Ribosomale RNA und Ribosomenbiogenese

Ribosomale RNA ist das strukturelle und katalytische Herz des Ribosoms, der Maschine, die Messenger-RNA in Protein übersetzt. Weit davon entfernt, ein passives Gerüst zu sein, bildet rRNA das katalytische Zentrum, das Aminosäuren verbindet, wodurch das Ribosom zu einem Ribozym wird. Der Aufbau eines Ribosoms – die Ribosomenbiogenese – erfordert die Transkription, Prozessierung, Modifikation und Faltung von rRNA sowie deren Assemblierung mit Dutzenden von Proteinen.

Definition

Ribosomale RNA ist die RNA-Komponente des Ribosoms, die sowohl dessen strukturelles Gerüst als auch seine Peptidyltransferase-Katalyseaktivität bereitstellt; Ribosomenbiogenese ist die koordinierte Transkription, Prozessierung, Modifikation und Assemblierung von rRNA mit ribosomalen Proteinen zur Bildung funktioneller Untereinheiten.

Scope

Dieses Thema behandelt die Rolle der rRNA als Kern des Ribosoms, die von ihr bereitgestellte katalytische (Peptidyltransferase-)Aktivität und den Weg der Ribosomenbiogenese: rRNA-Transkription, -Prozessierung und -Modifikation sowie die Assemblierung der kleinen und großen Untereinheiten, die größtenteils im Nukleolus organisiert ist. Es dient als Referenz und Bildungsressource und gibt keine klinische Anleitung.

Core questions

• Warum wird das Ribosom als Ribozym und nicht als Proteinenzym betrachtet?
• Wie wird ribosomale RNA transkribiert, prozessiert und modifiziert?
• Wie werden die kleinen und großen ribosomalen Untereinheiten aus rRNA und Proteinen assembliert?
• Wie wird die Ribosomenproduktion mit dem Zellwachstum koordiniert?

Key concepts

• Ribosomale RNA als katalytischer Kern
• Peptidyltransferase-Zentrum
• Kleine und große ribosomale Untereinheiten
• rRNA-Transkription und -Prozessierung
• Chemische Modifikation der rRNA
• Nukleolus als Assemblierungsort
• Ribosomenbiogenese und Zellwachstum

Key theories

Das Ribosom ist ein Ribozym

Hochauflösende Strukturen der großen ribosomalen Untereinheit zeigten, dass das Peptidyltransferase-Zentrum aus RNA besteht, ohne Protein am katalytischen Zentrum, was belegt, dass die rRNA selbst die Peptidbindungsbildung katalysiert.

Mechanisms

Die meiste ribosomale RNA wird als langer Vorläufer transkribiert, der an vielen Positionen gespalten, getrimmt und chemisch modifiziert wird, dann gefaltet und mit ribosomalen Proteinen zu den kleinen und großen Untereinheiten assembliert wird. Dieser Prozess ist größtenteils im Nukleolus organisiert und wird durch zahlreiche akzessorische Faktoren und kleine nukleoläre RNAs unterstützt. Atomare Strukturen der großen Untereinheit zeigten, dass das aktive Zentrum, in dem Peptidbindungen gebildet werden, aus rRNA und nicht aus Protein aufgebaut ist, sodass das Ribosom ein Ribozym ist und sein katalytischer Kern die RNA selbst ist. Die beiden Untereinheiten wirken dann während der Translation zusammen, wobei die rRNA die tRNA-Positionierung und Katalyse koordiniert. Die Tatsache, dass rRNA-Vorläufer selbstspleißende Introns enthalten können, lieferte frühe Beweise dafür, dass RNA ihre eigene Prozessierungschemie durchführen kann.

Clinical relevance

Defekte in der Ribosomenbiogenese liegen einer Gruppe von Erkrankungen (Ribosomopathien) zugrunde, der Nukleolus und die rRNA-Synthese werden im Zusammenhang mit Zellproliferation und Krebs untersucht, und rRNA ist ein Hauptziel von Antibiotika. Dieser Eintrag stellt diese Biologie als Bildungshintergrund dar und ist keine Grundlage für individuelle Diagnosen oder Behandlungen.

History

Lange Zeit wurde diskutiert, ob das Ribosom eine protein- oder RNA-katalysierte Maschine ist. Der Mechanismus des Ribosoms wurde geklärt, als atomare Auflösungsstrukturen der großen Untereinheit nur RNA im Peptidyltransferase-Zentrum zeigten, was bestätigte, dass rRNA der Katalysator ist. Dies baute auf der früheren Erkenntnis katalytischer RNA auf und definierte die Ribosomenbiogenese als den Aufbau eines großen RNA-basierten Enzyms neu.

Key figures

• Thomas Steitz
• Ada Yonath
• Venkatraman Ramakrishnan
• Harry Noller

Seminal works

• ban-2000
• nissen-2000
• kruger-1982

Frequently asked questions

Warum wird das Ribosom als Ribozym bezeichnet?

Weil sein katalytisches Zentrum, in dem Peptidbindungen gebildet werden, aus ribosomaler RNA und nicht aus Protein besteht, sodass die RNA selbst die Reaktion katalysiert.

Wo werden Ribosomen in der Zelle assembliert?

Ein Großteil der Ribosomenbiogenese – rRNA-Transkription, -Prozessierung und frühe Assemblierung mit Proteinen – findet im Nukleolus statt, bevor die Untereinheiten ins Zytoplasma exportiert werden.