ARN ribozomal - Ribosomal RNA

ARNr
T thermophilus S cerevisiae H sapiens.png
ARNr-uri de diferite specii
Identificatori
Alte date
De tip ARN Gene ; ARNr
Structuri PDB PDBe


Acidul ribonucleic ribozomal ( ARNr ) este un tip de ARN necodificator care este componenta primară a ribozomilor , esențială pentru toate celulele. ARNr este un ribozim care realizează sinteza proteinelor în ribozomi. ARN ribozomal este transcris din ADN ribozomal (ADNr) și apoi legat de proteinele ribozomale pentru a forma subunități ribozomale mici și mari . ARNr este factorul fizic și mecanic al ribozomului care forțează transferul ARN (ARNt) și ARN mesager (ARNm) pentru a procesa și traduce acesta din urmă în proteine. ARN ribozomal este forma predominantă de ARN găsită în majoritatea celulelor; reprezintă aproximativ 80% din ARN celular, deși nu a fost niciodată tradus în proteine. Ribozomii sunt compuși din aproximativ 60% ARNr și 40% proteine ​​ribozomale în masă.

Structura

Deși structura primară a secvențelor ARNr poate varia de la un organism la altul, împerecherea bazelor în cadrul acestor secvențe formează în mod obișnuit configurații de buclă stem . Lungimea și poziția acestor bucle de stem ARNr le permit să creeze structuri tridimensionale de ARNr care sunt similare între specii . Datorită acestor configurații, ARNr poate forma interacțiuni strânse și specifice cu proteinele ribozomale pentru a forma subunități ribozomale. Aceste proteine ​​ribozomale conțin reziduuri bazice (spre deosebire de reziduurile acide) și reziduuri aromatice (adică fenilalanină , tirozină și triptofan ) permițându-le să formeze interacțiuni chimice cu regiunile lor asociate ARN, cum ar fi interacțiunile de stivuire . Proteinele ribozomale se pot lega, de asemenea, de coloana vertebrală zahăr-fosfat a ARNr cu situsuri de legare care constau din reziduuri bazice (adică lizină și arginină). Au fost identificate toate proteinele ribozomale (inclusiv secvențele specifice care se leagă de ARNr). Aceste interacțiuni împreună cu asocierea subunităților ribozomale mici și mari duc la un ribozom funcțional capabil să sintetizeze proteinele .

Un exemplu de subunitate mică complet asamblată de ARN ribozomal în procariote, în special Thermus thermophilus . ARN-ul ribozomal propriu-zis (16S) este prezentat înfășurat în portocaliu cu proteine ​​ribozomale atașate în albastru.

ARN ribozomal se organizează în două subunități ribozomale: subunitatea ribozomală mare ( LSU ) și subunitatea ribozomală mică ( SSU ). Între aceste subunități, tipurile de ARNr utilizate pentru a forma subunitatea diferă.

În ribozomii procariotelor, cum ar fi bacteriile , SSU conține o singură moleculă mică de ARNr (~ 1500 nucleotide) în timp ce LSU conține un singur ARNm mic și o singură moleculă mare de ARNr (~ 3000 nucleotide). Acestea sunt combinate cu ~ 50 proteine ribozomale pentru a forma subunități ribozomale. Există trei tipuri de ARNr găsite în ribozomii procariote: 23S și 5S rARN în LSU și 16S rARN în SSU.

În ribozomii eucariotelor, cum ar fi oamenii , SSU conține un singur ARNm mic (~ 1800 nucleotide) în timp ce LSU conține doi ARNm mici și o moleculă de ARNm mare (~ 5000 nucleotide). ARNr eucariot are peste 70 de proteine ribozomale care interacționează pentru a forma unități ribozomale mai mari și mai polimorfe în comparație cu procariotele. Există patru tipuri de ARNr în eucariote: 3 specii în LSU și 1 în SSU. Drojdia a fost modelul tradițional de observare a comportamentului și proceselor eucariote ale ARNr, ducând la un deficit în diversificarea cercetării. Abia în ultimul deceniu, progresele tehnice (în special în domeniul Cryo-EM ) au permis investigarea preliminară a comportamentului ribozomal în alte eucariote . În drojdie , LSU conține ARNr 5S, 5.8S și 28S. 5.8S și 28S combinate sunt aproximativ echivalente ca mărime și funcție cu subtipul ARNr 23S procariot, minus segmente de expansiune (ES) care sunt localizate la suprafața ribozomului care se credea că apar doar în eucariote . Cu toate acestea, recent, filele Asgard , și anume, Lokiarchaeota și Heimdallarchaeota , considerate cele mai apropiate rude arhaeale de Eukarya , au fost raportate că dețin două ES supradimensionate în rRNA-urile lor 23S. În mod similar, ARNr 5S conține o inserție de 108 nucleotide în ribozomii arheonului halofil Halococcus morrhuae .

Un SSU eucariot conține subunitatea ARNr 18S, care conține și ES. SS-urile SSU sunt în general mai mici decât ES-urile LSU.

Secvențele de ARNr SSU și LSU sunt utilizate pe scară largă pentru studiul relațiilor evolutive dintre organisme, deoarece sunt de origine antică, se găsesc în toate formele de viață cunoscute și sunt rezistente la transferul orizontal de gene . Secvențele ARNr sunt conservate (neschimbate) în timp datorită rolului lor crucial în funcția ribozomului. Informațiile filogenice derivate din ARNr-ul din secolul al 16-lea sunt utilizate în prezent ca principală metodă de delimitare între specii procariote similare prin calcularea similarității nucleotidice . Arborele canonic al vieții este descendența sistemului de traducere.

Subtipurile de ARNr LSU au fost denumite ribozime, deoarece proteinele ribozomale nu se pot lega de situl catalitic al ribozomului din această zonă (în mod specific, centrul peptidil transferazei sau PTC). Subtipurile de ARNr SSU decodează ARNm în centrul său de decodare (DC). Proteinele ribozomale nu pot intra în DC.

Structura ARNr este capabilă să se schimbe drastic pentru a afecta legarea ARNt de ribozom în timpul traducerii altor ARNm. În 16s rRNA, acest lucru se crede că apare atunci când anumite nucleotide din ARNr par să alterneze împerecherea bazelor între o nucleotidă sau alta, formând un „comutator” care modifică conformația ARNr. Acest proces poate afecta structura LSU și SSU, sugerând că acest comutator conformațional din structura ARNr afectează întregul ribozom în capacitatea sa de a se potrivi cu un codon cu anticodonul său în selecția ARNt, precum și cu decodarea ARNm.

Asamblare

Integrarea și asamblarea ARN-ului ribozomal în ribozomi începe cu plierea, modificarea, prelucrarea și asamblarea lor cu proteine ​​ribozomale pentru a forma cele două subunități ribozomale, LSU și SSU. În procariote , încorporarea ARNr are loc în citoplasmă din cauza lipsei de organite legate de membrană. Cu toate acestea, în eucariote , acest proces are loc în principal în nucleol și este inițiat prin sinteza pre-ARN. Acest lucru necesită prezența tuturor celor trei ARN polimeraze. De fapt, transcrierea pre-ARN de către ARN polimeraza I reprezintă aproximativ 60% din totalul transcripției celulare a ARN-ului celular. Aceasta este urmată de plierea pre-ARN, astfel încât să poată fi asamblată cu proteine ​​ribozomale. Această pliere este catalizată de endo- și exonucleaze , ARN helicaze , GTPaze și ATPaze . ARNr suferă ulterior procesare endo și exonucleolitică pentru a îndepărta distanțierii transcriși externi și interni . Pre-ARN suferă apoi modificări precum metilarea sau pseudouridinilarea înainte ca factorii de asamblare a ribozomilor și proteinele ribozomale să se asambleze cu pre-ARN pentru a forma particule pre-ribozomale. După trecerea la mai multe etape de maturare și ieșirea ulterioară din nucleol în citoplasmă, aceste particule se combină pentru a forma ribozomii. Reziduurile de bază și aromatice găsite în structura primară a ARNr permit interacțiuni favorabile de stivuire și atracție către proteinele ribozomale, creând un efect de reticulare între coloana vertebrală a ARNr și alte componente ale unității ribozomale. Mai multe detalii despre porțiunea de inițiere și începere a acestor procese pot fi găsite în secțiunea „Biosinteză”.

Funcţie

O descriere simplificată a unui ribozom (cu SSU și LSU detașate artificial aici în scopuri de vizualizare) care prezintă siturile A și P și ambele subunități ribozomale mici și mari care funcționează împreună.

Elementele structurale secundare conservate universal în ARNr între diferite specii arată că aceste secvențe sunt unele dintre cele mai vechi descoperite. Acestea servesc roluri critice în formarea siturilor catalitice de traducere a ARNm. În timpul traducerii ARNm, ARNr funcționează pentru a lega atât ARNm cât și ARNt pentru a facilita procesul de traducere a secvenței de codoni a ARNm în aminoacizi. ARNr inițiază cataliza sintezei proteinelor atunci când ARNt este intercalat între SSU și LSU. În SSU, ARNm interacționează cu anticodonii ARNt. În LSU, tulpina acceptor de aminoacizi a ARNt interacționează cu ARNr LSU. Ribozomul catalizează schimbul ester-amidă, transferând capătul C-terminal al unei peptide născute de la un ARNt la amina unui aminoacid. Aceste procese pot apărea datorită siturilor din ribozom în care se pot lega aceste molecule, formate din buclele stem ale ARNr. Un ribozom are trei dintre aceste site-uri de legare numite site-uri A, P și E:

  • În general, situsul A (aminoacil) conține un aminoacil-ARNt (un ARNt esterificat la un aminoacid la capătul 3 ').
  • Site-ul P (peptidil) conține un ARNt esterificat la peptida născută. Amino liberă (NH 2 ) grupa A site - ARNt atacurile legătura ester al P sit ARNt, provocând transferul peptidei în formare la aminoacidul în situsul A. Această reacție are loc în centrul peptidil transferazei .
  • Site-ul E (ieșire) conține un ARNt care a fost descărcat, cu un capăt 3 'liber (fără aminoacizi sau peptidă născută).

Un singur ARNm poate fi tradus simultan de mai mulți ribozomi. Aceasta se numește polisom .

La procariote , s-a făcut multă muncă pentru a identifica în continuare importanța ARNr în traducerea ARNm . De exemplu, s-a constatat că site-ul A constă în principal din ARNr 16S. În afară de diverse elemente proteice care interacționează cu ARNt la acest sit, se presupune că dacă aceste proteine ​​ar fi eliminate fără a modifica structura ribozomală, site-ul ar continua să funcționeze normal. În site-ul P, prin observarea structurilor cristaline s-a arătat că sfârșitul 3 'al ARNr-ului 16s se poate plia în site ca și cum ar fi o moleculă de ARNm . Acest lucru are ca rezultat interacțiuni intermoleculare care stabilizează subunitățile. În mod similar, la fel ca site-ul A, site-ul P conține în primul rând ARNr cu puține proteine . Centrul peptidil transferazei , de exemplu, este format din nucleotide din subunitatea ARNr 23S. De fapt, studiile au arătat că centrul peptidil transferazei nu conține proteine ​​și este inițiat în totalitate de prezența ARNr. Spre deosebire de site-urile A și P, site-ul E conține mai multe proteine . Deoarece proteinele nu sunt esențiale pentru funcționarea situsurilor A și P, compoziția moleculară a situsului E arată că poate este evoluată ulterior. În ribozomii primitivi , este probabil ca ARNt să iasă din situsul P. În plus, s-a demonstrat că tARN -ul site-ului E se leagă atât cu subunitățile de ARNr 16S, cât și cu 23S.

Subunități și ARN ribozomal asociat

Diagrama tipurilor de ARN ribozomal și modul în care acestea se combină pentru a crea subunitățile ribozomale.

Atât ribozomii procarioti, cât și cei eucarioti pot fi defalcați în două subunități, una mare și alta mică. Speciile exemplare utilizate în tabelul de mai jos pentru ARNr-urile lor respective sunt bacteria Escherichia coli ( procariot ) și umana ( eucariot ). Rețineți că "nt" reprezintă lungimea tipului de ARNr în nucleotide și "S" (cum ar fi în "16S) reprezintă unități Svedberg .

Tip mărimea Subunitate mare ( ARNr LSU ) Subunitate mică ( SSU rRNA )
procariotă 70S 50S ( 5S  : 120 nt, 23S  : 2906 nt) 30S ( 16S  : 1542 nt)
eucariotă 80S 60S ( 5S  : 121 nt, 5.8S  : 156 nt, 28S  : 5070 nt) 40S ( 18S  : 1869 nt)

Unitățile S ale subunităților (sau ARNr) nu pot fi adăugate pur și simplu, deoarece reprezintă mai degrabă măsuri de viteză de sedimentare decât de masă. Viteza de sedimentare a fiecărei subunități este afectată de forma sa, precum și de masa sa. Unitățile nt pot fi adăugate deoarece acestea reprezintă numărul întreg de unități din polimerii ARNr liniari (de exemplu, lungimea totală a ARNr uman = 7216 nt).

Clusterele genetice care codifică ARNr sunt denumite în mod obișnuit „ ADN ribozomal ” sau ADNr (rețineți că termenul pare să implice faptul că ribozomii conțin ADN, ceea ce nu este cazul).

La procariote

La procariote o mică subunitate ribozomală 30S conține ARN ribozomal 16S . Subunitatea mare ribosomală 50S conține două specii de ARNr ( ARN ribozomal 5S și 23S ). Prin urmare, se poate deduce că atât în bacterii, cât și în arhee există o genă ARNr care codifică toate cele trei tipuri de ARNr: 16S, 23S și 5S.

ARN ribozomal bacterian 16S, ARN ribozomal 23S și genele ARN 5S sunt de obicei organizate ca un operon co-transcris . După cum arată imaginea din această secțiune, există un distanțier transcris intern între genele ARNr 16S și 23S . Pot exista una sau mai multe copii ale operonului dispersate în genom (de exemplu, Escherichia coli are șapte). De obicei, în bacterii există între unu și cincisprezece exemplare.

Archaea conține fie un singur operon al genei ARNr, fie până la patru copii ale aceluiași operon .

Capătul 3 'al ARN ribozomal 16S (într-un ribozom) recunoaște o secvență la capătul 5' al ARNm numită secvența Shine-Dalgarno .

În eucariote

ARN ribozomal subunitate mic, domeniu 5 'preluat din baza de date Rfam . Acest exemplu este RF00177 , un fragment dintr-o bacterie necultură .

În schimb, eucariotele au în general multe copii ale genelor ARNr organizate în repetări tandem . La om, aproximativ 300–400 de repetări sunt prezente în cinci grupuri, situate pe cromozomii 13 ( RNR1 ), 14 ( RNR2 ), 15 ( RNR3 ), 21 ( RNR4 ) și 22 ( RNR5 ). Oamenii diploizi au 10 grupuri de ADNc genomic care în total reprezintă mai puțin de 0,5% din genomul uman .

S-a acceptat anterior că secvențele repetate de ADNr au fost identice și au servit ca redundanțe sau siguri pentru a explica erorile naturale de replicare și mutațiile punctuale . Cu toate acestea, a fost observată variația secvenței în ADNr (și ulterior ARNr) la oameni pe mai mulți cromozomi , atât în ​​interiorul, cât și între indivizi umani. Multe dintre aceste variații sunt secvențe palindromice și erori potențiale datorate replicării. Anumite variante sunt, de asemenea, exprimate într-o manieră specifică țesutului la șoareci.

Celulele de mamifere au 2 molecule de ARNr mitocondrial ( 12S și 16S ) și 4 tipuri de ARNr citoplasmatic (subunitățile 28S, 5.8S, 18S și 5S). ARNr-urile 28S, 5.8S și 18S sunt codificate de o singură unitate de transcripție (45S) separată de 2 distanțiere transcrise intern . Primul distanțier corespunde celui găsit în bacterii și arhee , iar celălalt distanțier este o inserție în ceea ce a fost ARNr 23S în procariote. 45s rADN este organizat în 5 grupuri (fiecare are 30-40 repetări) pe cromozomii 13, 14, 15, 21 și 22. Acestea sunt transcrise de ARN polimeraza I . ADN-ul pentru subunitatea 5S apare în matrice tandem (~ 200-300 gene 5S adevărate și multe pseudogene dispersate), cel mai mare de pe cromozomul 1q41-42. ARNr 5S este transcris de ARN polimeraza III . 18S ARNr în majoritatea eucariotelor este în subunitatea mică ribozomală și subunitatea mare conține trei specii de ARNr (a 5S , 5.8S și 28S la mamifere, 25S din plante, ARNr).

Structura terțiară a ARN mic subunității ribozomale (SSU ARNr) a fost rezolvată prin cristalografie cu raze X . Structura secundară a ARNr SSU conține 4 domenii distincte - domeniile 5 ', central, 3' major și 3 'minor. Este prezentat un model al structurii secundare pentru domeniul 5 '(500-800 nucleotide ).

Biosinteza

În eucariote

Ca elemente de bază pentru organet , producția de ARNr este în cele din urmă etapa de limitare a vitezei în sinteza unui ribozom . În nucleol , ARNr este sintetizat de ARN polimeraza I folosind genele de specialitate ( ADNr ) care codifică pentru acesta, care se găsesc în mod repetat pe tot genomul . Genele care codifică pentru 18S, 28S și 5.8S ARNr sunt situate în regiunea organizatoare nucleol și sunt transcrise în mare precursoare rRNA (pre-ARNr) molecule prin ARN polimeraza I . Aceste molecule pre-ARNr sunt separate prin secvențe de distanțare externe și interne și apoi metilate , ceea ce este cheia pentru asamblarea și plierea ulterioară . După separare și eliberare ca molecule individuale, proteinele de asamblare se leagă de fiecare catenă de ARNr gol și o pliază în forma sa funcțională folosind asamblarea cooperativă și adăugarea progresivă a mai multor proteine ​​pliabile, după cum este necesar. Detaliile exacte despre modul în care proteinele care se pliază se leagă de ARNr și cum se realizează o pliere corectă rămân necunoscute. Complexele ARNr sunt apoi prelucrate ulterior prin reacții care implică clivaje exo și endo-nucleolitice ghidate de snoARN (ARN nucleolari mici) în complex cu proteine. Deoarece aceste complexe sunt compactate împreună pentru a forma o unitate coezivă, interacțiunile dintre ARNr și proteinele ribozomale înconjurătoare sunt în mod constant remodelate pe tot parcursul asamblării, pentru a oferi stabilitate și a proteja locurile de legare . Acest proces este denumit faza de „maturare” a ciclului de viață al ARNr. S-a constatat că modificările care apar în timpul maturării ARNr contribuie direct la controlul expresiei genelor prin asigurarea reglării fizice a accesului translațional al ARNt și ARNm . Unele studii au descoperit că metilarea extensivă a diferitelor tipuri de ARNr este de asemenea necesară în acest timp pentru a menține stabilitatea ribozomilor .

Genele pentru ARNr 5S sunt localizate în interiorul nucleolului și sunt transcrise în ARNr pre-5S de către ARN polimeraza III . ARNr pre-5S intră în nucleol pentru procesare și asamblare cu ARNr 28S și 5.8S pentru a forma LSU. ARNr 18S formează SSU prin combinarea cu numeroase proteine ​​ribozomale . Odată ce ambele subunități sunt asamblate, ele sunt exportate în mod individual în citoplasmă pentru a forma unitatea 80S și începe inițierea translație a ARNm .

ARN ribozomal nu este codificator și nu se traduce niciodată în proteine de niciun fel: ARNr este transcris doar din ADNr și apoi maturizat pentru a fi utilizat ca bloc de construcție structural pentru ribozomi. ARNr transcris este legat de proteinele ribozomale pentru a forma subunitățile ribozomilor și acționează ca structură fizică care împinge ARNm și ARNt prin ribozom pentru a le procesa și traduce.

Reglarea eucariotă

Sinteza ARNr este reglată în sus și în jos pentru a menține homeostazia printr-o varietate de procese și interacțiuni:

  • Kinaza AKT promovează indirect sinteza ARNr ca ARN polimeraza I este dependentă de AKT.
  • Anumite ribonucleaze angiogene , cum ar fi angiogenina (ANG), se pot transloca și acumula în nucleol . Când concentrația de ANG devine prea mare, unele studii au constatat că ANG se poate lega de regiunea promotor a ADNr și poate crește inutil transcripția ARNr. Acest lucru poate dăuna nucleolului și poate duce chiar la transcriere necontrolată și cancer .
  • În perioadele de restricție a glucozei celulare, proteina kinază activată cu AMP (AMPK) descurajează procesele metabolice care consumă energie, dar sunt neesențiale. Ca rezultat, este capabil să fosforileze ARN polimeraza I (la situl Ser-635) pentru a regla în jos sinteza ARNr prin perturbarea inițierii transcripției .
  • Afectarea sau îndepărtarea mai multor regiuni de pseudouridină sau 29-O-metilare din centrul de decodare a ribozomilor reduce semnificativ rata transcripției ARNr prin reducerea ratei de încorporare a noilor aminoacizi .
  • Formarea heterocromatinei este esențială pentru mutarea transcrierii ARNr, fără de care ARN ribozomal este sintetizat necontrolat și scade mult durata de viață a organismului.

La procariote

Similar cu eucariotele , producția de ARNr este etapa de limitare a vitezei în sinteza procariotă a unui ribozom . În E. coli , s - a descoperit că ARNr este transcrisă din cei doi promotori P1 și P2 găsite în decurs de șapte diferite RRN operons . Promotorul P1 este în mod special responsabil pentru reglarea sintezei ARNr în timpul ratelor de creștere a bacteriilor moderate până la mari. Deoarece activitatea transcripțională a acestui promotor este direct proporțională cu rata de creștere, este responsabil în primul rând de reglarea ARNr . O concentrație crescută de ARNr servește ca mecanism de feedback negativ la sinteza ribozomilor. S-a constatat că este necesară o concentrație mare de NTP pentru transcrierea eficientă a promotorilor rrn P1. Se crede că formează complexe stabilizatoare cu ARN polimeraza și promotorii . La bacterii în mod specific, această asociere a concentrației ridicate de NTP cu sinteza crescută a ARNr oferă o explicație moleculară a motivului pentru care sinteza ribozomală și, prin urmare, a proteinelor este dependentă de rata de creștere. O rată de creștere scăzută produce rate mai mici de sinteză a ARNr / ribozomului, în timp ce o rată de creștere mai mare produce o rată mai mare de sinteză a ARNr / ribozomului. Acest lucru permite unei celule să economisească energie sau să își mărească activitatea metabolică în funcție de nevoile și resursele disponibile.

În celulele procariote , fiecare genă sau operon ARNr este transcris într-un singur precursor ARN care include secvențe 16S, 23S, 5S ARNr și ARNt împreună cu distanțiere transcrise. Procesarea ARN începe apoi înainte ca transcrierea să fie completă. În timpul reacțiilor de procesare, ARNr și ARNt sunt eliberați ca molecule separate.

Reglarea procariotă

Datorită rolului vital pe care îl joacă ARNr în fiziologia celulară a procariotelor , există multe suprapuneri în mecanismele de reglare a ARNr . La nivel transcripțional, există atât efectori pozitivi cât și negativi ai transcripției ARNr care facilitează menținerea homeostaziei de către o celulă :

Degradare

ARN ribozomal este destul de stabil în comparație cu alte tipuri comune de ARN și persistă pentru perioade mai lungi de timp într-un mediu celular sănătos. Odată asamblate în unități funcționale, ARN ribozomal din ribozomi este stabil în faza staționară a ciclului de viață celular timp de multe ore. Degradarea poate fi declanșată prin „blocarea” unui ribozom, stare care apare atunci când ribozomul recunoaște mARN defect sau întâmpină alte dificultăți de procesare care determină încetarea traducerii de către ribozom. Odată ce un ribozom se oprește, se inițiază o cale specializată pe ribozom pentru a viza întregul complex pentru demontare.

În eucariote

Ca și în cazul oricărei proteine sau ARN , producția de ARNr este predispusă la erori care rezultă în producerea de ARNr nefuncțional. Pentru a corecta acest lucru, celula permite degradarea ARNr prin calea de funcționare a ARNr nefuncțională (NRD). O mare parte din cercetările din acest subiect au fost efectuate pe celule eucariote, în special drojdie Saccharomyces cerevisiae . În prezent, este disponibilă doar o înțelegere de bază a modului în care celulele sunt capabile să vizeze ribozomii deficienți funcțional pentru ubiquinare și degradare în eucariote.

  • Calea NRD pentru subunitatea 40S poate fi independentă sau separată de calea NRD pentru subunitatea 60S. S-a observat că anumite gene au putut afecta degradarea anumitor pre-ARN-uri, dar nu și a altora.
  • Numeroase proteine sunt implicate în calea NRD, cum ar fi Mms1p și Rtt101p, despre care se crede că se complexează împreună pentru a viza ribozomii pentru degradare. S-a constatat că Mms1p și Rtt101p se leagă împreună și se crede că Rtt101p recrutează un complex de ligază ubiquitină E3 , permițând ribozomilor nefuncționali să fie ubiquinați înainte de a fi degradați.
    • Procariotelor le lipsește un omolog pentru Mms1, deci nu este clar modul în care procariotele sunt capabile să degradeze ARN-urile nefuncționale.
  • Rata de creștere a celulelor eucariote nu pare să fie afectată semnificativ de acumularea de ARNr nefuncționale.

La procariote

Deși există mult mai puține cercetări disponibile cu privire la degradarea ARN-ului ribozomal la procariote în comparație cu eucariotele , a existat totuși interesul dacă bacteriile urmează o schemă de degradare similară în comparație cu NRD în eucariote. O mare parte din cercetările făcute pentru procariote au fost efectuate pe Escherichia coli . S-au găsit multe diferențe între degradarea ARNc eucariotă și procariotă, conducând cercetătorii să creadă că cei doi se degradează folosind căi diferite.

  • Anumite mutații ale ARNr care au putut declanșa degradarea ARNr în eucariote nu au putut face acest lucru în procariote .
  • Mutațiile punctuale într-un ARNr 23S ar determina degradarea atât a ARNr-urilor 23S, cât și a celor 16S, în comparație cu eucariotele , în care mutațiile dintr-o subunitate ar cauza doar degradarea acelei subunități.
  • Cercetătorii au descoperit că îndepărtarea unei structuri de helix întregi (H69) din ARNr 23S nu a declanșat degradarea acesteia. Acest lucru i-a determinat să creadă că H69 a fost esențial pentru ca endonucleazele să recunoască și să degradeze ARNm mutant.

Conservarea și stabilitatea secvenței

Datorită naturii predominante și neclintite a ARNr în toate organismele , studiul rezistenței sale la transferul de gene , mutații și alterarea fără distrugerea organismului a devenit un domeniu popular de interes. S-a constatat că genele ARN ribozomale sunt tolerante la modificări și incursiuni. Când secvențierea ARNr este modificată, s-a constatat că celulele devin compromise și încetează rapid funcția normală. Aceste trăsături cheie ale ARNr au devenit deosebit de importante pentru proiectele de baze de date genetice (resurse online cuprinzătoare precum SILVA sau SINA) în care alinierea secvențelor de ARN ribozomal din diferitele domenii biologice ușurează foarte mult „ atribuirea taxonomică , analiza filogenetică și investigarea diversității microbiene. "

Exemple de rezistență:

  • Adăugarea unor fragmente mari de ARN fără sens în multe părți ale unității de ARNr 16S nu modifică în mod observabil funcția unității ribozomale în ansamblu.
  • ARN necodificator RD7 are capacitatea de a modifica prelucrarea ARNr pentru a face moleculele rezistente la degradarea de acid carboxilic . Acesta este un mecanism crucial în menținerea concentrațiilor de ARNr în timpul creșterii active atunci când acumularea de acid (datorită fosforilării substratului necesară pentru a produce ATP ) poate deveni toxică pentru funcțiile intracelulare .
  • Inserarea ribozimelor cap de ciocan care sunt capabile de clivaje cis de-a lungul 16S rARN inhibă foarte mult funcția și diminuează stabilitatea.
  • În timp ce majoritatea funcțiilor celulare se degradează puternic după doar o perioadă scurtă de expunere la medii hipoxice , ARNr rămâne nedegradat și rezolvat după șase zile de hipoxie prelungită. Abia după o astfel de perioadă extinsă de timp, intermediarii ARNr (indicativi ai degradării care apar în cele din urmă) încep să se prezinte.

Semnificaţie

Această diagramă descrie modul în care secvențierea ARNr în procariote poate fi utilizată în cele din urmă pentru a produce produse farmaceutice pentru combaterea bolilor cauzate chiar de microbii din care a fost obținut inițial ARNr.

Caracteristicile ARN-ului ribozomal sunt importante în evoluție , deci taxonomia și medicina .

Genele umane

Vezi si

Referințe

linkuri externe