核醣體RNA, 也稱為rRNA, 構成 50% 典型細胞中的總RNA含量，並形成核醣體的關鍵成分. 它存在於三種主要類型 – 5S, 5.8S, 16S, 真核生物或5s中的28S rRNA, 16S, 和23S rRNA在原核生物中. 與核醣體和其他相關蛋白一起, 這些rRNA分子折疊並組裝成小核醣體亞基的特徵結構.
除了為核醣體架構提供大量物理腳手架, 不同rRNA分子內的不同功能區域直接促進翻譯的核心過程. 16s和23s的rRNA位於小型30S亞基中. 它們的保守序列形成了分子口袋，這些序列精確地配對了信符核苷酸，以初始解碼遺傳信息.
同時, 大型60s亞基中23s和28s rRNA內的催化中心驅動傳入氨基酸之間的肽鍵的形成. 通過一組協調的親核攻擊和質子轉移, 這些功能性rRNA結構域將一種氨基酸的羧基與另一個氨基酸的羧基群一起, 聚合新蛋白. 其他rRNA區域有助於穩定過渡狀態中間體和氨基化轉移RNA (trnas) 在伸長期間.
rRNA在核醣體中起什麼作用?
核醣體RNA, 也稱為rRNA, 彌補 60% 總核醣體. 它具有結構和催化功能. 各種rRNA分子提供了將兩個核醣體亞基固定在一起的物理腳手架.
另外, rRNA的特定區域具有酶活性，並直接促進蛋白質組裝過程中氨基酸連接在一起的反應. 沒有rRNA, 核醣體將沒有適當的3D體系結構或生化能力來執行其蛋白質生產的職責.
核醣體上的翻譯起始如何發生?
蛋白質合成的第一個主要步驟是翻譯起始. 這涉及與信使RNA的起始密碼子結合的小核醣體亞基 (信使RNA) 在開始因素的幫助下.
小亞基內的16S rRNA識別並與mRNA上的閃亮 - 達爾加諾序列對, 允許它滑入位置. 這個16S rRNA充當分子條形碼讀取器，以準確定位起始位點.
在翻譯過程中接下來會發生什麼?
一旦翻譯啟動完成, 伸長可以開始. 大型核醣體亞基在伸長因子的幫助下與小核醣體相結合.
轉移RNA (tRNA) 攜帶活化氨基酸的分子與mRNA密碼子匹配. 大量亞基中的23S rRNA催化了傳入氨基酸與生長多肽鏈之間的肽鍵形成.
氨基酰化過程, 選擇, 住宿和肽鍵形成沿mRNA模板重複自我，直到達到終止密碼子並進行翻譯終止.
如何表徵不同的rRNA類型?
所有核醣體都包含採用特徵性高階結構並精確組織以執行非冗餘功能的不同RRNA分子類型. 在大多數細菌中, 這些由5s組成, 16s和23s rRNA，而真核生物也有5.8和28s的品種. 生化分析揭示了每種分析的獨特特性:
5s rRNA – A 120 結合核醣體蛋白並折疊成緊湊的5螺旋束的核苷酸RNA，該束包裝到50S亞基的中央突起區域. 提供腳手架，並有助於坐標.
16s rRNA – 在〜1500個核苷酸, 它形成了30年代亞基的結構核心. 包含四個不同的域，它們折疊成二級結構元素，域間橋樑對於mRNA和tRNA相互作用至關重要.
23s rRNA – 〜2900核苷酸的最大rRNA. 在50年代的亞基內, 它採用特徵性的總L形狀，其中三個域包含許多高度保守的核苷酸序列. 這些核酸口袋採用適合催化肽鍵形成的構象.
5.8S和5S rRNA – 居住在60年代的亞基. 5.8s rRNA假設髮夾螺旋 - 髮夾結構和艾滋病組件. 5S rRNA, 雖然較小, 類似地結構化.
28s rRNA – 對活性位點有效的23S rRNA的真核等效物. 額外的擴展容器還具有其他肽轉移機制和調節元件.
結合結構, 突變和交聯研究揭示了亞基內每種rRNA類型的精確位置，並說明了它們在解碼過程中如何合作的不同位置, 校對和蛋白質產生.
如何在微生物學中使用16S rRNA?
16S rRNA基因測序通過啟用與培養無關的微生物鑑定和分類革命性的微生物學. 16S rRNA分子中的區域稱為高變化區域 (V1-V9) 在生物體之間顯示出核苷酸序列的可變性，但在物種中高度保守. 這使得V區理想的分子標記.
經過 聚合酶鍊式反應 從環境樣本中擴增16S rDNA並確定v3-v5區域的順序, 獲得的簽名可以通過BLAST對特徵性微生物分類單元的參考數據庫進行運行. 最接近匹配的數據庫指示了以前未經文化的微生物的系統發育認同.
這種強大的技術通過根據rRNA基因進化相關性分組新遇到的微生物來幫助定義生命之樹. 它允許在沒有培養的情況下快速檢測臨床和食物樣本的病原體. 科學家用它來探索以前在酸性礦山排水或熱液通風口等異國情調環境中隱藏的多樣性.
最近, 高通量16S rRNA擴增子測序革命性的微生物組研究. 它可以直接從微生物DNA中分析整個微生物群落的樣品，而沒有選擇性培養的偏見. 使用生物信息學管道處理下一代測序平台的輸出，以分類分配序列並比較環境之間的微生物組合, 宿主壁ni或治療組.
局限性包括無法解決影響覆蓋率的某些物種和底漆偏見. 現在也探索了其他標記基因, 但是16S rDNA分析仍然是由於數據庫深度引起的黃金標準. 它通過將光照射到地球上微生物多樣性的黑暗領域來繼續刺激無數發現. 應用範圍從診斷到生物培訓和了解微生物在生態系統中的作用, 健康, 和疾病.
rRNA是否可以深入了解生活的起源?
一些科學家推測rRNA可能在DNA和復雜細胞出現之前在地球上的第一種生命形式中發揮了關鍵作用. 作為構成蛋白質合成基礎的自我複制和功能活性分子, rrna或其祖先可以代表一種場景，即在數十億年的進化中，原始生命如何發展出更大的複雜性.
正在進行的研究旨在通過了解有關當今生活的各種生物的RRNA結構 - 功能關係的更多信息，以及如何隨著古代的代謝和蜂窩創新而發展的rRNA結構功能關係.
什麼是研究rRNA的高級技術?
考慮到rRNA的複雜性, 採用多種方法來照亮其在各種規模的眾多結構功能關係:
- 下一代測序決定跨域的rRNA基因序列, 協助分類學和物種之間變體的表徵.
- 冷凍電子顯微鏡和X射線晶體學產生整個核醣體或結構域的接近原子分辨率結構, 揭示rRNA-rRNA和rRNA-蛋白質相互作用.
- 化學探測地圖核苷酸參與折疊, 通過反應性的位點，構象變化和與配體的相互作用，以修飾劑.
- 交聯，與質譜法的連接點rRNA區域接觸特定蛋白質或其他生物分子組裝顆粒或反應中間體中的其他生物分子.
- 單分子fret監測單個rRNA分子的折疊並檢測構象轉移，例如易位過程.
從高級技術整合多尺度見解是揭示了rRNA的複雜結構 - 功能關係，對於翻譯和蜂窩穩態至關重要. 它的基本重要性啟發了正在進行的創新.
總之, 雖然DNA是生命的核心遺傳材料最著名的, 這是無名的英雄 – 核糖核酸 – 這樣可以確保將DNA代碼轉化為功能分子的關鍵步驟，該功能分子允許細胞和生物通過其通過核醣體在蛋白質生產中的重要作用中生存. rRNA確實是生活本身必不可少的引擎.
