RIBÔXÔM: ĐẶC ĐIỂM, LOẠI, CẤU TRÚC, CHỨC NĂNG - SINH HỌC - 2025

Các ribosome là hầu hết các bào quan tế bào dồi dào và được tham gia vào việc tổng hợp protein. Chúng không được bao quanh bởi một lớp màng và được tạo thành từ hai loại tiểu đơn vị: một loại lớn và một loại nhỏ, theo nguyên tắc chung thì tiểu đơn vị lớn gần như gấp đôi đơn vị nhỏ.

Dòng sinh vật nhân sơ sở hữu ribosome 70S bao gồm 50S lớn và một tiểu đơn vị 30S nhỏ. Tương tự như vậy, ribosome của dòng sinh vật nhân chuẩn bao gồm một tiểu đơn vị 60S lớn và một tiểu đơn vị nhỏ 40S.

Ribosome tương tự như một nhà máy chuyển động, có khả năng đọc RNA thông tin, dịch nó thành các axit amin và liên kết chúng với nhau bằng liên kết peptit.

Ribosome tương đương với gần 10% tổng số protein của vi khuẩn và hơn 80% tổng lượng RNA. Trong trường hợp sinh vật nhân thực, chúng không phong phú bằng các protein khác nhưng số lượng của chúng nhiều hơn.

Năm 1950, nhà nghiên cứu George Palade lần đầu tiên hình dung ra ribosome và phát hiện này đã được trao giải Nobel sinh lý học hoặc y học.

Đặc điểm chung

Ribosome là thành phần thiết yếu của tất cả các tế bào và có liên quan đến quá trình tổng hợp protein. Chúng có kích thước rất nhỏ nên chỉ có thể nhìn thấy chúng dưới ánh sáng của kính hiển vi điện tử.

Ribosome được tìm thấy tự do trong tế bào chất của tế bào, được neo trong lưới nội chất thô - ribosome tạo cho nó vẻ ngoài "nhăn nheo" - và trong một số bào quan, chẳng hạn như ti thể và lục lạp.

Các ribosome liên kết với màng chịu trách nhiệm tổng hợp các protein sẽ được đưa vào màng sinh chất hoặc sẽ được đưa ra bên ngoài tế bào.

Các ribosome tự do, không kết hợp với bất kỳ cấu trúc nào trong tế bào chất, tổng hợp các protein có đích đến là bên trong tế bào. Cuối cùng, các ribosome của ti thể tổng hợp protein để sử dụng cho ti thể.

Theo cách tương tự, một số ribosome có thể tham gia và tạo thành "polyribosome", tạo thành một chuỗi kết hợp với RNA thông tin, tổng hợp cùng một loại protein, nhiều lần và đồng thời

Tất cả chúng đều được tạo thành từ hai đơn vị con: một đơn vị được gọi là lớn hoặc lớn hơn và đơn vị kia nhỏ hơn hoặc nhỏ hơn.

Một số tác giả coi ribosome là bào quan không màng vì chúng thiếu các cấu trúc lipid này, mặc dù các nhà nghiên cứu khác không coi chúng là bào quan.

Kết cấu

Ribosome là cấu trúc tế bào nhỏ (từ 29 đến 32 nm, tùy thuộc vào nhóm sinh vật), tròn và dày đặc, bao gồm RNA ribosome và các phân tử protein, chúng liên kết với nhau.

Các ribosome được nghiên cứu nhiều nhất là của vi khuẩn, vi khuẩn cổ và sinh vật nhân chuẩn. Ở dòng đầu tiên, các ribosome đơn giản hơn và nhỏ hơn. Về phần chúng, ribosome của sinh vật nhân chuẩn phức tạp hơn và lớn hơn. Trong vi khuẩn cổ, ribosome giống với cả hai nhóm hơn ở một số khía cạnh nhất định.

Các ribosome của động vật có xương sống và thực vật hạt kín (thực vật có hoa) đặc biệt phức tạp.

Mỗi tiểu đơn vị của ribosom được tạo thành chủ yếu từ ARN ribosom và nhiều loại protein. Tiểu đơn vị lớn có thể được tạo thành từ các phân tử RNA nhỏ ngoài RNA ribosome.

Protein được kết hợp với RNA ribosome ở các vùng cụ thể, theo một trật tự. Trong ribosome, một số vị trí hoạt động có thể được phân biệt, chẳng hạn như vùng xúc tác.

RNA ribosome có tầm quan trọng thiết yếu đối với tế bào và điều này có thể thấy trong trình tự của nó, hầu như không thay đổi trong quá trình tiến hóa, phản ánh áp lực chọn lọc cao chống lại bất kỳ sự thay đổi nào.

Chức năng ribosome

Ribosome chịu trách nhiệm trung gian quá trình tổng hợp protein trong tế bào của tất cả các sinh vật, là một bộ máy sinh học phổ quát.

Ribosome - cùng với RNA vận chuyển và RNA thông tin - quản lý để giải mã thông điệp DNA và diễn giải nó thành một chuỗi các axit amin sẽ tạo thành tất cả các protein trong một sinh vật, trong một quá trình gọi là dịch mã.

Dưới ánh sáng của sinh học, từ dịch chỉ sự thay đổi "ngôn ngữ" từ bộ ba nucleotide thành axit amin.

Các cấu trúc này là phần trung tâm của quá trình dịch mã, nơi hầu hết các phản ứng xảy ra, chẳng hạn như sự hình thành các liên kết peptit và giải phóng protein mới.

Dịch protein

Quá trình hình thành protein bắt đầu với sự kết hợp giữa RNA thông tin và ribosome. Chất truyền tin di chuyển qua cấu trúc này ở một đầu cụ thể được gọi là "codon khởi tạo chuỗi."

Khi RNA thông tin đi qua ribosome, một phân tử protein được hình thành, bởi vì ribosome có khả năng giải thích thông điệp được mã hóa trong chất truyền tin.

Thông điệp này được mã hóa trong bộ ba nucleotide, với mỗi ba bazơ chỉ ra một axit amin cụ thể. Ví dụ, nếu RNA thông tin mang trình tự: AUG AUU CUU UUG GCU, thì peptit được tạo thành sẽ bao gồm các axit amin: methionine, isoleucine, leucine, leucine và alanin.

Ví dụ này cho thấy “sự thoái hóa” của mã di truyền, vì nhiều hơn một codon - trong trường hợp này là CUU và UUG - mã hóa cho cùng một loại axit amin. Khi ribosome phát hiện một codon dừng trong RNA thông tin, quá trình dịch mã kết thúc.

Ribosome có vị trí A và vị trí P. Vị trí P giữ peptidyl-tRNA và aminoacyl-tRNA đi vào vị trí A.

Chuyển RNA

RNA vận chuyển chịu trách nhiệm vận chuyển các axit amin đến ribosome và có trình tự bổ sung cho bộ ba. Có một RNA chuyển cho mỗi trong số 20 axit amin tạo nên protein.

Các bước hóa học của quá trình tổng hợp protein

Quá trình bắt đầu với sự hoạt hóa của từng axit amin với sự liên kết của ATP trong một phức hợp adenosine monophosphate, giải phóng phốt phát năng lượng cao.

Bước trước đó dẫn đến một axit amin có năng lượng dư thừa và sự liên kết xảy ra với ARN chuyển tương ứng của nó, để tạo thành phức hợp axit amin-tRNA. Ở đây xảy ra sự giải phóng adenosine monophosphate.

Trong ribosome, RNA vận chuyển gặp RNA thông tin. Ở giai đoạn này, trình tự của RNA chuyển hoặc đối mã lai với codon hoặc bộ ba của RNA thông tin. Điều này dẫn đến sự sắp xếp của axit amin với trình tự thích hợp của nó.

Enzyme peptidyl transferase có nhiệm vụ xúc tác sự hình thành các liên kết peptide liên kết các axit amin. Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn năng lượng, vì nó đòi hỏi sự hình thành của bốn liên kết năng lượng cao cho mỗi axit amin được gắn vào chuỗi.

Phản ứng loại bỏ gốc hydroxyl ở đầu COOH của axit amin và loại bỏ một gốc hydro ở đầu NH ₂ của axit amin khác. Vùng phản ứng của hai axit amin kết hợp với nhau và tạo ra liên kết peptit.

Ribosome và kháng sinh

Vì tổng hợp protein là một sự kiện thiết yếu đối với vi khuẩn, nên một số loại kháng sinh nhắm vào các ribosome và các giai đoạn khác nhau của quá trình dịch mã.

Ví dụ, streptomycin liên kết với tiểu đơn vị nhỏ để cản trở quá trình dịch mã, gây ra sai sót trong việc đọc RNA thông tin.

Các kháng sinh khác, chẳng hạn như neomycins và gentamicins, cũng có thể gây ra sai sót trong quá trình dịch mã, kết nối với tiểu đơn vị nhỏ.

Các loại ribosome

Ribôxôm ở sinh vật nhân sơ

Vi khuẩn, như E. coli, có hơn 15.000 ribosome (tỷ lệ này tương đương với gần một phần tư trọng lượng khô của tế bào vi khuẩn).

Ribosome ở vi khuẩn có đường kính khoảng 18 nm và được tạo thành từ 65% RNA ribosome và chỉ có 35% protein với các kích thước khác nhau, từ 6.000 đến 75.000 kDa.

Tiểu đơn vị lớn được gọi là 50S và đơn vị nhỏ 30S, chúng kết hợp với nhau để tạo thành cấu trúc 70S với khối lượng phân tử 2,5 × 10 ⁶ kDa.

Tiểu đơn vị 30S có hình dạng thuôn dài và không đối xứng, trong khi 50S dày hơn và ngắn hơn.

Tiểu đơn vị nhỏ của E. coli bao gồm RNA ribosome 16S (1542 bazơ) và 21 protein, và tiểu đơn vị lớn chứa 23S RNA ribosome (2904 bazơ), 5S (1542 bazơ) và 31 protein. Các protein tạo nên chúng là cơ bản và số lượng thay đổi tùy theo cấu trúc.

Các phân tử RNA ribosome, cùng với protein, được nhóm lại với nhau theo cấu trúc bậc hai tương tự như các loại RNA khác.

Ribôxôm ở sinh vật nhân chuẩn

Ribosome ở sinh vật nhân thực (80S) lớn hơn, với hàm lượng RNA và protein cao hơn. RNA dài hơn và được gọi là 18S và 28S. Cũng như ở sinh vật nhân sơ, thành phần của ribosome do RNA ribosome chi phối.

Ở những sinh vật này, ribosome có khối lượng phân tử 4,2 × 10 ⁶ kDa và được phân hủy thành tiểu đơn vị 40S và 60S.

Tiểu đơn vị 40S chứa một phân tử RNA đơn, 18S (1874 bazơ), và khoảng 33 protein. Tương tự, tiểu đơn vị 60S chứa các RNA 28S (4718 bazơ), 5,8S (160 bazơ) và 5S (120 bazơ). Ngoài ra, nó còn được tạo thành từ các protein cơ bản và protein axit.

Ribôxôm trong vi khuẩn cổ

Archaea là một nhóm sinh vật cực nhỏ giống vi khuẩn, nhưng khác về nhiều đặc điểm nên chúng tạo thành một miền riêng biệt. Chúng sống trong các môi trường đa dạng và có khả năng sống trong môi trường khắc nghiệt.

Các loại ribosome được tìm thấy trong vi khuẩn cổ tương tự như ribosome của sinh vật nhân thực, mặc dù chúng cũng có những đặc điểm nhất định của ribosome vi khuẩn.

Nó có ba loại phân tử RNA ribosome: 16S, 23S và 5S, kết hợp với 50 hoặc 70 protein, tùy thuộc vào loài nghiên cứu. Về kích thước, ribosome của vi khuẩn cổ gần hơn với vi khuẩn (70S với hai tiểu đơn vị 30S và 50S) nhưng về cấu trúc cơ bản thì chúng gần với sinh vật nhân chuẩn hơn.

Vì vi khuẩn cổ có xu hướng sống trong môi trường có nhiệt độ cao và nồng độ muối cao nên các ribosome của chúng có khả năng chống chịu cao.

Hệ số lắng

S hoặc Svedbergs, dùng để chỉ hệ số lắng của hạt. Nó thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ không đổi của quá trình lắng và gia tốc được áp dụng. Thước đo này có kích thước của thời gian.

Lưu ý rằng Svedbergs không phải là chất phụ gia, vì chúng có tính đến khối lượng và hình dạng của hạt. Vì lý do này, ở vi khuẩn, ribosome bao gồm các tiểu đơn vị 50S và 30S không thêm vào 80S, tương tự như vậy, các tiểu đơn vị 40S và 60S không tạo thành ribosome 90S.

Tổng hợp ribosome

Tất cả các bộ máy tế bào cần thiết để tổng hợp ribosome đều được tìm thấy trong nucleolus, một vùng dày đặc của nhân không được bao quanh bởi các cấu trúc màng.

Nucleolus là một cấu trúc thay đổi tùy thuộc vào loại tế bào: nó lớn và dễ thấy ở những tế bào có nhu cầu protein cao và nó là khu vực gần như không thể nhận biết được trong những tế bào tổng hợp ít protein.

Quá trình xử lý RNA ribosome xảy ra trong khu vực này, nơi nó kết hợp với protein ribosome và tạo ra các sản phẩm ngưng tụ dạng hạt, là các tiểu đơn vị chưa trưởng thành hình thành nên các ribosome chức năng.

Các tiểu đơn vị được vận chuyển bên ngoài nhân - thông qua các lỗ nhân - đến tế bào chất, nơi chúng được tập hợp thành các ribosome trưởng thành có thể bắt đầu tổng hợp protein.

Các gen RNA ribosome

Ở người, các gen mã hóa ARN ribosome được tìm thấy trên 5 cặp nhiễm sắc thể cụ thể: 13, 14, 15, 21 và 22. Vì tế bào yêu cầu số lượng lớn ribosome nên các gen được lặp lại nhiều lần trên các nhiễm sắc thể này .

Các gen nucleolus mã hóa cho các RNA ribosome 5,8S, 18S và 28S và được RNA polymerase phiên mã thành một bản sao tiền chất 45S. RNA ribosome 5S không được tổng hợp trong nucleolus.

Nguồn gốc và sự tiến hóa

Các ribosome hiện đại hẳn đã xuất hiện vào thời LUCA, tổ tiên chung phổ quát cuối cùng, có thể là trong thế giới giả định của RNA. Người ta đề xuất rằng các RNA vận chuyển là cơ bản cho sự tiến hóa của ribosome.

Cấu trúc này có thể hình thành như một phức hợp với các chức năng tự sao chép mà sau này có được các chức năng để tổng hợp các axit amin. Một trong những đặc điểm nổi bật nhất của RNA là khả năng tự xúc tác cho quá trình sao chép của chính nó.

Người giới thiệu

1. Berg JM, Tymoczko JL, Stryer L. (2002). Hóa sinh. Phiên bản thứ 5. New York: WH Freeman. Phần 29.3, Ribosome là một hạt Ribonucleoprotein (70S) Được tạo thành từ một Tiểu đơn vị Nhỏ (30S) và Một Tiểu đơn vị Lớn (50S). Có tại: ncbi.nlm.nih.gov
2. Curtis, H., & Schnek, A. (2006). Thư mời tham gia môn Sinh học. Panamerican Medical Ed.
3. Fox, GE (2010). Nguồn gốc và sự tiến hóa của ribôxôm. Các quan điểm của Cold Spring Harbor trong sinh học, 2 (9), a003483.
4. Hall, JE (2015). Sách điện tử về sinh lý y học Guyton và Hall. Khoa học sức khỏe Elsevier.
5. Lewin, B. (1993). Gien Tập 1. Reverte.
6. Lodish, H. (2005). Sinh học tế bào và phân tử. Panamerican Medical Ed.
7. Ramakrishnan, V. (2002). Cấu trúc Ribôxôm và cơ chế dịch mã. Ô, 108 (4), 557-572.
8. Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Giới thiệu về vi sinh vật học. Panamerican Medical Ed.
9. Wilson, DN và Cate, JHD (2012). Cấu trúc và chức năng của ribosome nhân thực. Các quan điểm của Cold Spring Harbor trong sinh học, 4 (5), a011536.