ไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอและการสร้างไรโบโซม

ไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอเป็นหัวใจเชิงโครงสร้างและเร่งปฏิกิริยาของไรโบโซม ซึ่งเป็นกลไกที่แปลรหัสอาร์เอ็นเอผู้ส่งสารไปเป็นโปรตีน ไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอไม่ได้เป็นเพียงโครงสร้างค้ำจุนแบบเฉื่อยชา แต่ยังเป็นแกนกลางเร่งปฏิกิริยาที่เชื่อมกรดอะมิโนเข้าด้วยกัน ทำให้ไรโบโซมเป็นไรโบไซม์ การสร้างไรโบโซม—กระบวนการสร้างไรโบโซม—ต้องอาศัยการถอดรหัส การประมวลผล การปรับเปลี่ยน และการพับตัวของไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอ และการประกอบเข้ากับโปรตีนหลายสิบชนิด

Definition

ไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอคือองค์ประกอบอาร์เอ็นเอของไรโบโซมที่ให้ทั้งโครงสร้างและกิจกรรมการเร่งปฏิกิริยาเปปทิดิล-ทรานสเฟอเรส การสร้างไรโบโซมคือการถอดรหัส การประมวลผล การปรับเปลี่ยน และการประกอบไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอเข้ากับโปรตีนไรโบโซมอลอย่างประสานงานกันเพื่อสร้างหน่วยย่อยที่ทำงานได้

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมบทบาทของไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอในฐานะแกนกลางของไรโบโซม กิจกรรมการเร่งปฏิกิริยา (เปปทิดิล-ทรานสเฟอเรส) ที่ไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอมีให้ และเส้นทางการสร้างไรโบโซม: การถอดรหัส การประมวลผลและการปรับเปลี่ยนไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอ และการประกอบหน่วยย่อยขนาดเล็กและขนาดใหญ่ ซึ่งส่วนใหญ่จัดระเบียบอยู่ในนิวคลีโอลัส เนื้อหานี้เป็นข้อมูลอ้างอิงเชิงการศึกษาและไม่ได้ให้คำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• เหตุใดไรโบโซมจึงถูกพิจารณาว่าเป็นไรโบไซม์มากกว่าเอนไซม์โปรตีน?
• ไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอถูกถอดรหัส ประมวลผล และปรับเปลี่ยนอย่างไร?
• หน่วยย่อยไรโบโซมอลขนาดเล็กและขนาดใหญ่ถูกประกอบขึ้นจากไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอและโปรตีนได้อย่างไร?
• การผลิตไรโบโซมประสานงานกับการเจริญเติบโตของเซลล์ได้อย่างไร?

Key concepts

• ไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอเป็นแกนกลางเร่งปฏิกิริยา
• ศูนย์เปปทิดิล-ทรานสเฟอเรส
• หน่วยย่อยไรโบโซมอลขนาดเล็กและขนาดใหญ่
• การถอดรหัสและการประมวลผลไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอ
• การปรับเปลี่ยนทางเคมีของไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอ
• นิวคลีโอลัสเป็นแหล่งประกอบ
• การสร้างไรโบโซมและการเจริญเติบโตของเซลล์

Key theories

ไรโบโซมเป็นไรโบไซม์

โครงสร้างความละเอียดสูงของหน่วยย่อยไรโบโซมอลขนาดใหญ่แสดงให้เห็นว่าศูนย์เปปทิดิล-ทรานสเฟอเรสประกอบด้วยอาร์เอ็นเอ โดยไม่มีโปรตีนที่บริเวณเร่งปฏิกิริยา ซึ่งยืนยันว่าไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอเองเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาการสร้างพันธะเปปไทด์

Mechanisms

ไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอส่วนใหญ่ถูกถอดรหัสเป็นสารตั้งต้นขนาดยาว ซึ่งจะถูกตัดแต่ง เล็ม และปรับเปลี่ยนทางเคมีในหลายตำแหน่ง จากนั้นจะถูกพับและประกอบเข้ากับโปรตีนไรโบโซมอลเป็นหน่วยย่อยขนาดเล็กและขนาดใหญ่ ซึ่งเป็นกระบวนการที่จัดระเบียบส่วนใหญ่อยู่ภายในนิวคลีโอลัสและได้รับความช่วยเหลือจากปัจจัยเสริมจำนวนมากและอาร์เอ็นเอนิวคลีโอลาร์ขนาดเล็ก โครงสร้างอะตอมของหน่วยย่อยขนาดใหญ่เผยให้เห็นว่าบริเวณออกฤทธิ์ที่เกิดพันธะเปปไทด์นั้นสร้างขึ้นจากไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอ ไม่ใช่โปรตีน ดังนั้นไรโบโซมจึงเป็นไรโบไซม์และแกนกลางเร่งปฏิกิริยาของมันคืออาร์เอ็นเอเอง จากนั้นหน่วยย่อยทั้งสองจะทำงานร่วมกันในระหว่างการแปลรหัส โดยไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอจะประสานการจัดตำแหน่งของทีอาร์เอ็นเอและการเร่งปฏิกิริยา การที่สารตั้งต้นของไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอสามารถมีอินทรอนที่ตัดต่อตัวเองได้นั้นเป็นหลักฐานเบื้องต้นที่แสดงว่าอาร์เอ็นเอสามารถดำเนินการทางเคมีในการประมวลผลของตัวเองได้

Clinical relevance

ความบกพร่องในการสร้างไรโบโซมเป็นสาเหตุของกลุ่มความผิดปกติ (ribosomopathies) นิวคลีโอลัสและการสังเคราะห์ไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอได้รับการศึกษาที่เกี่ยวข้องกับการเพิ่มจำนวนเซลล์และมะเร็ง และไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอเป็นเป้าหมายหลักของยาปฏิชีวนะ ข้อมูลนี้เสนอชีววิทยาในฐานะพื้นฐานการศึกษาและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

History

กลไกของไรโบโซมซึ่งเคยเป็นที่ถกเถียงกันมานานว่าเป็นกลไกที่เร่งปฏิกิริยาโดยโปรตีนหรืออาร์เอ็นเอ ได้รับการยืนยันเมื่อโครงสร้างความละเอียดระดับอะตอมของหน่วยย่อยขนาดใหญ่แสดงให้เห็นว่ามีเพียงอาร์เอ็นเอเท่านั้นที่ศูนย์เปปทิดิล-ทรานสเฟอเรส ซึ่งยืนยันว่าไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา สิ่งนี้สร้างขึ้นจากการรับรู้ก่อนหน้านี้เกี่ยวกับอาร์เอ็นเอเร่งปฏิกิริยาและปรับกรอบการสร้างไรโบโซมเป็นการสร้างเอนไซม์ขนาดใหญ่ที่ใช้อาร์เอ็นเอเป็นหลัก

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

เหตุใดไรโบโซมจึงถูกเรียกว่าไรโบไซม์?

เนื่องจากศูนย์เร่งปฏิกิริยาของมัน ซึ่งเป็นที่ที่เกิดพันธะเปปไทด์ สร้างขึ้นจากไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอแทนที่จะเป็นโปรตีน ดังนั้นอาร์เอ็นเอเองจึงเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

ไรโบโซมถูกประกอบขึ้นที่ใดในเซลล์?

กระบวนการสร้างไรโบโซมส่วนใหญ่—การถอดรหัส การประมวลผล และการประกอบเข้ากับโปรตีนในระยะแรก—เกิดขึ้นในนิวคลีโอลัสก่อนที่หน่วยย่อยจะถูกส่งออกไปยังไซโตพลาสซึม