リボソームRNA, rRNAとしても知られています, オーバーを構成します 50% 典型的な細胞内の総RNA含有量のうち、リボソームの重要な成分を形成する. 3つの主要なタイプに存在します – 5S, 5.8S, 16S, 真核生物または5秒の28S rRNA, 16S, 原核生物の23S rRNA. リボソームおよびその他の関連タンパク質と一緒に, これらのrRNA分子は折りたたまれて、大小のリボソームサブユニットの特徴的な構造に組み立てられます.
リボソームアーキテクチャの物理的足場の多くを提供することに加えて, 多様なRRNA分子内の異なる機能領域は、翻訳のコアプロセスを直接促進します. 16Sおよび23S RRNAは、mRNAの開始コドンを認識し、他の翻訳要因を補充する30代の小さなサブユニットに位置しています. 保存された配列は、遺伝的メッセージの初期デコードのためにメッセンジャーヌクレオチドを正確にペアリングする分子ポケットを形成します.
その間, 60年代の大規模なサブユニットの23Sおよび28S RRNA内の触媒中心は、入ってくるアミノ酸間のペプチド結合の形成を促進します. 一連の協調的な求核攻撃とプロトン転送を通じて, これらの機能的rRNAドメインは、1つのアミノ酸のカルボキシル基に別のアミノ基に結合します, 重合新しいタンパク質. 他のrRNA領域は、遷移状態中間体とアミノアシル化された伝達RNAを安定させるのに役立ちます (trnas) 伸長中.
RRNAはリボソームでどのような役割を果たしますか?
リボソームRNA, rRNAとも呼ばれます, 周りを構成します 60% 総リボソームの. 構造的機能と触媒機能の両方に役立ちます. さまざまなrRNA分子は、2つのリボソームサブユニットを一緒に保持する物理的な足場を提供します.
さらに, rRNAの特定の領域は酵素的に活性であり、タンパク質アセンブリ中にアミノ酸を結び付けることに伴う反応を直接促進します. rRNAなし, リボソームには、タンパク質生産の職務を遂行するための適切な3Dアーキテクチャや生化学的能力がありません.
リボソームで翻訳開始はどのように発生しますか?
タンパク質合成の最初の主要なステップは翻訳開始です. これには、メッセンジャーRNAの開始コドンへの小さなリボソームサブユニット結合が含まれます (mRNA) 開始要因の助けを借りて.
小さなサブユニット内の16S rRNAは、mRNA上の輝きダルガノシーケンスと認識し、ペアをペアにします, 滑り込むことができます. この16S rRNAは、開始部位を正確に見つけるために分子バーコードリーダーとして機能します.
翻訳プロセスで次に何が起こるか?
翻訳開始が完了したら, 伸びが始まることができます. 大きなリボソームサブユニットは、伸長係数の助けを借りて小さなものに結合します.
RNAを転送します (tRNA) 活性化されたアミノ酸を運ぶ分子はmRNAコドンに一致します. 大きなサブユニットの23S rRNAは、入っているアミノ酸と成長するポリペプチド鎖との間のペプチド結合の形成を触媒します.
アミノアシル化のこのプロセス, 選択, 停止コドンに到達して翻訳終了が発生するまで、調節とペプチド結合の形成がmRNAテンプレートに沿って繰り返されます.
異なるrRNAタイプはどのように特徴付けられていますか?
すべてのリボソームには、特徴的な高次構造を採用し、サブユニット内で正確に組織化して非冗長機能を実行する明確なrRNA分子タイプが含まれています. ほとんどの細菌で, これらは5秒で構成されています, 16sおよび23s rrnas真核生物にも5.8sおよび28種類があります. 生化学的分析により、それぞれのユニークな特性が明らかになりました:
5s rrna – あ 120 リボソームタンパク質を結合し、50年代のサブユニットの中央の突起領域に詰め込むコンパクト5ヘリックスバンドルに折り畳むヌクレオチドRNA. 足場を提供し、サブユニット間の動きを調整するのに役立ちます.
16s rrna – 〜1500ヌクレオチド, 30年代のサブユニットの構造コアを形成します. mRNAとtRNAの相互作用に重要な二次構造要素とドメイン間ブリッジに折りたたむ4つの異なるドメインが含まれています.
23s rrna – 〜2900ヌクレオチドの最大のrRNA. 50年代のサブユニット内, 多くの高度に保存されたヌクレオチド配列を含む3つのドメインを持つ特徴的な全体的なL形状を採用します. これらの核酸ポケットは、ペプチド結合形成を触媒するのに適した立体構造を採用しています.
5.8Sおよび5S rRNA – 60年代のサブユニットに住んでいます. 5.8S rRNAは、ヘアピンヘリックスヘリピン構造とエイズアセンブリを想定しています. 5S rRNA, 小さい間, 同様に構造化されています.
28s rrna – 活性部位に寄与する23S rRNAに相当する真核生物. 追加の拡張ハウス追加ペプチド移動機械と規制要素.
構造を組み合わせます, 突然変異および架橋研究により、サブユニット内の各rRNAタイプの正確な位置が明らかになり、デコード中にそれらの異なるトポロジがどのように協力するかを示しました, 校正とタンパク質生産.
微生物学で16S rRNAはどのように使用されていますか?
16s rRNA遺伝子シーケンス栽培に依存しない微生物の識別と分類を可能にすることにより、微生物学に革新されました. 過可視領域と呼ばれる16S rRNA分子内の領域 (V1-V9) 生物間のヌクレオチド配列の変動性を示しますが、種内で高度に保存されています. これにより、V領域は理想的な分子マーカーになります.
による PCR 環境サンプルから16S rDNAを増幅し、V3-V5領域のシーケンスを決定する, 取得した署名は、特徴づけられた微生物分類群の参照データベースに対してBLASTを介して実行できます. 最も近い一致でヒットしたデータベースは、以前は栽培されていなかった微生物の系統発生のアイデンティティを示しています.
この強力な手法は、RRNA遺伝子の進化的関連性に基づいて新しく遭遇した微生物をグループ化することにより、生命の木を定義するのに役立ちました. 培養せずに臨床および食物サンプルから病原体を迅速に検出できました. 科学者はそれを使用して、酸性鉱山の排水や熱水孔などのエキゾチックな環境で以前に隠された多様性を探求するために使用しました.
最近, ハイスループット16S rRNAアンプリコンシーケンス革新された微生物叢研究. これにより、選択的培養からのバイアスなしにサンプル中の微生物DNAから微生物群集全体を直接プロファイリングできます. 次世代シーケンスプラットフォームからの出力は、バイオインフォマティクスパイプラインを使用して処理され、分類学的にシーケンスを割り当て、環境間で微生物群集を比較します, ホストニッチまたは治療グループ.
制限には、いくつかの種を解決できないことや、カバレッジに影響を与えるプライマーバイアスが含まれます. 他のマーカー遺伝子も調査されています, しかし、16S RDNA分析はデータベースの深さのためにゴールドスタンダードのままです. 地球上の微生物の多様性の暗い領域に光を輝かせることによって、無数の発見を刺激し続けます. アプリケーションは、診断から生態系における微生物の役割のバイオプロスペクティックと理解にまで及びます, 健康, と病気.
rRNAは、生命の起源についての洞察を提供しますか?
一部の科学者は、RRNAがDNAおよび複雑な細胞の出現の前に地球上の最初の生命体で極めて重要な役割を果たした可能性があると推測しています. タンパク質合成の基礎を形成する自己複製および機能的に活性な分子として, RRNAまたはその祖先は、原始的なライフが数十億年の進化に比べてより複雑になる方法のブートストラップをどのようにブートストラップしたかのシナリオを表すことができます.
進行中の研究の目的は、今日生きている多様な生物にわたるRRNA構造機能の関係について、および古代から現在までの代謝および細胞の革新でそれらがどのように進化したかを学ぶことにより、手がかりを明らかにすることを目的としています.
RRNAを研究するための高度な技術とは何か?
RRNAの複雑さを与えられた, さまざまなスケールで無数の構造機能関係を照らすために多様な方法が採用されています:
- 次世代シーケンスにより、ドメイン全体のRRNA遺伝子配列が決定されます, 種間のバリアントの分類と特性評価を支援します.
- クライオエレクトロン顕微鏡とX線結晶学により、リボソーム全体またはドメイン全体のアコミック分解能構造が得られます, rRNA-rRNAおよびrRNA-タンパク質相互作用を明らかにします.
- 化学プロービングは、折り畳みにヌクレオチドの関与をマッピングします, 修飾剤に対する反応性の部位を介して、リガンドとの立体構造の変化と相互作用.
- 質量分析と結合した架橋は、組み立てられた粒子または反応中間体内の特定のタンパク質または他の生体分子と接触するRRNA領域を特定します.
- 単一分子FRETは、個々のrRNA分子の折り畳みを監視し、転座などの生化学プロセス中に立体構造シフトを検出します.
高度なテクノロジーからのマルチスケールの洞察を統合することは、前例のない深さの翻訳と細胞の恒常性に不可欠なRRNAの複雑な構造機能関係を解明することです. その基本的な重要性は、継続的なイノベーションを刺激します.
要約すれば, DNAは生命の核となる遺伝物質として最も有名ですが, それは名もないヒーローです – rrna – これにより、DNAコードを機能的分子に変換する重要なステップが保証され、細胞と生物がリボソームを介したタンパク質生産における本質的な役割を通じて生き残ることができます。. RRNAは、本当に生命そのものの不可欠なエンジンです.
