Введение
Процесс клеточного развития Рибосомы. У прокариотов этот процесс происходит в цитоплазме с транскрипцией многих оперонов генов рибосомы. У эукариотов она происходит как в цитоплазме, так и в нуклеоле. Она включает в себя скоординированную функцию более 200 белков в синтезе и обработке трех прокариотических или четырех эукариотических рРНК, а также сборку этих рРНК с рибосомальными белками. Большинство рибосомных белков относятся к различным энергопотребляющим ферментам, включая АТФ-зависимые РНК-геликазы, ААА-АТФазы, ГТФазы и киназы. Около 60% энергии клетки тратится на производство и обслуживание рибосомы. Биогенез рибосомы - это очень строго регулируемый процесс, и он тесно связан с другими клеточными процессами, такими как рост и деление. Некоторые предполагают, что в начале жизни, рибосомный биогенез предшествовал клеткам, и что гены и клетки эволюционировали, чтобы повысить репродуктивную способность рибосом.
Ribosome biogenesis is the process of making ribosomes. In prokaryotes, this process takes place in the cytoplasm with the transcription of many ribosome gene operons. In eukaryotes, it takes place both in the cytoplasm and in the nucleolus. It involves the coordinated function of over 200 proteins in the synthesis and processing of the three prokaryotic or four eukaryotic rRNAs, as well as assembly of those rRNAs with the ribosomal proteins. Most of the ribosomal proteins fall into various energy consuming enzyme families including ATP dependent RNA helicases, AAA ATPases, GTPases, and kinases. About 60% of a cell's energy is spent on ribosome production and maintenance. Ribosome biogenesis is a very tightly regulated process, and it is closely linked to other cellular activities like growth and division. Some have speculated that in the origin of life, ribosome biogenesis predates cells, and that genes and cells evolved to enhance the reproductive capacity of ribosomes.
Рибосомы
Рибосомы - это макромолекулярные машины, которые отвечают за трансляцию мРНК в белки. Рибосома эукариотов, также называемая рибосомой 80S, состоит из двух подединиц: большой подединицы 60S (которая содержит 25S [у растений] или 28S [у млекопитающих], 5,8S и 5S рРНК и 46 рибосомальных белков) и небольшой подединицы 40S (которая содержит 18S рРНК и 33 рибосомальных белков). Рибосомные белки кодируются рибосомными генами. +rРНК, обнаруженная в прокариотических и эукариотических рибосомахTypeSizeLarge subunit (LSU rRNA)Small subunit (SSU rRNA) прокариотическая70S50S (5S: 120 nt, 23S: 2906 nt) 30S (16S: 1542 nt) эукариотическая80S60S (5S: 121 nt, 5.8S: 156 nt, 28S: 5070 nt) 40S (18S: 1869 nt)
Прокариоты
Существует 52 гена, кодирующих рибосомные белки, и они могут быть найдены в 20 оперонах внутри прокариотической ДНК. Регулирование синтеза рибосомы зависит от регулирования самой рРНК. Во-первых, снижение аминоациловой тРНК приведет к тому, что прокариотическая клетка отреагирует снижением транскрипции и трансляции. Это происходит через ряд шагов, начиная с строгих факторов, связывающих рибосомы и каталитизирующих реакцию: GTP + ATP > pppGpp + AMP. Затем фосфат γ удаляется, и ppGpp связывается с РНК-полимеразой и ингибирует ее. Это связывание вызывает снижение транскрипции рРНК. Сниженное количество рРНК означает, что рибосомные белки (р-белки) будут транслироваться, но не будут иметь рРНК для связывания. Вместо этого они будут отрицательно реагировать и связываться со своей собственной мРНК, подавляя синтез р-белка. Обратите внимание, что r белки предпочтительно связываются с их комплементарной рРНК, если она присутствует, а не с мРНК. Рибосомные опероны также включают гены для РНК-полимеразы и факторов удлинения (используемых в трансляции РНК). Регулирование всех этих генов одновременно иллюстрирует связь между транскрипцией и трансляцией у прокариотов.
The γ phosphate is then removed and ppGpp will bind to and inhibit RNA polymerase. This binding causes a reduction in rRNA transcription. A reduced amount of rRNA means that ribosomal proteins (r proteins) will be translated but will not have an rRNA to bind to. Instead, they will negatively feedback and bind to their own mRNA, repressing r protein synthesis. Note that r proteins preferentially bind to their complementary rRNA if it is present, rather than mRNA. The ribosome operons also include the genes for RNA polymerase and elongation factors (used in RNA translation). Regulation of all of these genes at once illustrate the coupling between transcription and translation in prokaryotes.
Эукариоты
Синтез рибосомного белка у эукариотов является основной метаболической активностью. Это происходит, как и большинство синтеза белка, в цитоплазме, недалеко от ядра. Отдельные рибосомные белки синтезируются и импортируются в ядро через ядерные поры. См. ядерный импорт для получения дополнительной информации о перемещении рибосомных белков в ядро. ДНК транскрибируется с высокой скоростью в нуклеоле, который содержит все гены 45S рРНК. Единственным исключением является 5S рРНК, которая транскрибируется вне нуклеола. После транскрипции рРНК связываются с рибосомальными белками, образуя два типа рибосомальных подединиц (большие и малые). Позже они собираются в цитозоле, чтобы создать функционирующую рибосому. См. ядерный экспорт для получения дополнительной информации о перемещении рибосомных подединиц из ядра.
Обработка
Эукариотические клетки котранскрибируют три зрелых вида рРНК в серии этапов. Процесс созревания рРНК и процесс набора р-белков происходит в предшественниках рибосомы, иногда называемых пре-рибосомами, и происходит в нуклеоле, нуклеоплазме и цитоплазме. С. cerevisiae является образцовым эукариотическим организмом для изучения рибосомного биогенеза. Биогенез рибосомы начинается в нуклеоле. Там 35S пре-РНК транскрибируется из рибосомных генов в виде полицистронного транскрипта РНК-полимеразой I и обрабатывается в 18S, 5.8S и 25S подединицы рРНК. На этом этапе процесса рибосомного биогенеза, 40S-при рибосома уже показывает структуры "голова" и "тело" зрелого 40S-субъекта. Пре-рибосома 40S переносится из нуклеола в цитоплазму. Цитоплазматическая 40S пре-рибосома теперь содержит рибосомные белки, 20s рРНК и несколько не рибосомных факторов. Окончательное образование структуры клюва подединицы 40S происходит после фосфорилирования и дефосфорилирования, включая комплекс Enp1 Ltv1 Rps3 и киназу Hrr25. Разделение 20S pre-рРНК в месте D создает зрелую 18s-рРРНК. Это расщепление зависит от нескольких нерибосомальных факторов, таких как Nob1, Rio1, Rio2, Tsr1 и Fap7.