Cấu trúc và chức năng của Ribosome

Ribosome là cỗ máy ribonucleoprotein lớn thực hiện quá trình dịch mã, đọc RNA thông tin và tổng hợp protein. Được cấu tạo từ RNA ribosom và nhiều protein sắp xếp thành hai tiểu đơn vị, nó vừa giải mã các codon vừa xúc tác hình thành liên kết peptit.

Definition

Ribosome là một phức hợp ribonucleoprotein hai tiểu đơn vị, trong đó tiểu đơn vị nhỏ giải mã các codon của RNA thông tin và tiểu đơn vị lớn xúc tác hình thành liên kết peptit thông qua RNA ribosom của nó, biến ribosome thành một ribozyme.

Scope

Chủ đề này bao gồm kiến trúc hai tiểu đơn vị của ribosome, thành phần RNA ribosom và protein của nó, trung tâm giải mã trên tiểu đơn vị nhỏ và trung tâm peptidyl transferase trên tiểu đơn vị lớn, các vị trí RNA vận chuyển A, P và E, và phát hiện rằng quá trình xúc tác được thực hiện bởi RNA. Đây là một chủ đề về cấu trúc và cơ chế, không phải hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Các thành phần và kiến trúc tổng thể của ribosome là gì?
• Quá trình giải mã và hình thành liên kết peptit xảy ra ở đâu?
• Tại sao ribosome được coi là một ribozyme?
• Ribosome của vi khuẩn và eukaryote khác nhau như thế nào?

Key concepts

• Các tiểu đơn vị ribosom nhỏ và lớn
• RNA ribosom (rRNA) và protein ribosom
• Trung tâm giải mã (tiểu đơn vị nhỏ)
• Trung tâm peptidyl transferase (tiểu đơn vị lớn)
• Các vị trí RNA vận chuyển A, P và E
• Polysome
• Các vị trí liên kết kháng sinh

Key theories

Ribosome là một ribozyme

Các cấu trúc nguyên tử của tiểu đơn vị lớn không cho thấy chuỗi bên protein nào tại vị trí xúc tác, cho thấy rằng RNA ribosom hình thành trung tâm peptidyl transferase và xúc tác hình thành liên kết peptit.

Mechanisms

Ribosome bao gồm một tiểu đơn vị nhỏ, liên kết với RNA thông tin và giám sát sự bắt cặp codon-anticodon tại trung tâm giải mã của nó, và một tiểu đơn vị lớn, chứa trung tâm peptidyl transferase và một đường hầm mà chuỗi mới sinh thoát ra. Các RNA vận chuyển chiếm ba vị trí, vị trí aminoacyl (A), peptidyl (P) và thoát (E), trải dài cả hai tiểu đơn vị, và di chuyển qua chúng khi ribosome kéo dài và chuyển vị. Các cấu trúc có độ phân giải cao của các tiểu đơn vị vi khuẩn và ribosome hoàn chỉnh, và sau đó là của ribosome eukaryote, đã tiết lộ rằng RNA ribosom hình thành cả trung tâm giải mã và trung tâm xúc tác, thiết lập ribosome như một cỗ máy dựa trên RNA; nhiều cấu trúc này cũng đã xác định vị trí liên kết của kháng sinh. Nhiều ribosome có thể dịch mã một RNA thông tin đồng thời, tạo thành polysome.

Clinical relevance

Vì nhiều loại kháng sinh quan trọng trong lâm sàng liên kết và ức chế ribosome của vi khuẩn, và vì các khiếm khuyết trong quá trình sinh tổng hợp ribosome gây ra một nhóm các rối loạn được gọi là bệnh ribosom (ribosomopathies), cấu trúc ribosome là trung tâm của dược lý kháng khuẩn và một số bệnh nhất định. Mục này giải thích cấu trúc và chức năng và không phải là cơ sở cho các quyết định chẩn đoán hoặc điều trị cá nhân.

Evidence & guidelines

Bức tranh cấu trúc được tóm tắt ở đây dựa trên các nghiên cứu tinh thể học tia X và kính hiển vi điện tử lạnh của ribosome vi khuẩn và eukaryote, được củng cố trong các tài liệu tổng quan lớn.

History

Ribosome được xác định là nơi tổng hợp protein vào giữa thế kỷ XX, nhưng kiến trúc chi tiết của chúng chỉ xuất hiện vào khoảng năm 2000, khi các cấu trúc tinh thể của các tiểu đơn vị lớn và nhỏ của vi khuẩn, và sau đó là của ribosome 70S hoàn chỉnh với mRNA và tRNA, được giải quyết. Ribosome eukaryote được giải quyết ở độ phân giải cao vào năm 2011, và những tiến bộ trong kính hiển vi điện tử lạnh kể từ đó đã ghi lại ribosome ở nhiều trạng thái chức năng.

Key figures

• Thomas Steitz
• V. Ramakrishnan
• Ada Yonath
• Marat Yusupov
• Joachim Frank

Seminal works

• nissen-2000
• carter-2000
• selmer-2006
• ben-shem-2011

Frequently asked questions

Ribosome được tạo thành từ cái gì?

Ribosome được cấu tạo từ RNA ribosom và nhiều protein ribosom được tổ chức thành hai tiểu đơn vị; RNA hình thành cả trung tâm giải mã và trung tâm peptidyl transferase xúc tác.

Tại sao nhiều loại kháng sinh nhắm mục tiêu vào ribosome?

Ribosome của vi khuẩn khác biệt đủ so với ribosome của người để thuốc có thể liên kết với các vị trí chức năng trên ribosome của vi khuẩn và ngăn chặn quá trình tổng hợp protein một cách chọn lọc, đó là lý do tại sao ribosome là mục tiêu kháng sinh chính.