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Ribossomos produzem proteínas, mas precisam de proteínas para serem produzidas?

Ribossomos produzem proteínas, mas precisam de proteínas para serem produzidas?



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Então, de acordo com meu livro:

O RNA é usado para criar o RNA ribossômico (conhecido como rRNA), que é então combinado com proteínas para formar os ribossomos necessários para a síntese de proteínas.

Estou um pouco confuso com essa afirmação, já que os ribossomos são necessários para sintetizar proteínas, mas, para criar ribossomos, as proteínas são necessárias em primeiro lugar. Como isso funciona, as proteínas necessárias para a criação do rRNA vêm de uma fonte diferente? Ou, ao sintetizar proteínas por meio dos ribossomos, produzirá mais proteínas do que o necessário para criar os ribossomos em primeiro lugar?

Além disso, onde as proteínas são sintetizadas? Em ribossomos citoplasmáticos ou em ribossomos ligados ao RER?

Obrigado!


Os ribossomos são o único meio que conhecemos pelos quais as células produzem proteínas. Consequentemente, tudo as proteínas são produzidas por um ribossomo, incluindo as proteínas que então se tornam parte de um novo ribossomo. Nunca é uma questão de "mais proteínas do que o necessário" porque existem diferentes tipos de proteínas e para fazer um ribossomo, você precisa desses tipos específicos de proteínas conhecidas como proteínas ribossômicas. O processo de fabricação de ribossomos é conhecido como biogênese de ribossomos.

Isso levanta a questão óbvia de onde uma célula obtém seus ribossomos quando "nasce". A resposta é simples: de seu pai. Quando uma célula se divide, cada célula filha é feita dos componentes do pai. O citoplasma também se divide e cada célula filha recebe mitocôndrias, ER, etc. da célula-mãe. Quando esses ribossomos se rompem, eles já terão produzido novas proteínas ribossômicas para novos ribossomos.

De acordo com esta revisão de 2017, parece que as proteínas ribossômicas feitas no citoplasma (ou seja, ribossomos citoplasmáticos) são transportadas para o nucléolo, onde são montadas com rRNA para fazer novos ribossomos, que então são exportados do núcleo para o citoplasma .


Ribossomos produzem proteínas, mas precisam de proteínas para serem produzidas? - Biologia

Figura 1. Os ribossomos são constituídos por uma grande subunidade (topo) e uma pequena subunidade (parte inferior). Durante a síntese de proteínas, os ribossomos reúnem aminoácidos em proteínas.

Ribossomos são as estruturas celulares responsáveis ​​pela síntese de proteínas. Quando vistos através de um microscópio eletrônico, os ribossomos aparecem como aglomerados (polirribossomos) ou pontos minúsculos únicos que flutuam livremente no citoplasma. Eles podem ser fixados no lado citoplasmático da membrana plasmática ou no lado citoplasmático do retículo endoplasmático e na membrana externa do envelope nuclear. A microscopia eletrônica nos mostrou que os ribossomos, que são grandes complexos de proteínas e RNA, consistem em duas subunidades, apropriadamente chamadas de grande e pequena (Figura 1). Os ribossomos recebem seus & # 8220orders & # 8221 para a síntese de proteínas a partir do núcleo onde o DNA é transcrito em RNA mensageiro (mRNA). O mRNA viaja para os ribossomos, que traduzem o código fornecido pela sequência das bases nitrogenadas do mRNA em uma ordem específica de aminoácidos em uma proteína. Os aminoácidos são os blocos de construção das proteínas.

Como a síntese de proteínas é uma função essencial de todas as células, os ribossomos são encontrados em praticamente todas as células. Os ribossomos são particularmente abundantes em células que sintetizam grandes quantidades de proteínas. Por exemplo, o pâncreas é responsável pela criação de várias enzimas digestivas e as células que as produzem contêm muitos ribossomos. Assim, vemos outro exemplo de forma seguindo a função.


Visão geral da expressão de proteínas

As proteínas são sintetizadas e reguladas dependendo da necessidade funcional da célula. Os projetos de proteínas são armazenados no DNA e decodificados por processos de transcrição altamente regulados para produzir RNA mensageiro (mRNA). A mensagem codificada por um mRNA é então traduzida em uma proteína. A transcrição é a transferência de informações do DNA para o mRNA, e a tradução é a síntese da proteína baseada em uma sequência especificada pelo mRNA.

Diagrama simples de transcrição e tradução. Isso descreve o fluxo geral de informações da sequência de pares de bases do DNA (gene) para a sequência polipeptídica de aminoácidos (proteína).

Em procariontes, o processo de transcrição e tradução ocorrem simultaneamente. A tradução do mRNA começa antes mesmo de um transcrito de mRNA maduro ser totalmente sintetizado. Esta transcrição e tradução simultâneas de um gene é denominada transcrição e tradução acopladas. Nos eucariotos, os processos são separados espacialmente e ocorrem sequencialmente, com a transcrição acontecendo no núcleo e a tradução, ou síntese protéica, ocorrendo no citoplasma.

Comparação da transcrição e tradução em procariotos vs. eucariotos.

Este manual de 118 páginas fornece informações abrangentes sobre a expressão de proteínas e o ajudará a escolher o sistema de expressão certo e tecnologias de purificação para sua aplicação e necessidades específicas. Obtenha dicas e truques ao iniciar um experimento e encontre respostas para problemas cotidianos relacionados à expressão de proteínas.

A transcrição ocorre em três etapas em procariotos e eucariotos: iniciação, alongamento e término. A transcrição começa quando o DNA de fita dupla é desenrolado para permitir a ligação da RNA polimerase. Assim que a transcrição é iniciada, a RNA polimerase é liberada do DNA. A transcrição é regulada em vários níveis por ativadores e repressores e também pela estrutura da cromatina nos eucariotos. Em procariotos, nenhuma modificação especial de mRNA é necessária e a tradução da mensagem começa antes mesmo que a transcrição seja concluída. Em eucariotos, no entanto, o mRNA é posteriormente processado para remover íntrons (splicing), adição de um cap na extremidade 5 'e múltiplas adeninas na extremidade do mRNA 3' para gerar uma cauda poliA. O mRNA modificado é então exportado para o citoplasma, onde é traduzido.

Tradução ou síntese de proteínas é um processo de várias etapas que requer macromoléculas como ribossomos, RNAs de transferência (tRNA), mRNA e fatores de proteína, bem como pequenas moléculas como aminoácidos, ATP, GTP e outros cofatores. Existem fatores específicos de proteína para cada etapa da tradução (consulte a tabela abaixo). O processo geral é semelhante em procariotos e eucariotos, embora existam diferenças específicas.

Durante a iniciação, a pequena subunidade do ribossomo ligada ao iniciador t-RNA varre o mRNA começando na extremidade 5 'para identificar e ligar o códon de iniciação (AUG). A grande subunidade do ribossomo se junta à pequena subunidade ribossômica para gerar o complexo de iniciação no códon de iniciação. Fatores de proteína, bem como sequências no mRNA, estão envolvidos no reconhecimento do códon de iniciação e na formação do complexo de iniciação. Durante o alongamento, os tRNAs se ligam a seus aminoácidos designados (conhecidos como carga de tRNA) e os transportam para o ribossomo, onde são polimerizados para formar um peptídeo. A sequência de aminoácidos adicionados ao peptídeo em crescimento depende da sequência de mRNA do transcrito. Finalmente, o polipeptídeo nascente é liberado na etapa de terminação quando o ribossomo atinge o códon de terminação. Nesse ponto, o ribossomo é liberado do mRNA e está pronto para iniciar outra rodada de tradução.


15.5 Ribossomos e síntese de proteínas

Nesta seção, você explorará as seguintes questões:

  • Quais são as diferentes etapas sequenciais na síntese de proteínas?
  • Qual é o papel dos ribossomos na síntese de proteínas?

Conexão para Cursos AP ®

Depois que a informação no gene foi transcrita para o mRNA, ela está pronta para ser traduzida para o polipeptídeo. Os atores na tradução incluem o modelo de mRNA, ribossomos, moléculas de tRNA, aminoácidos e várias enzimas. Os ribossomos consistem em subunidades pequenas e grandes de proteína e rRNA que se ligam ao mRNA, muitos ribossomos podem se mover ao longo do mesmo mRNA de cada vez. A tradução começa no AUG inicial no mRNA, especificando metionina, o primeiro aminoácido em qualquer polipeptídeo. Cada aminoácido é transportado para o ribossomo ligando-se a uma molécula específica de tRNA. Uma molécula de tRNA geralmente é representada como uma folha de trevo, com um anticódon em uma extremidade e o local de fixação do aminoácido na outra. As enzimas de carregamento de aminoácidos garantem que o aminoácido correto seja anexado ao tRNA correto. Os anticódons no tRNA são complementares aos códons no mRNA, por exemplo, o anticódon AAA no tRNA corresponde a TTT no mRNA. Os aminoácidos sequenciais são ligados por ligações peptídicas. O mRNA é traduzido, alongando o polipeptídeo, até que um códon STOP ou sem sentido seja alcançado. Quando isso acontece, um fator de liberação dissocia os componentes e libera o novo polipeptídeo. O dobramento da proteína ocorre durante e após a tradução. Uma vez que um polipeptídeo é sintetizado, seu papel como uma proteína é estabelecido, como a determinação de um fenótipo físico de um organismo.

As informações apresentadas e os exemplos destacados na seção apoiam os conceitos delineados na Grande Ideia 3 do AP ® Biology Curriculum Framework. Os Objetivos de Aprendizagem listados na Estrutura do Currículo fornecem uma base transparente para o curso AP ® Biologia, uma experiência laboratorial baseada em investigação, atividades instrucionais e questões do Exame AP ®. Um objetivo de aprendizagem mescla o conteúdo necessário com uma ou mais das sete práticas científicas.

Grande Ideia 3 Os sistemas vivos armazenam, recuperam, transmitem e respondem às informações essenciais aos processos vitais.
Compreensão Duradoura 3.A As informações herdáveis ​​proporcionam a continuidade da vida.
Conhecimento Essencial 3.A.1 O DNA e, em alguns casos, o RNA, é a fonte primária de informações hereditárias.
Prática de Ciências 1.2 O aluno pode descrever representações e modelos de fenômenos naturais ou feitos pelo homem e sistemas no domínio.
Objetivo do aprendizado 3.4 O aluno é capaz de descrever representações e modelos que ilustram como a informação genética é traduzida em polipeptídeos.
Conhecimento Essencial 3.A.1 O DNA e, em alguns casos, o RNA, é a fonte primária de informações hereditárias.
Prática de Ciências 6.4 O aluno pode fazer afirmações e previsões sobre fenômenos naturais com base em teorias e modelos científicos.
Objetivo do aprendizado 3.6 O aluno pode prever como uma mudança em uma sequência específica de DNA ou RNA pode resultar em mudanças na expressão do gene.

Apoio ao Professor

Crie modelos de síntese de proteínas com os seguintes itens:

  • Limpadores de tubos para RNA ligando várias unidades para representar mRNA e torcendo algumas para representar tRNAs
  • Bolas de algodão ou outros suprimentos para representar os ribossomos
  • Contas coloridas para representar aminoácidos e nucleotídeos

Pergunte aos alunos quais desafios específicos devem enfrentar as aminoacil tRNA sintetases. As enzimas devem reconhecer o anticódon, o aminoácido que corresponde a esse anticódon e o sítio aceptor de tRNA.

Peça aos alunos para comparar e contrastar caixas TATA e sequências de Kozak. Ambos são baseados em sequências de consenso. As caixas TATÁ estão associadas a promotores e sequências de Kozak com a ligação dos ribossomos.

O RNA nos ribossomos catalisa a formação da ligação peptídica. Este é um bom exemplo de ribozima, uma molécula de RNA que atua como uma enzima. Os alunos podem ter ouvido que todas as enzimas são proteínas. Esta é uma oportunidade para esclarecer o ponto. A enzima envolvida no splicing de íntrons é outro exemplo de RNA com propriedades catalíticas.

As Questões do Desafio da Prática de Ciências contêm questões de teste adicionais para esta seção que o ajudarão a se preparar para o exame AP. Essas questões abordam os seguintes padrões:
[APLO 1.16] [APLO 4.22] [APLO 3.6]

A síntese de proteínas consome mais energia da célula do que qualquer outro processo metabólico. Por sua vez, as proteínas são responsáveis ​​por mais massa do que qualquer outro componente dos organismos vivos (com exceção da água), e as proteínas desempenham praticamente todas as funções de uma célula. O processo de tradução, ou síntese de proteínas, envolve a decodificação de uma mensagem de mRNA em um produto polipeptídico. Os aminoácidos são covalentemente unidos pela interligação de ligações peptídicas em comprimentos que variam de aproximadamente 50 resíduos de aminoácidos a mais de 1.000. Cada aminoácido individual possui um grupo amino (NH2) e um grupo carboxil (COOH). Os polipeptídeos são formados quando o grupo amino de um aminoácido forma uma ligação amida (isto é, peptídeo) com o grupo carboxila de outro aminoácido (Figura 15.16). Essa reação é catalisada por ribossomos e gera uma molécula de água.

A máquina de síntese de proteínas

Além do modelo de mRNA, muitas moléculas e macromoléculas contribuem para o processo de tradução. A composição de cada componente pode variar entre as espécies, por exemplo, os ribossomos podem consistir em diferentes números de rRNAs e polipeptídeos, dependendo do organismo. No entanto, as estruturas e funções gerais da maquinaria de síntese de proteínas são comparáveis ​​das bactérias às células humanas. A tradução requer a entrada de um modelo de mRNA, ribossomos, tRNAs e vários fatores enzimáticos.

Link para aprendizagem

Clique nas etapas deste PBS interativo para ver a síntese de proteínas em ação.

  1. Devido à falta de proteínas na dieta, nosso corpo não será capaz de formar outras proteínas, portanto, ele irá conservar a proteína que possui para uso crítico, levando à queda de cabelo.
  2. A falta de proteína na dieta pode enfraquecer o sistema imunológico, levando à queda de cabelo.
  3. Devido à falta de proteína na dieta, há perda de energia, levando à queda de cabelo.
  4. A falta de proteína na dieta levará à quebra das ligações dissulfeto entre as proteínas, levando à queda de cabelo.

Ribossomos

Mesmo antes de um mRNA ser traduzido, uma célula deve investir energia para construir cada um de seus ribossomos. No E. coli, existem entre 10.000 e 70.000 ribossomos presentes em cada célula em um determinado momento. Um ribossomo é uma macromolécula complexa composta de rRNAs estruturais e catalíticos e muitos polipeptídeos distintos. Em eucariotos, o nucléolo é completamente especializado para a síntese e montagem de rRNAs.

Os ribossomos existem no citoplasma em procariotos e no citoplasma e no retículo endoplasmático rugoso em eucariotos. As mitocôndrias e os cloroplastos também têm seus próprios ribossomos na matriz e no estroma, que se parecem mais com os ribossomos procarióticos (e têm sensibilidades semelhantes às drogas) do que os ribossomos logo fora de suas membranas externas no citoplasma. Os ribossomos se dissociam em subunidades grandes e pequenas quando não estão sintetizando proteínas e se reassociam durante o início da tradução. No E. coli, a subunidade pequena é descrita como 30S e a subunidade grande é 50S, para um total de 70S (lembre-se de que as unidades de Svedberg não são aditivas). Os ribossomos de mamíferos têm uma pequena subunidade 40S e uma grande subunidade 60S, para um total de 80S. A subunidade pequena é responsável pela ligação ao molde de mRNA, enquanto a subunidade grande se liga sequencialmente aos tRNAs. Cada molécula de mRNA é traduzida simultaneamente por muitos ribossomos, todos sintetizando proteínas na mesma direção: lendo o mRNA de 5 'para 3' e sintetizando o polipeptídeo do terminal N para o terminal C. A estrutura completa do mRNA / poli-ribossomo é chamada de polissoma.

TRNAs

Os tRNAs são moléculas de RNA estruturais que foram transcritas de genes pela RNA polimerase III. Dependendo da espécie, 40 a 60 tipos de tRNAs existem no citoplasma. Servindo como adaptadores, tRNAs específicos se ligam a sequências no molde de mRNA e adicionam o aminoácido correspondente à cadeia polipeptídica. Portanto, os tRNAs são as moléculas que realmente “traduzem” a linguagem do RNA para a linguagem das proteínas.

Dos 64 códons de mRNA possíveis - ou combinações triplas de A, U, G e C - três especificam a terminação da síntese de proteínas e 61 especificam a adição de aminoácidos à cadeia polipeptídica. Destes 61, um códon (AUG) também codifica o início da tradução. Cada anticódon de tRNA pode emparelhar com um dos códons de mRNA e adicionar um aminoácido ou terminar a tradução, de acordo com o código genético. Por exemplo, se a sequência CUA ocorresse em um molde de mRNA no quadro de leitura adequado, ela se ligaria a um tRNA que expressa a sequência complementar, GAU, que estaria ligada ao aminoácido leucina.

Como moléculas adaptadoras de tradução, é surpreendente que os tRNAs possam caber tanta especificidade em um pacote tão pequeno. Considere que os tRNAs precisam interagir com três fatores: 1) eles devem ser reconhecidos pela aminoacil sintetase correta (veja abaixo) 2) eles devem ser reconhecidos pelos ribossomos e 3) eles devem se ligar à sequência correta no mRNA.

Aminoacil ARNt sintetases

O processo de síntese do pré-tRNA pela RNA polimerase III cria apenas a porção de RNA da molécula adaptadora. O aminoácido correspondente deve ser adicionado posteriormente, uma vez que o tRNA é processado e exportado para o citoplasma. Através do processo de “carregamento” do tRNA, cada molécula de tRNA é ligada ao seu aminoácido correto por um grupo de enzimas chamadas aminoacil tRNA sintetases. Existe pelo menos um tipo de aminoacil tRNA sintetase para cada um dos 20 aminoácidos. O número exato de aminoacil tRNA sintetases varia por espécie. Essas enzimas primeiro se ligam e hidrolisam ATP para catalisar uma ligação de alta energia entre um aminoácido e monofosfato de adenosina (AMP). Uma molécula de pirofosfato é expelida nesta reação. O aminoácido ativado é então transferido para o tRNA e o AMP é liberado.

O mecanismo de síntese de proteínas

Tal como acontece com a síntese de mRNA, a síntese de proteínas pode ser dividida em três fases: iniciação, alongamento e término. O processo de tradução é semelhante em procariontes e eucariotos. Aqui, vamos explorar como ocorre a tradução em E. coli, um procariota representativo e especificar quaisquer diferenças entre a tradução procariótica e eucariótica.

Iniciação da Tradução

No E. coli O mRNA, uma sequência a montante do primeiro códon AUG, chamada de sequência Shine-Dalgarno (AGGAGG), interage com as moléculas de rRNA que compõem o ribossomo. Esta interação ancora a subunidade ribossômica 30S no local correto no modelo de mRNA. Trifosfato de guanosina (GTP), que é um trifosfato de nucleotídeo de purina, atua como uma fonte de energia durante a tradução - tanto no início do alongamento quanto durante a translocação do ribossomo.

Em eucariotos, um complexo de iniciação semelhante se forma, compreendendo mRNA, a pequena subunidade ribossômica 40S, IFs e trifosfatos de nucleosídeo (GTP e ATP). O iniciador tRNA carregado, denominado Met-tRNAeu, não se liga a fMet em eucariotos, mas é diferente de outros Met-tRNAs por poder ligar IFs.

Em vez de se depositar na sequência Shine-Dalgarno, o complexo de iniciação eucariótica reconhece o cap 7-metilguanosina na extremidade 5 'do mRNA. Uma proteína de ligação ao cap (CBP) e vários outros IFs auxiliam no movimento do ribossomo para o cap 5 '. Uma vez no limite, o complexo de iniciação segue ao longo do mRNA na direção de 5 'para 3', procurando o códon de início de AUG. Muitos mRNAs eucarióticos são traduzidos do primeiro AUG, mas nem sempre é esse o caso. De acordo com as regras de Kozak, os nucleotídeos em torno do AUG indicam se é o códon de início correto. As regras de Kozak afirmam que a seguinte sequência de consenso deve aparecer em torno do AUG dos genes de vertebrados: 5'-gccRccAUGG-3 '. O R (para purina) indica um local que pode ser A ou G, mas não pode ser C ou U. Essencialmente, quanto mais próxima a sequência estiver desse consenso, maior será a eficiência da tradução.

Uma vez que o AUG apropriado é identificado, as outras proteínas e CBP se dissociam, e a subunidade 60S se liga ao complexo de Met-tRNAeu, mRNA e a subunidade 40S. Esta etapa completa o início da tradução em eucariotos.

Tradução, alongamento e rescisão

Em procariotos e eucariotos, os princípios básicos do alongamento são os mesmos, portanto, revisaremos o alongamento da perspectiva de E. coli. A subunidade ribossômica 50S de E. coli consiste em três compartimentos: o sítio A (aminoacil) liga os aminoacil tRNAs carregados de entrada. O sítio P (peptidil) se liga a tRNAs carregados contendo aminoácidos que formaram ligações peptídicas com a cadeia polipeptídica em crescimento, mas ainda não se dissociaram de seu tRNA correspondente. O sítio E (saída) libera tRNAs dissociados para que possam ser recarregados com aminoácidos livres. Há uma exceção a esta linha de montagem de tRNAs: em E. coli, f M e t - t R N A f M e t f M e t - t R N A f M e t é capaz de entrar no local P diretamente, sem primeiro entrar no local A. Da mesma forma, o Met-tRNA eucarióticoeu, com a ajuda de outras proteínas do complexo de iniciação, liga-se diretamente ao sítio P. Em ambos os casos, isso cria um complexo de iniciação com um local A livre pronto para aceitar o tRNA correspondente ao primeiro códon após o AUG.

Durante o alongamento da tradução, o modelo de mRNA fornece especificidade. À medida que o ribossomo se move ao longo do mRNA, cada códon de mRNA entra em registro e a ligação específica com o anticódon de tRNA carregado correspondente é assegurada. Se o mRNA não estivesse presente no complexo de alongamento, o ribossomo se ligaria aos tRNAs de forma não específica.

O alongamento prossegue com tRNAs carregados entrando no local A e, em seguida, mudando para o local P seguido pelo local E com cada "etapa" de códon único do ribossomo. As etapas ribossomais são induzidas por mudanças conformacionais que avançam o ribossomo em três bases na direção 3 '. A energia para cada etapa do ribossomo é doada por um fator de alongamento que hidrolisa o GTP. As ligações peptídicas se formam entre o grupo amino do aminoácido ligado ao tRNA do local A e o grupo carboxila do aminoácido ligado ao tRNA do local P. A formação de cada ligação peptídica é catalisada pela peptidil transferase, uma enzima baseada em RNA que é integrada na subunidade ribossômica 50S. A energia para cada formação de ligação peptídica é derivada da hidrólise do GTP, que é catalisada por um fator de alongamento separado. O aminoácido ligado ao tRNA do sítio P também está ligado à crescente cadeia polipeptídica. À medida que o ribossomo atravessa o mRNA, o antigo tRNA do local P entra no local E, se desprende do aminoácido e é expelido (Figura 15.17). Incrivelmente, o E. coli O aparelho de tradução leva apenas 0,05 segundos para adicionar cada aminoácido, o que significa que uma proteína de 200 aminoácidos pode ser traduzida em apenas 10 segundos.


Rastreando as pegadas da síntese de proteínas

Os pesquisadores estão rastreando essas grandes máquinas moleculares, seguindo suas trilhas de síntese de proteínas para determinar com que precisão as células produzem seus componentes protéicos. Construir muito poucos pode perturbar o crescimento, metabolismo e manutenção, enquanto muitos podem ser um desperdício e potencialmente tóxico. Se as células eucarióticas ajustam sua expressão gênica para produzir apenas o suficiente de cada proteína permanece uma questão de longa data.

As bactérias parecem gerar os níveis exatos necessários para funcionar - nem mais, nem menos. No entanto, organismos mais complexos têm diferentes necessidades metabólicas, meios para controlar a expressão gênica e maneiras de eliminar proteínas indesejadas, talvez engendrando uma estratégia diferente para garantir os níveis corretos de proteína. Usando uma combinação de seus próprios experimentos e bancos de dados de acesso aberto, uma dupla de cientistas do Departamento de Biologia do MIT objetivou estabelecer como precisamente as células de organismos como levedura, peixe-zebra, camundongos e humanos ajustam sua produção de proteína. Essas células eucarióticas geram quantidades precisas de proteína ou fazem aproximadamente a quantidade correta e dependem de processos como a degradação para eliminar o excesso?

Para responder a esta pergunta, os pesquisadores refinaram uma técnica existente, conhecida como perfil de ribossomo, para quantificar as taxas de síntese de proteínas rastreando as pegadas do ribossomo. Eles ficaram intrigados ao descobrir que, para as proteínas que estudaram, os eucariotos ajustavam com precisão sua produção de proteínas, assim como as bactérias. Apesar das diferenças fundamentais entre esses organismos, eles compartilhavam uma estratégia básica.

“Temos a tendência de pensar na expressão do gene como uma linha de produção, transformando a informação genética em máquinas de proteínas bem definidas”, diz Gene-Wei Li, professor assistente de biologia e autor sênior do estudo. “Mas, na verdade, ainda não está claro se todos os organismos ou todas as células operam sob os mesmos princípios de produção de proteínas. O ímpeto deste estudo foi entender se as proteínas são feitas com tanta precisão em eucariotos quanto em bactérias, ao mesmo tempo em que resolve ambigüidades nos métodos existentes para medir as taxas de síntese de proteínas. ”

O aluno de pós-graduação James Taggart foi o primeiro autor deste estudo, que aparece na revista Sistemas Celulares em 12 de dezembro.

Um caso claro de síntese proporcional

Em 2014, quando Li ainda era pós-doutorado na Universidade da Califórnia em San Francisco, ele e seus colegas começaram a medir as taxas de síntese de proteínas em bactérias. Eles examinaram as subunidades de complexos multi-proteínas em Escherichia coli, e mostraram que as bactérias operavam sob leis de síntese proporcional - o que significa que estavam gerando proteínas na proporção exata necessária para a função celular. Se as bactérias produzem muito por algum motivo, uma via de degradação é ativada para quebrar essas subunidades, mas esse processo constitui mais um sistema de segurança do que o meio primário de regular a abundância de proteínas.

No presente estudo, Li e Taggart tiveram como objetivo fazer medições semelhantes em eucariotos, começando com a levedura de brotamento. Eles usaram a mesma técnica de Li em 2014 - perfil de ribossomo - mas com algumas modificações.

Desenvolvido em 2009, o perfil do ribossomo permite aos pesquisadores capturar um instantâneo de quais mRNAs estão sendo traduzidos em um único momento no tempo. Ao usar drogas que literalmente param os ribossomos em seu caminho, os cientistas podem congelar essas máquinas moleculares no lugar e destruir qualquer mRNA desprotegido que não esteja ocupado (e, portanto, protegido) por um ribossomo estagnado. Os fragmentos de mRNA - as pegadas do ribossomo - podem ser sequenciados para fornecer um código de barras que identifica quais proteínas estavam sendo feitas. A densidade dessas pegadas revela as taxas de síntese de cada proteína em relação às outras.

Embora o perfil do ribossomo tenha revolucionado nossa capacidade de avaliar a síntese de proteínas em todo o genoma, às vezes é difícil mapear cada fragmento de mRNA de volta à sua localização original no genoma e ao produto proteico ao qual ele corresponde. Uma porção de um gene pode ter uma sequência que é idêntica a outro gene que codifica uma proteína totalmente separada.

Foi aqui que Taggart alterou ligeiramente a abordagem: ele excluiu esses fragmentos de mRNA ambíguos em sua análise e apenas contou as pegadas de ribossomo únicas que ele poderia rastrear até proteínas específicas. Ele então dividiu o número de pegadas de ribossomo pelo comprimento do gene, menos as sequências ambíguas e as regiões de íntron não codificantes. Embora as abordagens analíticas mais comuns falhem em explicar com precisão essas pegadas ambíguas, Taggart apenas considerou o que ele chama de pegadas "significativas" que ele poderia mapear para regiões específicas do genoma. Como resultado, suas modificações geraram taxas de síntese mais precisas.

Ele finalmente fez a curadoria de uma lista abrangente de cerca de 500 proteínas em levedura, compreendendo cerca de 100 diferentes complexos de proteínas. Enquanto ele monitorava a produção de proteína da levedura, parecia que eles produziam a quantidade certa de subunidades para completar o complexo - nem mais, nem menos. Foi um caso claro de síntese proporcional.

Sobrecarga de proteína

Depois de ajustar seu método de quantificação da produção de proteína, os pesquisadores se perguntaram o que aconteceria se eles perturbassem o equilíbrio da síntese cuidadosa da célula. Os eucariotos têm um mecanismo difundido para regular a quantidade de proteína que produzem?

Embora a levedura normalmente tenha apenas 16 cromossomos, com a ajuda do laboratório de Angelika Amon, os pesquisadores duplicaram cada um deles, um de cada vez, para que a célula tivesse a capacidade de construir o dobro de proteínas usando a informação genética desse cromossomo extra. Em humanos, esse tipo de desequilíbrio, conhecido como aneuploidia, pode levar a distúrbios como a síndrome de Down.

Em vez de detectar o excesso de proteína e subsequentemente reduzir a produção, a levedura não iniciou nenhuma comunicação interna para encerrar as operações no nível de transcrição ou tradução. Isso vai contra o que é observado em algumas bactérias.

“Foi interessante ver que as bactérias e as leveduras produzem a quantidade exata de proteína de que precisam”, diz Taggart, “embora as maneiras como garantem a síntese precisa sejam diferentes. Muitos genes bacterianos possuem os loops de feedback negativo que a levedura parece não ter. ”

Usando dados de bancos de dados de acesso aberto, os pesquisadores também identificaram a síntese proporcional em eucariotos superiores, incluindo peixe-zebra, camundongos e humanos para as subunidades que examinaram de três grandes complexos de proteínas altamente conservados. Apesar da clara diferença fisiológica e genética entre os organismos, os complexos foram produzidos nas proporções certas. A única exceção foi durante o desenvolvimento embrionário do peixe-zebra, quando os pesquisadores concluíram que a produção de proteína pode não ser proporcional. Isso significava que os requisitos para a síntese proporcional podem variar ao longo da vida de um organismo, dependendo da idade, disponibilidade de nutrientes e estresse.

“Talvez essa precisão seja algo que possamos aprender com a biologia”, diz Li. Uma vez que os pesquisadores entendam completamente como as células ajustam sua produção de proteínas, ele explica, eles podem aplicar esse conhecimento para projetar suas próprias moléculas e caminhos.

Eduardo Torres, professor assistente de biologia molecular, celular e do câncer na Escola de Medicina da Universidade de Massachusetts, diz que esses requisitos são conservados de bactérias para humanos, “sugerindo que a pressão evolutiva para produzir quantidades de proteína com eficiência é um aspecto fundamental da biologia celular. "

“O próximo passo seria entender os mecanismos por trás da síntese balanceada de complexos protéicos”, diz Torres, que não participou do estudo. “Futuros estudos integrando o conhecimento de vários aspectos da regulação da expressão gênica serão necessários para entender como as células ajustam a expressão de cada subunidade de um determinado complexo.”

Taggart também considera suas descobertas convincentes de uma perspectiva evolucionária. “Parece que os eucariotos também evoluíram sob pressão para atingir essa síntese proporcional, embora sejam diferentes das bactérias em tantas outras maneiras”, diz ele. “Em todos os domínios da vida, a síntese de proteínas é tanto um motor de proliferação quanto um centro de regulação.”

A pesquisa foi apoiada por uma bolsa do National Institutes of Health (NIH), o Pew Biomedical Scholars Program, Sloan Research Fellowship, Searle Scholars Program, Smith Family Award por Excelência em Pesquisa Biomédica, National Science Foundation Graduate Research Fellowship e um NIH Pre- Bolsa de Estágio de Doutorado.


Conteúdo

A sequência de DNA que codifica a sequência de aminoácidos em uma proteína é transcrita em uma cadeia de RNA mensageiro. Os ribossomos se ligam a RNAs mensageiros e usam suas sequências para determinar a sequência correta de aminoácidos para gerar uma determinada proteína. Os aminoácidos são selecionados e transportados para o ribossomo por moléculas de RNA de transferência (tRNA), que entram no ribossomo e se ligam à cadeia de RNA mensageiro por meio de uma alça de haste anti-códon. Para cada tripleto de codificação (códon) no RNA mensageiro, há um RNA de transferência que corresponde e carrega o aminoácido correto para incorporação em uma cadeia polipeptídica em crescimento. Uma vez que a proteína é produzida, ela pode então dobrar para produzir uma estrutura tridimensional funcional.

Um ribossomo é feito de complexos de RNAs e proteínas e, portanto, é um complexo de ribonucleoproteína. Cada ribossomo é composto por componentes pequenos (30S) e grandes (50S) chamados subunidades que estão ligados uns aos outros:

  1. (30S) tem principalmente uma função de decodificação e também está ligado ao mRNA
  2. (50S) tem principalmente uma função catalítica e também está ligado aos tRNAs aminoacilados.

A síntese de proteínas a partir de seus blocos de construção ocorre em quatro fases: iniciação, alongamento, terminação e reciclagem. O códon de iniciação em todas as moléculas de mRNA possui a sequência AUG. O códon de parada é um de UAA, UAG ou UGA, uma vez que não há moléculas de tRNA que reconhecem esses códons, o ribossomo reconhece que a tradução está completa. [5] Quando um ribossomo termina de ler uma molécula de mRNA, as duas subunidades se separam e geralmente são quebradas, mas podem ser reutilizadas. Os ribossomos são ribozimas, porque a atividade catalítica da peptidiltransferase que liga os aminoácidos é realizada pelo RNA ribossômico. Os ribossomos são frequentemente associados às membranas intracelulares que constituem o retículo endoplasmático rugoso.

Ribossomos de bactérias, arquéias e eucariotos no sistema de três domínios se assemelham a um grau notável, evidência de uma origem comum. Eles diferem em tamanho, sequência, estrutura e proporção de proteína para RNA. As diferenças na estrutura permitem que alguns antibióticos matem as bactérias inibindo seus ribossomos, enquanto não afetam os ribossomos humanos. Em todas as espécies, mais de um ribossomo pode se mover ao longo de uma única cadeia de mRNA ao mesmo tempo (como um polissoma), cada um "lendo" uma sequência específica e produzindo uma molécula de proteína correspondente.

Os ribossomos mitocondriais das células eucarióticas se assemelham funcionalmente a muitas características das bactérias, refletindo a provável origem evolutiva das mitocôndrias. [6] [7]

Os ribossomos foram observados pela primeira vez em meados da década de 1950 pelo biólogo celular romeno-americano George Emil Palade, usando um microscópio eletrônico, como partículas densas ou grânulos. [8] O termo "ribossomo" foi proposto pelo cientista Richard B. Roberts no final da década de 1950:

Durante o curso do simpósio, uma dificuldade semântica tornou-se aparente. Para alguns dos participantes, "microssomas" significam as partículas de ribonucleoproteína da fração de microssomas contaminadas por outra proteína e material lipídico para outros, os microssomas consistem em proteínas e lipídios contaminados por partículas. A frase "partículas microssômicas" não parece adequada, e "partículas de ribonucleoproteína da fração microssomal" é muito estranha. Durante o encontro, foi sugerida a palavra "ribossomo", que tem um nome muito satisfatório e um som agradável. A presente confusão seria eliminada se "ribossomo" fosse adotado para designar partículas de ribonucleoproteína em tamanhos que variam de 35 a 100S.

Albert Claude, Christian de Duve e George Emil Palade receberam conjuntamente o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina, em 1974, pela descoberta do ribossomo. [10] O Prêmio Nobel de Química de 2009 foi concedido a Venkatraman Ramakrishnan, Thomas A. Steitz e Ada E. Yonath por determinar a estrutura detalhada e o mecanismo do ribossomo. [11]

O ribossomo é uma máquina celular complexa. É amplamente composto de RNA especializado conhecido como RNA ribossômico (rRNA), bem como dezenas de proteínas distintas (o número exato varia ligeiramente entre as espécies). As proteínas ribossômicas e os rRNAs são organizados em duas partes ribossômicas distintas de tamanhos diferentes, geralmente conhecidas como subunidades grandes e pequenas do ribossomo. Os ribossomos consistem em duas subunidades que se encaixam (Figura 2) e funcionam como uma só para traduzir o mRNA em uma cadeia polipeptídica durante a síntese de proteínas (Figura 1). Como são formados por duas subunidades de tamanho não igual, eles são ligeiramente mais longos no eixo do que no diâmetro.

Ribossomos bacterianos Editar

Os ribossomos bacterianos têm cerca de 20 nm (200 Å) de diâmetro e são compostos por 65% de rRNA e 35% de proteínas ribossômicas. [12] Os ribossomos eucarióticos têm entre 25 e 30 nm (250–300 Å) de diâmetro com uma relação rRNA-para-proteína próxima de 1. [13] Trabalho cristalográfico [14] mostrou que não há proteínas ribossômicas próximas para o local da reação para a síntese do polipeptídeo. Isso sugere que os componentes proteicos dos ribossomos não participam diretamente da catálise de formação de ligações peptídicas, mas sim que essas proteínas atuam como um arcabouço que pode aumentar a capacidade do rRNA de sintetizar proteínas (ver: Ribozima).

As subunidades ribossômicas de bactérias e eucariotos são bastante semelhantes. [16]

A unidade de medida usada para descrever as subunidades ribossômicas e os fragmentos de rRNA é a unidade de Svedberg, uma medida da taxa de sedimentação na centrifugação, e não do tamanho. Isso explica por que os nomes dos fragmentos não somam: por exemplo, os ribossomos 70S bacterianos são feitos de subunidades 50S e 30S.

As bactérias têm ribossomos 70S, cada um consistindo em uma subunidade pequena (30S) e uma grande (50S). E. coli, por exemplo, tem uma subunidade de RNA 16S (consistindo em 1540 nucleotídeos) que está ligada a 21 proteínas. A grande subunidade é composta por uma subunidade de RNA 5S (120 nucleotídeos), uma subunidade de RNA 23S (2900 nucleotídeos) e 31 proteínas. [16]

Ribossomo de E. coli (uma bactéria) [17]: 962
ribossomo subunidade rRNAs r-proteínas
70S ANOS 50 23S (2904 nt) 31
5S (120 nt)
30S 16S (1542 nt) 21

Marcador de afinidade para os locais de ligação de tRNA no E. coli O ribossomo permitiu a identificação de proteínas do local A e P mais provavelmente associadas à atividade da peptidiltransferase. As proteínas marcadas são L27, L14, L15, L16, L2, pelo menos L27 está localizado no sítio doador, como mostrado por E. Collatz e A.P. Czernilofsky. [18] [19] Pesquisas adicionais demonstraram que as proteínas S1 e S21, em associação com a extremidade 3 'do RNA ribossômico 16S, estão envolvidas na iniciação da tradução. [20]

Ribossomos Archaeal Editar

Os ribossomos arqueados compartilham as mesmas dimensões gerais dos de bactérias, sendo um ribossomo 70S composto de uma subunidade grande 50S, uma subunidade pequena 30S e contendo três cadeias de rRNA. No entanto, no nível da sequência, eles estão muito mais próximos dos eucarióticos do que dos bacterianos. Cada arqueia ribossômica extra comparada às bactérias tem uma contraparte eucariótica, enquanto nenhuma relação desse tipo se aplica entre arquéias e bactérias. [21]

Ribossomos eucarióticos Editar

Os eucariotos têm ribossomos 80S localizados em seu citosol, cada um consistindo em uma subunidade pequena (40S) e uma grande (60S). Sua subunidade 40S tem um RNA 18S (1900 nucleotídeos) e 33 proteínas. [22] [23] A subunidade grande é composta de subunidades de RNA 5S (120 nucleotídeos), RNA 28S (4700 nucleotídeos), RNA 5.8S (160 nucleotídeos) e 46 proteínas. [16] [22] [24]

ribossomos citosólicos eucarióticos (R. norvegicus) [17] : 65
ribossomo subunidade rRNAs r-proteínas
ANOS 80 ANOS 60 28S (4718 nt) 49
5,8S (160 nt)
5S (120 nt)
40S 18S (1874 nt) 33

Durante 1977, Czernilofsky publicou uma pesquisa que usou a marcação de afinidade para identificar locais de ligação de tRNA em ribossomos de fígado de rato. Várias proteínas, incluindo L32 / 33, L36, L21, L23, L28 / 29 e L13 foram implicadas como estando no ou próximo ao centro de peptidil transferase. [25]

Plastoribossomos e mitorribossomos Editar

Nos eucariotos, os ribossomos estão presentes nas mitocôndrias (às vezes chamados de mitocôndrios) e em plastídeos como os cloroplastos (também chamados de plastoribossomos). Eles também consistem em subunidades grandes e pequenas unidas com proteínas em uma partícula 70S. [16] Esses ribossomos são semelhantes aos das bactérias e acredita-se que essas organelas tenham se originado como bactérias simbióticas. [16] Dos dois, os ribossomos cloroplásticos estão mais próximos dos bacterianos do que os mitocrondriais. Muitos pedaços de RNA ribossômico nas mitocrôndrias são encurtados e, no caso do rRNA 5S, substituídos por outras estruturas em animais e fungos. [26] Em particular, Tarentolae de leishmania tem um conjunto minimizado de rRNA mitocondrial. [27] Em contraste, os mitorribossomos vegetais têm rRNA estendido e proteínas adicionais em comparação com bactérias, em particular, muitas proteínas repetidas de pentatricopetídeos. [28]

As algas criptomonada e clorarachniófita podem conter um nucleomorfo que se assemelha a um núcleo eucariótico vestigial. [29] Os ribossomos 80S eucarióticos podem estar presentes no compartimento que contém o nucleomorfo. [ citação necessária ]

Fazendo uso das diferenças Editar

As diferenças entre os ribossomos bacterianos e eucarióticos são exploradas por químicos farmacêuticos para criar antibióticos que podem destruir uma infecção bacteriana sem prejudicar as células da pessoa infectada. Devido às diferenças em suas estruturas, os ribossomos 70S bacterianos são vulneráveis ​​a esses antibióticos, enquanto os ribossomos 80S eucarióticos não são. [30] Embora as mitocôndrias possuam ribossomos semelhantes aos bacterianos, as mitocôndrias não são afetadas por esses antibióticos porque são circundadas por uma membrana dupla que não admite facilmente esses antibióticos na organela. [31] Um contra-exemplo digno de nota, entretanto, inclui o antibiótico antineoplásico cloranfenicol, que inibe com sucesso os ribossomos 50S mitocondriais 50S bacterianos e eucarióticos. [32] O mesmo das mitocôndrias não pode ser dito dos cloroplastos, onde a resistência aos antibióticos em proteínas ribossomais é uma característica a ser introduzida como um marcador na engenharia genética. [33]

Editar propriedades comuns

Os vários ribossomos compartilham uma estrutura central, que é bastante semelhante, apesar das grandes diferenças de tamanho. Muito do RNA é altamente organizado em vários motivos estruturais terciários, por exemplo, pseudo-nós que exibem empilhamento coaxial. O RNA extra nos ribossomos maiores está em várias inserções longas e contínuas, [34] de modo que eles formam laços fora da estrutura central sem interrompê-la ou alterá-la. [16] Toda a atividade catalítica do ribossomo é realizada pelo RNA em que as proteínas residem na superfície e parecem estabilizar a estrutura. [16]

Estrutura de alta resolução Editar

A estrutura molecular geral do ribossomo é conhecida desde o início dos anos 1970. In the early 2000s, the structure has been achieved at high resolutions, of the order of a few ångströms.

The first papers giving the structure of the ribosome at atomic resolution were published almost simultaneously in late 2000. The 50S (large prokaryotic) subunit was determined from the archaeon Haloarcula marismortui [35] and the bacterium Deinococcus radiodurans, [36] and the structure of the 30S subunit was determined from Thermus thermophilus. [15] These structural studies were awarded the Nobel Prize in Chemistry in 2009. In May 2001 these coordinates were used to reconstruct the entire T. thermophilus 70S particle at 5.5 Å resolution. [37]

Two papers were published in November 2005 with structures of the Escherichia coli 70S ribosome. The structures of a vacant ribosome were determined at 3.5 Å resolution using X-ray crystallography. [38] Then, two weeks later, a structure based on cryo-electron microscopy was published, [39] which depicts the ribosome at 11–15 Å resolution in the act of passing a newly synthesized protein strand into the protein-conducting channel.

The first atomic structures of the ribosome complexed with tRNA and mRNA molecules were solved by using X-ray crystallography by two groups independently, at 2.8 Å [40] and at 3.7 Å. [41] These structures allow one to see the details of interactions of the Thermus thermophilus ribosome with mRNA and with tRNAs bound at classical ribosomal sites. Interactions of the ribosome with long mRNAs containing Shine-Dalgarno sequences were visualized soon after that at 4.5–5.5 Å resolution. [42]

In 2011, the first complete atomic structure of the eukaryotic 80S ribosome from the yeast Saccharomyces cerevisiae was obtained by crystallography. [22] The model reveals the architecture of eukaryote-specific elements and their interaction with the universally conserved core. At the same time, the complete model of a eukaryotic 40S ribosomal structure in Tetrahymena thermophila was published and described the structure of the 40S subunit, as well as much about the 40S subunit's interaction with eIF1 during translation initiation. [23] Similarly, the eukaryotic 60S subunit structure was also determined from Tetrahymena thermophila in complex with eIF6. [24]

Ribosomes are minute particles consisting of RNA and associated proteins that function to synthesize proteins. Proteins are needed for many cellular functions such as repairing damage or directing chemical processes. Ribosomes can be found floating within the cytoplasm or attached to the endoplasmic reticulum. Their main function is to convert genetic code into an amino acid sequence and to build protein polymers from amino acid monomers.

Ribosomes act as catalysts in two extremely important biological processes called peptidyl transfer and peptidyl hydrolysis. [43] The "PT center is responsible for producing protein bonds during protein elongation". [43]

Edição de tradução

Ribosomes are the workplaces of protein biosynthesis, the process of translating mRNA into protein. The mRNA comprises a series of codons which are decoded by the ribosome so as to make the protein. Using the mRNA as a template, the ribosome traverses each codon (3 nucleotides) of the mRNA, pairing it with the appropriate amino acid provided by an aminoacyl-tRNA. Aminoacyl-tRNA contains a complementary anticodon on one end and the appropriate amino acid on the other. For fast and accurate recognition of the appropriate tRNA, the ribosome utilizes large conformational changes (conformational proofreading). [44] The small ribosomal subunit, typically bound to an aminoacyl-tRNA containing the first amino acid methionine, binds to an AUG codon on the mRNA and recruits the large ribosomal subunit. The ribosome contains three RNA binding sites, designated A, P and E. The A-site binds an aminoacyl-tRNA or termination release factors [45] [46] the P-site binds a peptidyl-tRNA (a tRNA bound to the poly-peptide chain) and the E-site (exit) binds a free tRNA. Protein synthesis begins at a start codon AUG near the 5' end of the mRNA. mRNA binds to the P site of the ribosome first. The ribosome recognizes the start codon by using the Shine-Dalgarno sequence of the mRNA in prokaryotes and Kozak box in eukaryotes.

Although catalysis of the peptide bond involves the C2 hydroxyl of RNA's P-site adenosine in a proton shuttle mechanism, other steps in protein synthesis (such as translocation) are caused by changes in protein conformations. Since their catalytic core is made of RNA, ribosomes are classified as "ribozymes," [47] and it is thought that they might be remnants of the RNA world. [48]

In Figure 5, both ribosomal subunits ( small and large ) assemble at the start codon (towards the 5' end of the mRNA). The ribosome uses tRNA that matches the current codon (triplet) on the mRNA to append an amino acid to the polypeptide chain. This is done for each triplet on the mRNA, while the ribosome moves towards the 3' end of the mRNA. Usually in bacterial cells, several ribosomes are working parallel on a single mRNA, forming what is called a polyribosome ou polissomo.

Cotranslational folding Edit

The ribosome is known to actively participate in the protein folding. [49] [50] The structures obtained in this way are usually identical to the ones obtained during protein chemical refolding however, the pathways leading to the final product may be different. [51] [52] In some cases, the ribosome is crucial in obtaining the functional protein form. For example, one of the possible mechanisms of folding of the deeply knotted proteins relies on the ribosome pushing the chain through the attached loop. [53]

Addition of translation-independent amino acids Edit

Presence of a ribosome quality control protein Rqc2 is associated with mRNA-independent protein elongation. [54] [55] This elongation is a result of ribosomal addition (via tRNAs brought by Rqc2) of GATO caudas: ribosomes extend the C-terminus of a stalled protein with random, translation-independent sequences of umalanines and threonines. [56] [57]

Ribosomes are classified as being either "free" or "membrane-bound".

Free and membrane-bound ribosomes differ only in their spatial distribution they are identical in structure. Whether the ribosome exists in a free or membrane-bound state depends on the presence of an ER-targeting signal sequence on the protein being synthesized, so an individual ribosome might be membrane-bound when it is making one protein, but free in the cytosol when it makes another protein.

Ribosomes are sometimes referred to as organelles, but the use of the term organela is often restricted to describing sub-cellular components that include a phospholipid membrane, which ribosomes, being entirely particulate, do not. For this reason, ribosomes may sometimes be described as "non-membranous organelles".

Free ribosomes Edit

Free ribosomes can move about anywhere in the cytosol, but are excluded from the cell nucleus and other organelles. Proteins that are formed from free ribosomes are released into the cytosol and used within the cell. Since the cytosol contains high concentrations of glutathione and is, therefore, a reducing environment, proteins containing disulfide bonds, which are formed from oxidized cysteine residues, cannot be produced within it.

Membrane-bound ribosomes Edit

When a ribosome begins to synthesize proteins that are needed in some organelles, the ribosome making this protein can become "membrane-bound". In eukaryotic cells this happens in a region of the endoplasmic reticulum (ER) called the "rough ER". The newly produced polypeptide chains are inserted directly into the ER by the ribosome undertaking vectorial synthesis and are then transported to their destinations, through the secretory pathway. Bound ribosomes usually produce proteins that are used within the plasma membrane or are expelled from the cell via exocitose. [58]

In bacterial cells, ribosomes are synthesized in the cytoplasm through the transcription of multiple ribosome gene operons. In eukaryotes, the process takes place both in the cell cytoplasm and in the nucleolus, which is a region within the cell nucleus. The assembly process involves the coordinated function of over 200 proteins in the synthesis and processing of the four rRNAs, as well as assembly of those rRNAs with the ribosomal proteins.

The ribosome may have first originated in an RNA world, appearing as a self-replicating complex that only later evolved the ability to synthesize proteins when amino acids began to appear. [59] Studies suggest that ancient ribosomes constructed solely of rRNA could have developed the ability to synthesize peptide bonds. [60] [61] [62] In addition, evidence strongly points to ancient ribosomes as self-replicating complexes, where the rRNA in the ribosomes had informational, structural, and catalytic purposes because it could have coded for tRNAs and proteins needed for ribosomal self-replication. [63] Hypothetical cellular organisms with self-replicating RNA but without DNA are called ribocytes (or ribocells). [64] [65]

As amino acids gradually appeared in the RNA world under prebiotic conditions, [66] [67] their interactions with catalytic RNA would increase both the range and efficiency of function of catalytic RNA molecules. [59] Thus, the driving force for the evolution of the ribosome from an ancient self-replicating machine into its current form as a translational machine may have been the selective pressure to incorporate proteins into the ribosome's self-replicating mechanisms, so as to increase its capacity for self-replication. [63] [68] [69]

Ribosomes are compositionally heterogeneous between species and even within the same cell, as evidenced by the existence of cytoplasmic and mitochondria ribosomes within the same eukaryotic cells. Certain researchers have suggested that heterogeneity in the composition of ribosomal proteins in mammals is important for gene regulation, ou seja,, the specialized ribosome hypothesis. [70] [71] However, this hypothesis is controversial and the topic of ongoing research. [72] [73]

Heterogeneity in ribosome composition was first proposed to be involved in translational control of protein synthesis by Vince Mauro and Gerald Edelman. [74] They proposed the ribosome filter hypothesis to explain the regulatory functions of ribosomes. Evidence has suggested that specialized ribosomes specific to different cell populations may affect how genes are translated. [75] Some ribosomal proteins exchange from the assembled complex with cytosolic copies [76] suggesting that the structure of the na Vivo ribosome can be modified without synthesizing an entire new ribosome.

Certain ribosomal proteins are absolutely critical for cellular life while others are not. In budding yeast, 14/78 ribosomal proteins are non-essential for growth, while in humans this depends on the cell of study. [77] Other forms of heterogeneity include post-translational modifications to ribosomal proteins such as acetylation, methylation, and phosphorylation. [78] Arabidopsis, [79] [80] [81] [82] Viral internal ribosome entry sites (IRESs) may mediate translations by compositionally distinct ribosomes. For example, 40S ribosomal units without eS25 in yeast and mammalian cells are unable to recruit the CrPV IGR IRES. [83]

Heterogeneity of ribosomal RNA modifications plays an important role in structural maintenance and/or function and most mRNA modifications are found in highly conserved regions. [84] [85] The most common rRNA modifications are pseudouridylation and 2’-O methylation of ribose. [86]


Ribosomes producing proteins, but need proteins to be produced? - Biologia

Ribosomes are like tiny factories in the cell. They make proteins that perform all sorts of functions for the cell's operation.

Where are ribosomes located inside the cell?

Ribosomes are either located in the liquid inside the cell called the cytoplasm or attached to the membrane. They can be found in both prokaryote (bacteria) and eukaryote (animals and plants) cells.

Ribosomes are a type of organelle. Organelles are structures that perform specific functions for the cell. The ribosome's job is to make proteins. Other organelles include the nucleus and the mitochondria.

  • Large subunit - The large subunit contains the site where new bonds are made when creating proteins. It is called the "60S" in eukaryotic cells and the "50S" in prokaryotic cells.
  • Small subunit - The small subunit really isn't that small, just a bit smaller than the large subunit. It is responsible for the flow of information during protein synthesis. It is called the "40S" in eukaryotic cells and the "50S" in prokaryotic cells.

The main job of the ribosome is to make proteins for the cell. There can be hundreds of proteins that need to be made for the cell, so the ribosome needs specific instructions on how to make each protein. These instructions come from the nucleus in the form of messenger RNA. Messenger RNA contain specific codes that act like a recipe to tell the ribosome how to make the protein.

There are two main steps in making proteins: transcription and translation. The ribosome does the translation step. You can go here to learn more about proteins.


Two Pieces Make the Whole

There are two pieces or subunits to every ribosome. In eukaryotes, scientists have identified the 60-S (large) and 40-S (small) subunits. Even though ribosomes have slightly different structures in different species, their functional areas are all very similar.

For example, prokaryotes have ribosomes that are slightly smaller than eukaryotes. The 60-S/ 40-S model works fine for eukaryotic cells while prokaryotic cells have ribosomes made of 50-S and 30-S subunits. It's a small difference, but one of many you will find in the two different types of cells. Scientists have used this difference in ribosome structure to develop drugs that can kill prokaryotic microorganisms which cause disease. There are even structural differences between ribosomes found in the mitochondria and free ribosomes.


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Transcrição

Protein Production faces a number of challenges. Chief amongst these is that proteins are produced in the cytoplasm of the cell, and DNA never leaves the nucleus. To get around this problem, DNA creates a messenger molecule to deliver its information outside of the nucleus: mRNA (messenger RNA). The process of making this messenger molecule is known as transcription, and has a number of steps:

  1. Initiation: The double helix of the DNA is unwound by RNA Polymerase, which docks on the DNA at a special sequence of bases (promotor)
  2. Elongation: RNA Polymerase moves downstream unwinding the DNA. As the double helix unwinds, ribonucleotide bases (A, C, G and U) attach themselves to the DNA template strand (the strand being copied) by complementary base pairing.
  3. RNA Polymerase catalyses the formation of covalent bonds between the nucleotides. In the wake of transcription, DNA strands recoil into the double helix.
  4. Termination: The RNA transcript is released from the DNA, along with the RNA polymerase.

The next stage in transcription is the addition of a 5&apos cap and a poly-A tail. These sections of the completed RNA molecule are not translated into protein. Instead they:

  1. Protect the mRNA from degradation
  2. Help the mRNA to leave the nucleus
  3. Anchor the mRNA to the ribosome during Translation

At this point a long RNA molecule has been made, but this is not the end of Transcription. The RNA molecule contains sections that are not needed as part of the protein code that need to be removed. This is like writing every other paragraph of a novel in wingdings - these sections must be removed for the story to make sense! While at first the presence of introns seems incredibly wasteful, a number of genes can give rise to several diferente proteins, depending on which sections are treated as exons - this is known as alternative RNA splicing. This allows a relatively small number of genes to create a much larger number of different proteins. Humans have just under twice as many genes as a fruit fly, and yet can make many times more protein products.


Assista o vídeo: RIBOSOM - ORGANEL SEL TEMPAT SINTESIS PROTEIN (Agosto 2022).