che le stesse sottounità che vengono osservate con l'aiuto del microscopio elettronico.

Queste subunità sono indicate dalle loro costanti di sedimentazione. L'una unità di ribosoma possiede una costante di sedimentazione di 80S o 70S come menzionato prima, mentre la subunità 2/3 ha una costante di sedimentazione di 60S o 50S e rispettivamente la subunità 1/3 40S o 30S. Entrambe le subunità sono legate tra loro da ioni di magnesio che interagiscono con i gruppi fosfodiestere dell'RNA.

La particella completamente saturo di magnesio contiene ioni Mg ⁺⁺ per tre gruppi di fosfodiestere. La rimozione di 1/3 di questi ioni magnesio porta alla scissione degli 80S per formare 60S e 40S (subunità).

Rimozione di ulteriore risultato di Mg ⁺⁺ in caso di ribosomi di piselli e lieviti almeno in ulteriore scollatura liberando quella che apparentemente è una subunità 1/6. Questa ulteriore scissione, contrariamente a quella delle subunità 2/3 e 1/3, è tuttavia irreversibile nel senso che il ripristino degli ioni di magnesio non comporta il ripristino delle particelle degli 80S.

Se la concentrazione di Mg ⁺⁺ è aumentata di dieci volte, due ribosomi si combinano per formare un "dimero" con il doppio del peso molecolare dei singoli ribosomi. Il dimero può essere riconvertito in due ribosomi abbassando la concentrazione di Mg ⁺⁺ .

Le prime osservazioni al microscopio elettronico delle sezioni cellulari hanno rivelato che i ribosomi erano frequentemente associati a gruppi che occasionalmente formavano pattern ricorrenti. Fu solo nel 1962 che fu scoperta la funzione di questi polibrosomi, o polisomi, nella sintesi proteica (Warner and Rich, 1962).

Dopo aver trattato i reticolociti con amminoacidi marcati con C ¹⁴ e usando metodi gentili per la distruzione, è stato riscontrato che oltre alla costante di sedimentazione tipica del singolo ribosoma (80S) erano presenti alcune unità più grandi.

La costante di sedimentazione di queste particelle varia da 108 S a 170 S o anche più; questo corrispondeva al poliassosoma di cinque unità (un pentamero). E 'stato confermato dalla microscopia elettronica che circa il 75% dei ribosomi che mostrano picco 170S, sono stati presentati come pentameri.

Un filamento sottile, interpretato come in mRNA, circa 150 A °. Il numero di ribosomi nei poliassosomi può variare considerevolmente e sembra essere correlato alla lunghezza dell'mRNA che dovrebbe essere 'letto' nel processo di traduzione.

In E. coli e nelle cellule dell'embrione di pollo, sono stati osservati polribosomi composti da circa 50 unità {Rich 1967). I polribosomi possono essere liberi nel citoplasma o legati alle membrane del reticolo endoplasmatico.

Per i polribosomi liberi, è stata postulata una configurazione elicoidale con le piccole sottounità disposte attorno all'asse centrale e le grandi sottounità disposte alla periferia. In sezioni di varie celle i polisaccaromi sono stati osservati din array elicoidale (Weiss e Grover, 1968). Si presume che nel polisoma l'mRNA si trovi tra le due subunità del ribosoma.

Tipi di ribosomi :

I ribosomi sono di due tipi base, ribosomi 70S e 80S. Quindi S si riferisce alle unità di Svedberg. In realtà è il coefficiente di sedimentazione che mostra quanto velocemente sedimenti di organelli cellulari in una ultracentrifuga. I coefficienti di sedimentazione non sono additivi.

I ribosomi 80S si trovano negli eucarioti (organismi le cui cellule hanno veri nuclei delimitati da involucri nucleari) ad esempio alghe, funghi, piante e animali superiori. Il ribosoma degli animali 80S consiste in una grande subunità 60S e una piccola subunità 40S.

I ribosomi 70S sono relativamente più piccoli e si trovano nei procarioti (organismi il cui DNA non è limitato da un involucro nucleare), ad esempio i batteri. Il ribosoma 70S è costituito da una grande subunità 50S e da una piccola subunità 30S.

I ribosomi trovati nei mitocondri e nei cloroplasti degli eucarioti sono più vicini ai ribosomi dei procarioti piuttosto che ai ribosomi degli eucarioti 80S. I mitocondri vertebrati, per esempio, contengono ribosomi 55S, ciascuno con una grande subunità 40S e una piccola subunità 30S. I coefficienti di sedimentazione 80S, 70S e 55S sono valori arrotondati. I valori effettivi di S in diversi organismi possono essere leggermente più alti o più bassi.

Composizione chimica :

I principali costituenti dei ribosomi sono l'RNA e le proteine. I lipidi sono del tutto assenti o presenti in tracce. I ribosomi di E. coli possiedono quasi il 60-65% di RNA e il 35-40% di proteine ​​del loro peso. La Tabella 6.3 mostra la quantità approssimativa di RNA e proteine ​​in diversi tipi di ribosomi.

L'RNA ribosomico differisce per dimensioni e contenuto di base dal tRNA e da altre classi di RNA della maggior parte delle cellule. Due tipi di RNA si trovano in tutti i ribosomi. Sono un componente integrale e non possono essere rimossi facilmente. L'RNA delle particelle di fegato di ratto contiene principalmente le basi comuni adenina, guanina, citosina e uracile con una piccola quantità di pseudouridina, le solite basi che si verificano nell'RNA solubile si trovano nell'RNA di particelle solo in quantità molto piccola.

Tabella 6.2 Differenze tra 70 e ribosomi:

Aninoacidi:

La composizione aminoacidica della proteina insolubile dell'acido tricloracetico del fegato di ratto RNP è stata determinata da Crompton e Petermann (1959). Gli amminoacidi aromatici e contenenti zolfo erano presenti in quantità molto piccola mentre leucina e arginina erano alte oltre il 10%. La composizione di entrambi i reticolociti di coniglio e gli RNP delle piantine di pisello sono simili in modo analogo.

Un estratto idroclorico di RNP dal vivo parzialmente purificato ha prodotto arginina (Butter, 1960), ma non è stato ancora determinato se questi aminoacidi derivassero dalle proteine ​​stesse.

Proteina:

La proteina contiene una catena lineare di aminoacidi. La composizione simile dei ribosomi degli aminoacidi della proteina ribosomale è notevolmente diversa e può essere molto diversa da quella delle proteine ​​formate dal ribosoma.

Pertanto, è comune distinguere tra la proteina strutturale ribosomale la catena peptidica in crescita dell'enzima che subisce la fabbricazione dal ribosoma che la proteina è associata all'RNA ribosomiale mediante legame idrogeno è evidente dal fatto che la dissociazione dei due è rapidamente e prontamente compiuta da reagenti che attaccare i legami idrogeno come per esempio il bromuro di guanidium.

Gli esperimenti sono stati condotti da Yin e Bock (1960), che hanno ottenuto una proteina ribosomiale di lievito stabile. Watson (1960) ha ottenuto la proteina di E.coli e con l'analisi di un tale gruppo indica il peso molecolare di ciascuna delle subunità di circa 30.000.

Proteine ​​enzimatiche ribosomiche:

La maggior parte delle proteine ​​ribosomali agisce come enzima e catalizza la sintesi proteica. Le proteine ​​di iniziazione IF 1, IF2 e 1F3 iniziano il processo di sintesi proteica mentre le proteine ​​di trasferimento (fattore G, fattore Ts) aiutano nella traslocazione dei ribosomi rispetto all'mRNA e nel trasferimento del residuo t-RNA da un sito del ribosoma all'altro sito .

Un altro enzima peptidico1 trasferisce un aiuto nella trasformazione delle catene peptidiche in aminoacido1-tRNA e in altri enzimi - terminazione della catena polipeptidica completata.

Come risultato del lavaggio dei ribosomi con NH ₄ CI e sottoposti a cromatografia su colonna, Ochoa e collaboratori (1960) hanno isolato sopra fattori di sintesi proteica. Tra questi, tre fattori di innesco - IF1, IF2 e IF3- sono genericamente associati alla subunità 30S. Il fattore IF1 è una proteina base con peso molecolare di 9200 dalton.

È coinvolto nel legame di F-met-tRNA. Il fattore IF2 è anche una proteina di mol. in peso. 8000 dalton e contiene gruppi SH che aiutano a legare con GTP. Terzo fattore proteico IF3, non richiede GTP ed è coinvolto nel legame dell'mRNA alle subunità 30S.

È una proteina base con peso molecolare di 30.000 dalton. L'IF3 può anche fungere da fattore di dissociazione per i ribosomi 70S. Ochoa et al. (1972) hanno ulteriormente segnalato il fattore di interferenza (i) nei batteri E. coli. Questi fattori si legano al fattore IF3, cambiano la sua specificità e quindi regolano la traduzione del messaggio genetico all'inizio.

I fattori di allungamento sono essenziali per l'allungamento della catena polipeptidica. Questi sono EFG (chiamato anche fattore G o traslocazione) e fattore EFT. Come descritto in precedenza, il fattore EFG o G è coinvolto nella traslocazione dell'mRNA. In E. coli, consiste in una singola catena polipeptidica avente mol. in peso. di 72, 00 dalton. EFG + GTP promuove la traslocazione del peptidil-tRNA recentemente allungato.

Un altro fattore EFT ha due tipi di proteine, vale a dire Tu (temperatura instabile) e Ts (temperatura stabile). Il fattore EFTu + GTP forma complesso aminoacil-tRNA prima del suo legame con il sito accettore del ribosoma catalizzato dal fattore Ts. Inoltre, la subunità ribosomiale 50S ha una enzima-peptide sintetasi o peptdil transferasi associata alla formazione di legame peptidico. I fattori di terminazione R1 e R2 stanno rilasciando proteine ​​che aiutano a liberare la catena polipeptidica.

Biogenesi dei ribosomi:

La biogenesi dei ribosomi nelle cellule procariotiche batteriche avviene all'interno del citoplasma a causa dell'assenza di nucleolo. Gli rRNA provengono dai codoni specifici del genoma o del DNA ribosomiale (rDNA).

Nelle cellule eucariotiche il processo di biogenesi dei ribosomi è complicato e si verifica all'interno del nucleolo. Uno dei cromosomi di un gruppo ha una specifica regione organizzatore nucleolare, che contiene una molecola di RNA nucleolare che è un precursore del rRNA sia 28S che 18S. Il processo di conversione di 45S-RNA in 28S e 18S rRNA è illustrato di seguito:

Le molecole di RNA nucleolare 45S sono metilate (-CH, si aggiunge il gruppo). Queste molecole metilate di RNA nucleolare 45S si associano con le proteine ​​necessarie presenti nel nucleolo formando particelle di molecole di ribonuceoporteina 80S (RNP). Questi RNP 80S con RNA molecolare 45S si dividono in rRNA 32S e 18S attraverso vari passaggi intermedi, in cui la parte non metilata delle molecole viene persa. La molecola del 18S insieme alle sue molecole proteiche fu trasportata immediatamente al citoplasma. L'rRNA 32S rimane all'interno del nucleolo per un po 'di tempo e viene scisso in rRNA 28S.

L'rRNA 5S è sintetizzato al di fuori del nucleolo e i geni giacciono adiacenti alla regione organizzatore nucleolare del cromosoma.

L'RRNA 18S insieme alle sue proteine ​​lascia il nucleo attraverso il nucleopore e si espande nel citoplasma, dove in associazione con le proteine ​​si riunisce in una piccola subunità (40S) del ribosoma. L'rRNA 28S lascia anche il nucleo e viene incorporato con l'rRNA 5S e le proteine ​​che formano la subunità 60S.

La sintesi della proteina ribosomiale si verifica in parte all'interno del nucleolo e in parte all'interno del citoplasma. Le proteine ​​sintetizzate nel citoplasma si assemblano nel nucleolo per essere utilizzate in particelle di molecole della ribonucleoproteina (RNP).

RNA ribosomiale :

I ribosomi 70S contengono tre tipi di rRNA, cioè, 23S rRNA, 16S rRNA e 5S rRNA. L'rRNA 23S e 5S si verifica nella subunità ribosomiale 50S più grande, mentre l'rRNA 16S si verifica nella subunità ribosomiale 30S più piccola. L'rRNA 23S è costituito da 3200 nucleotidi, 16S rRNA contiene 1600 nucleotidi e 5S rRNA contiene 120 nucleotidi (Brownlee, 1968, Fellner, 1972).

I ribosomi 80S contengono anche tre tipi di rRNA, vale a dire, 28S rRNA, 18S rRNA e 5S rRNA. Il rRNA 28S e 5S si verificano nella subunità ribosomiale 60S più grande, mentre il rRNA 18S si verifica nella subunità ribosomiale 40S più piccola.

L'rRNA 28S ha il wight molecolare 1.6 x 10 ⁶ dalton e la sua molecola è a doppio filamento e ha basi azotate in coppia. L'rRNA 18S ha il peso molecolare 0.6 * 10 ⁶ dalton. La molecola di 5S rRNA ha una forma di foglia di trifoglio e una lunghezza pari a 120 nucleotidi (Forget e Weissmann, 1968).

Altri costituenti :

Anche il contenuto di metallo dei ribosomi è una domanda difficile. Non c'è dubbio che il magnesio è lo ione principale fisiologicamente, dal momento che è presente in alta concentrazione nei ribosomi di fegato di ratto. È il più attivo nel mantenere la struttura degli 80S (Hamilton e Petermann, 1959) poiché è essenziale per l'incorporazione degli aminoacidi in vitro (Rendi e Hultin, 1960). Gli altri metalli che sono presenti nei ribosomi sono cromo, manganese, nichel, ferro e calcio (Walker e Valle, 1958, Tso 1958).

Funzione dei ribosomi :

È un fatto ben noto che i ribosomi sono fabbriche di produzione di proteine ​​in una cellula ma in realtà un ribosoma non può prendere parte alla sintesi proteica. Era noto dal 1962 quando fu pubblicato il rapporto che mostrava che le unità attive non sono un singolo ribosoma, ma un gruppo di queste unità, che viene chiamato come polibrosoma. Un ruolo dettagliato di polyribosome è stato pubblicato su Scientific American il 1963 da Gric and Hall. Ci sono molte prove che i ribosomi sono simili e sono almeno intercambiabili.

In caso di emoglobina con una catena di 150 aminoacidi è stato descritto il numero più usuale di ribosomi e fino a 40 ribosomi. Quindi il nome polisoma può anche essere applicato al posto del polibosoma. Le proteine ​​sono costituite da una catena lineare di amminoacidi. La catena può essere corta o lunga in entrambi i casi è chiamata catena polipeptidica. Il polipeptide può essere piegato in un modo specifico spesso combinato per formare una proteina complessa.

I ribosomi in un polisoma sono separati da un gap di 50-150A ⁰ . Lo staning positivo di Uracil-acetato rivela che i ribosomi sono collegati da un filo sottile di 10-15A ⁰ di diametro, che è circa lo spessore di un singolo filamento di RNA. Dalla dimensione del divario tra i ribosomi, la misurazione totale della lacuna contenente cinque ribosomi, è di circa 1500 A ⁰, i cinque ribosomi hanno gap inter-ribosomale di 50-150 ° ° ciascuno.