Рибосомальная РНК, также известный как рРНК, составляет более 50% общего содержания РНК в типичной клетке и образует ключевой компонент рибосом.. Он существует в трех основных типах — 5С, 5.8С, 16С, и 28S рРНК у эукариот или 5S, 16С, и 23S рРНК у прокариот. Вместе с рибосомальными и другими ассоциированными белками, эти молекулы рРНК сворачиваются и собираются в характерные структуры малых и больших субъединиц рибосомы..
В дополнение к обеспечению большей части физической основы для архитектуры рибосом., отдельные функциональные области внутри разнообразных молекул рРНК напрямую облегчают основные процессы трансляции.. 16S и 23S рРНК располагаются в небольшой субъединице 30S, где они распознают инициирующие кодоны мРНК и рекрутируют другие факторы трансляции.. Их консервативные последовательности образуют молекулярные карманы, которые точно соединяют нуклеотиды-мессенджеры для первоначального декодирования генетических сообщений..
Тем временем, каталитические центры в 23S и 28S рРНК большой 60S субъединицы управляют образованием пептидных связей между поступающими аминокислотами.. Посредством ряда скоординированных нуклеофильных атак и переноса протонов., эти функциональные домены рРНК соединяют карбоксильную группу одной аминокислоты с аминогруппой другой., полимеризация новых белков. Другие области рРНК помогают стабилизировать промежуточные соединения переходного состояния и аминоацилированные транспортные РНК. (тРНК) во время удлинения.
Какую роль рРНК играет в рибосомах??
Рибосомальная РНК, также называется рРНК, составляет вокруг 60% всей рибосомы. Он выполняет как структурную, так и каталитическую функцию.. Различные молекулы рРНК обеспечивают физическую основу, удерживающую вместе две субъединицы рибосомы..
Кроме того, определенные участки рРНК ферментативно активны и непосредственно облегчают реакции, связанные с соединением аминокислот во время сборки белка.. Без рРНК, рибосома не будет иметь соответствующей трехмерной архитектуры или биохимических способностей для выполнения своих функций по производству белка..
Как происходит инициация трансляции на рибосомах?
Первым важным шагом в синтезе белка является инициация трансляции.. Это включает связывание малой субъединицы рибосомы со стартовым кодоном информационной РНК. (мРНК) с помощью факторов инициации.
16S рРНК в составе малой субъединицы распознает последовательность Шайна-Дальгарно на мРНК и спаривается с ней., позволяя ему скользить в нужное положение. Эта 16S рРНК действует как считыватель молекулярных штрих-кодов, позволяя точно определить место инициации..
Что происходит дальше в процессе перевода?
После завершения инициации перевода, удлинение может начаться. Большая субъединица рибосомы соединяется с малой с помощью факторов элонгации..
Транспортная РНК (тРНК) молекулы, несущие активированные аминокислоты, сопоставляются с кодонами мРНК.. 23S рРНК в большой субъединице катализирует образование пептидной связи между поступающей аминокислотой и растущей полипептидной цепью..
Этот процесс аминоацилирования, выбор, аккомодация и образование пептидной связи повторяются вдоль матрицы мРНК до тех пор, пока не будет достигнут стоп-кодон и не произойдет терминация трансляции..
Как характеризуются разные типы рРНК?
Все рибосомы содержат различные типы молекул рРНК, которые принимают характерные структуры более высокого порядка и точно организуются внутри субъединиц для выполнения неизбыточных функций.. У большинства бактерий, они состоят из 5S, 16S и 23S рРНК, в то время как у эукариотов также есть разновидности 5,8S и 28S.. Биохимические анализы выявили уникальные свойства каждого:
5S рРНК — А 120 нуклеотидная РНК, которая связывает рибосомальные белки и сворачивается в компактный пучок из 5 спиралей, который упаковывается в центральную область выступа субъединицы 50S.. Обеспечивает каркас и помогает координировать межсубъединичные движения..
16S рРНК — ~1500 нуклеотидов, он образует структурное ядро субъединицы 30S.. Содержит четыре отдельных домена, которые складываются в элементы вторичной структуры и междоменные мостики, имеющие решающее значение для взаимодействий мРНК и тРНК..
23S рРНК — Самая большая рРНК длиной ~2900 нуклеотидов.. В субъединице 50S, он принимает характерную общую L-форму с тремя доменами, содержащими множество высококонсервативных нуклеотидных последовательностей.. Эти карманы нуклеиновой кислоты принимают конформацию, подходящую для катализа образования пептидных связей..
5.8S и 5S рРНК — Проживает в подразделении 60S.. 5.8S-рРНК принимает структуру шпилька-спираль-шпилька и способствует сборке.. 5S рРНК, пока меньше, имеет аналогичную структуру.
28S рРНК — Эукариотический эквивалент 23S рРНК, вносящий вклад в активный центр.. Дополнительное расширение содержит дополнительные механизмы переноса пептидов и регуляторные элементы..
Объединение структурных, исследования мутаций и перекрестных связей выявили точное расположение каждого типа рРНК внутри субъединиц и проиллюстрировали, как их отдельные топологии взаимодействуют во время декодирования., корректура и производство белка.
Как 16S рРНК используется в микробиологии?
16Секвенирование гена S-рРНК произвело революцию в микробиологии, сделав возможным независимую от культивирования идентификацию и классификацию микроорганизмов.. Области внутри молекулы 16S рРНК, называемые гипервариабельными участками. (В1-В9) демонстрируют изменчивость нуклеотидной последовательности между организмами, но высоко консервативны внутри вида. Это делает V-области идеальными молекулярными маркерами..
К ПЦР амплификация 16S рДНК из образца окружающей среды и определение последовательности, скажем, областей V3-V5., полученную сигнатуру можно провести с помощью BLAST по справочным базам данных охарактеризованных микробных таксонов.. База данных, имеющая наиболее близкое совпадение, указывает на филогенетическую идентичность ранее некультивируемого микроба..
Этот мощный метод помог определить древо жизни, группируя вновь встречающиеся микробы на основе эволюционного родства генов рРНК.. Это позволило быстро обнаружить патогены в клинических и пищевых образцах без культивирования.. Ученые использовали его для изучения ранее скрытого разнообразия в экзотических средах, таких как кислые дренажи шахт или гидротермальные источники..
Совсем недавно, Высокопроизводительное секвенирование ампликона 16S рРНК произвело революцию в исследованиях микробиома. Это позволяет составлять профили целых микробных сообществ непосредственно на основе микробной ДНК в образцах без систематической ошибки, связанной с селективным культивированием.. Выходные данные платформ секвенирования следующего поколения обрабатываются с использованием конвейеров биоинформатики для таксономического назначения последовательностей и сравнения микробных комплексов в разных средах., принимающие ниши или лечебные группы.
Ограничения включают неспособность разрешить некоторые виды и предвзятости праймеров, влияющие на охват.. Сейчас исследуются и другие маркерные гены., но анализ 16S рДНК остается золотым стандартом из-за глубины базы данных.. Он продолжает стимулировать бесчисленные открытия, проливая свет на темное царство микробного разнообразия на Земле.. Область применения варьируется от диагностики до биоразведки и понимания роли микробов в экосистемах., здоровье, и болезнь.
Помогает ли рРНК понять происхождение жизни??
Некоторые ученые предполагают, что рРНК могла сыграть решающую роль в самых первых формах жизни на Земле до появления ДНК и сложных клеток.. Как самовоспроизводящаяся и функционально активная молекула, составляющая основу синтеза белка., рРНК или ее предки могут представлять собой сценарий того, как примитивная жизнь за миллиарды лет эволюции начала свой путь к большей сложности..
Продолжающиеся исследования направлены на то, чтобы найти подсказки, узнав больше о взаимоотношениях структуры и функции рРНК у различных организмов, живущих сегодня, и о том, как они развивались в ногу с метаболическими и клеточными инновациями от древнего прошлого до настоящего..
Что такое передовые методы изучения рРНК??
Учитывая сложность рРНК, используются разнообразные методы для освещения множества взаимосвязей между структурой и функцией в различных масштабах.:
- Секвенирование следующего поколения определяет последовательности генов рРНК в разных доменах., помощь в таксономии и характеристике вариантов между видами.
- Криоэлектронная микроскопия и рентгеновская кристаллография позволяют получить структуры целых рибосом или доменов с почти атомным разрешением., выявление взаимодействий рРНК-рРНК и рРНК-белок.
- Химическое исследование картирует участие нуклеотидов в сворачивании, конформационные изменения и взаимодействия с лигандами через сайты реакции с модифицирующими агентами.
- Сшивка в сочетании с масс-спектрометрией позволяет точно определить области рРНК, контактирующие со специфическими белками или другими биомолекулами внутри собранных частиц или промежуточных продуктов реакции..
- Одиночная молекула FRET контролирует сворачивание отдельных молекул рРНК и обнаруживает конформационные сдвиги во время биохимических процессов, таких как транслокация..
Интеграция многомасштабных знаний, полученных на основе передовых технологий, с беспрецедентной глубиной раскрывает сложные взаимосвязи между структурой и функцией рРНК, необходимые для трансляции и клеточного гомеостаза.. Его фундаментальное значение вдохновляет на постоянные инновации..
В итоге, в то время как ДНК наиболее известна как основной генетический материал жизни, это невоспетый герой — рРНК — Это обеспечивает критический этап преобразования кода ДНК в функциональные молекулы, которые позволяют клеткам и организмам выживать благодаря своей важной роли в производстве белка через рибосомы.. рРНК действительно является незаменимым двигателем самой жизни..
