Рибосомальная РНК и биогенез рибосом

Рибосомальная РНК (рРНК) является структурным и каталитическим центром рибосомы — машины, которая транслирует матричную РНК в белок. Далеко не пассивный каркас, рРНК формирует каталитический центр, который соединяет аминокислоты, делая рибосому рибозимом. Создание рибосомы — биогенез рибосом — требует транскрипции, процессинга, модификации и сворачивания рРНК, а также ее сборки с десятками белков.

Definition

Рибосомальная РНК — это РНК-компонент рибосомы, который обеспечивает как ее структурный каркас, так и пептидил-трансферазную каталитическую активность; биогенез рибосом — это скоординированная транскрипция, процессинг, модификация и сборка рРНК с рибосомальными белками для формирования функциональных субъединиц.

Scope

Эта тема охватывает роль рРНК как ядра рибосомы, ее каталитическую (пептидил-трансферазную) активность и путь биогенеза рибосом: транскрипцию рРНК, ее процессинг и модификацию, а также сборку малой и большой субъединиц, большая часть которой организована в ядрышке. Материал носит справочно-образовательный характер и не содержит клинических рекомендаций.

Core questions

• Почему рибосома считается рибозимом, а не белковым ферментом?
• Как рибосомальная РНК транскрибируется, процессируется и модифицируется?
• Как малая и большая рибосомальные субъединицы собираются из рРНК и белков?
• Как производство рибосом координируется с клеточным ростом?

Key concepts

• Рибосомальная РНК как каталитическое ядро
• Пептидил-трансферазный центр
• Малая и большая рибосомальные субъединицы
• Транскрипция и процессинг рРНК
• Химическая модификация рРНК
• Ядрышко как место сборки
• Биогенез рибосом и рост клеток

Key theories

Рибосома — это рибозим

Структуры большой рибосомальной субъединицы с высоким разрешением показали, что пептидил-трансферазный центр состоит из РНК, при этом в каталитическом центре отсутствует белок, что устанавливает, что сама рРНК катализирует образование пептидных связей.

Mechanisms

Большая часть рибосомальной РНК транскрибируется в виде длинного предшественника, который расщепляется, обрезается и химически модифицируется во многих положениях, затем сворачивается и собирается с рибосомальными белками в малую и большую субъединицы. Этот процесс в значительной степени организован в ядрышке и осуществляется при участии многочисленных вспомогательных факторов и малых ядрышковых РНК. Атомные структуры большой субъединицы показали, что активный центр, где образуются пептидные связи, построен из рРНК, а не из белка, поэтому рибосома является рибозимом, а ее каталитическое ядро — сама РНК. Затем две субъединицы действуют совместно во время трансляции, при этом рРНК координирует позиционирование тРНК и катализ. То, что предшественники рРНК могут содержать самосплайсирующиеся интроны, послужило ранним доказательством того, что РНК может выполнять собственные химические реакции процессинга.

Clinical relevance

Дефекты биогенеза рибосом лежат в основе группы заболеваний (рибосомопатий), ядрышко и синтез рРНК изучаются в связи с пролиферацией клеток и раком, а рРНК является основной мишенью антибиотиков. Данная статья представляет эту биологию в качестве образовательной основы и не является основанием для индивидуальной диагностики или лечения.

History

Механизм рибосомы, долгое время обсуждавшийся как белково- или РНК-катализируемая машина, был установлен, когда структуры большой субъединицы с атомным разрешением показали, что в пептидил-трансферазном центре находится только РНК, что подтвердило, что рРНК является катализатором. Это основывалось на более раннем признании каталитической РНК и переосмыслило биогенез рибосом как конструирование крупного фермента на основе РНК.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Почему рибосому называют рибозимом?

Потому что ее каталитический центр, где образуются пептидные связи, состоит из рибосомальной РНК, а не из белка, поэтому сама РНК катализирует реакцию.

Где в клетке собираются рибосомы?

Большая часть биогенеза рибосом — транскрипция рРНК, процессинг и ранняя сборка с белками — происходит в ядрышке до того, как субъединицы экспортируются в цитоплазму.