Informasi

3.4: Ribosom - Biologi

3.4: Ribosom - Biologi



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ribosom adalah mesin sintesis protein sel. Mereka menerjemahkan informasi yang dikodekan dalam RNA pembawa pesan (mRNA) menjadi polipeptida.

Bentuk, ukuran dan fungsi

Ribosom kira-kira bulat dengan diameter ~ 20 nm, mereka hanya dapat dilihat dengan mikroskop elektron. Gambar (PageIndex{1}) adalah mikrograf elektron yang menunjukkan kelompok ribosom. Cluster ini, yang disebut polisom, disatukan oleh messenger RNA (mRNA). Mereka dapat membentuk 25% dari berat kering sel (misalnya, sel pankreas) dan berspesialisasi dalam sintesis protein. Satu sel pankreas dapat mensintesis 5 juta molekul protein per menit.

Pada eukariota, ribosom yang mensintesis protein untuk digunakan dalam sitosol (misalnya, enzim glikolisis) tersuspensi dalam sitosol. Ribosom spesifik yang mensintesis protein yang ditujukan untuk sekresi (melalui eksositosis), membran plasma (misalnya, reseptor permukaan sel), dan lisosom. Ribosom ini melekat pada permukaan sitosol membran retikulum endoplasma. Saat polipeptida disintesis, polipeptida diekstrusi ke bagian dalam (lumen) retikulum endoplasma. Kemudian, sebelum protein ini mencapai tujuan akhirnya, mereka menjalani serangkaian langkah pemrosesan di aparatus Golgi.

Ribosom yang mensintesis 13 protein yang ditujukan untuk membran dalam mitokondria ditemukan di dalam mitokondria itu sendiri dan strukturnya sangat berbeda dari yang lain. Ribosom bakteri, eukariota, dan mitokondria berbeda dalam banyak detail strukturnya (Tabel (PageIndex{1})). Namun, terlepas dari perbedaan ini, operasi dasar ribosom bakteri, eukariotik, dan mitokondria sangat mirip.

Bakteri (70S)Eukariotik (80S)Mitokondria (55S)
Tabel (PageIndex{1}): Perbandingan Struktur Ribosom pada Bakteri, Eukariota, dan Mitokondria Manusia
Subunit Besar50S60S39S
rRNA
(1 dari masing-masing)
23S (2904 nt)28S (4700 nt)16S (1560 nt)
5S (120 nt)5S (120 nt)
5.8S (160 nt)
Protein354750
Subunit kecil30S40S28S
rRNA16S (1542 nt)18S (1900 nt)12S (950 nt)
Protein203330
S nilai adalah koefisien sedimentasi: ukuran kecepatan partikel dipintal dalam ultrasentrifugasi. Nilai S tidak aditif. nts = nukleotida.

RNA ribosom

Asam ribonukleat ribosom (rRNA) adalah jenis RNA non-coding yang merupakan komponen utama ribosom, penting untuk semua sel. rRNA adalah ribozim yang melakukan sintesis protein di ribosom. RNA ribosom ditranskripsi dari DNA ribosom (rDNA) dan kemudian diikat ke protein ribosom untuk membentuk subunit ribosom kecil dan besar. rRNA adalah faktor fisik dan mekanik ribosom yang memaksa transfer RNA (tRNA) dan messenger RNA (mRNA) untuk memproses dan menerjemahkan yang terakhir menjadi protein. [1] RNA ribosom adalah bentuk RNA dominan yang ditemukan di sebagian besar sel, ia membentuk sekitar 80% RNA seluler meskipun tidak pernah diterjemahkan ke dalam protein itu sendiri. Ribosom terdiri dari sekitar 60% rRNA dan 40% protein ribosom berdasarkan massa.


Tantangan ribosom ke dunia RNA

Dunia RNA yang mendahului dunia modern polipeptida dan polinukleotida adalah salah satu model yang paling banyak diterima dalam penelitian asal usul kehidupan. Dalam model ini, sistem translasi menggiring Dunia RNA ke dalam biologi DNA, RNA, dan protein yang masih ada. Di sini, kami memeriksa Hipotesis Dunia RNA dalam konteks informasi yang semakin terperinci yang tersedia tentang asal-usul, evolusi, fungsi, dan mekanisme sistem terjemahan. Kami menyimpulkan bahwa sistem terjemahan menghadirkan tantangan kritis terhadap RNA World Hypotheses. Pertama, garis waktu Dunia RNA bermasalah ketika ribosom dimasukkan. Mekanisme transfer peptidil ribosom tampak berbeda dari enzim yang berevolusi, menandakan asal-usul dalam lingkungan kimia daripada lingkungan biologis. Kedua, kami tidak memiliki bukti bahwa perangkat biokimia dasar kehidupan tunduk pada perubahan substantif oleh evolusi Darwin, sebagaimana diperlukan untuk transisi dari dunia RNA ke biologi yang masih ada. Ketiga, kami tidak melihat bukti spesifik untuk pengambilalihan fungsi ribozim secara biologis oleh enzim protein. Akhirnya, kita tidak dapat menemukan dasar untuk pelestarian ribosom sebagai ribozim atau universalitas terjemahan, jika terjadi informasi lain yang mentransduksi ribozim, seperti ribozim polimerase, digantikan oleh analog protein dan dihapus dari catatan filogenetik. Kami menyarankan bahwa model RNA World yang diperbarui harus membahas status pengetahuan sistem terjemahan saat ini.


Gambaran

Urutan DNA, yang mengkode urutan asam amino dalam protein, disalin ke dalam rantai messenger RNA. Ini dapat disalin berkali-kali ke dalam rantai RNA. Ribosom dapat mengikat rantai messenger RNA dan menggunakan urutannya untuk menentukan urutan asam amino yang benar. Asam amino dipilih, dikumpulkan, dan dibawa ke ribosom oleh molekul RNA transfer (tRNA), yang masuk ke salah satu bagian ribosom dan berikatan dengan rantai messenger RNA. Selama pengikatan inilah terjadi translasi yang benar dari urutan asam nukleat ke urutan asam amino. Untuk setiap triplet pengkode dalam RNA pembawa pesan terdapat RNA transfer berbeda yang cocok dan yang membawa asam amino yang benar untuk triplet pengkode tersebut. Asam amino yang melekat kemudian dihubungkan bersama oleh bagian lain dari ribosom. Setelah protein diproduksi, ia kemudian dapat melipat untuk menghasilkan struktur tiga dimensi fungsional tertentu meskipun selama sintesis beberapa protein mulai melipat ke dalam bentuk yang benar.

Ribosom terbuat dari kompleks RNA dan protein dan karenanya merupakan ribonukleoprotein. Setiap ribosom dibagi menjadi dua subunit: 1) subunit yang lebih kecil yang mengikat subunit yang lebih besar dan pola mRNA, dan 2) subunit yang lebih besar yang mengikat tRNA, asam amino, dan subunit yang lebih kecil. Ketika ribosom selesai membaca molekul mRNA, kedua subunit ini terpisah. Ribosom adalah ribozim, karena aktivitas katalitik peptidil transferase yang menghubungkan asam amino dilakukan oleh RNA ribosom. Ribosom sering dikaitkan dengan membran intraseluler yang membentuk retikulum endoplasma kasar.

Ribosom dari bakteri, archaea dan eukariota dalam sistem tiga domain, mirip satu sama lain hingga tingkat yang luar biasa, bukti asal usul yang sama. Mereka berbeda dalam ukuran, urutan, struktur, dan rasio protein terhadap RNA. Perbedaan struktur memungkinkan beberapa antibiotik untuk membunuh bakteri dengan menghambat ribosom mereka, sementara ribosom manusia tidak terpengaruh. Pada bakteri dan archaea, lebih dari satu ribosom dapat bergerak sepanjang rantai mRNA tunggal pada satu waktu, masing-masing "membaca" urutannya dan menghasilkan molekul protein yang sesuai.

Ribosom mitokondria sel eukariotik, dihasilkan dari gen mitokondria, dan secara fungsional menyerupai banyak fitur yang ada pada bakteri, yang mencerminkan kemungkinan asal evolusi mitokondria. [5] [6]


Struktur kompleks ribosom-Sec61 mamalia hingga resolusi 3,4

Translokasi protein kotranslasi adalah proses yang dilestarikan secara universal untuk sekretori dan biosintesis protein membran. Polipeptida yang baru lahir yang muncul dari ribosom penerjemah diangkut melintasi atau dimasukkan ke dalam membran melalui saluran Sec61 yang terikat ribosom. Di sini, kami melaporkan struktur kompleks ribosom-Sec61 mamalia baik dalam keadaan diam maupun keadaan terjemahan, ditentukan pada resolusi 3,4 dan 3,9 . Kumpulan data memungkinkan pembuatan model atom ribosom mamalia yang hampir lengkap, visualisasi tRNA keadaan hibrid A/P dan P/E, dan analisis polipeptida yang baru lahir di terowongan keluar. Detail kimia yang belum pernah terjadi sebelumnya diamati untuk interaksi ribosom-Sec61 dan keadaan konformasi Sec61 pada pengikatan ribosom. Perbandingan peta dari kompleks yang menganggur dan kompleks penerjemahan menunjukkan bagaimana perubahan konformasi pada saluran Sec61 dapat memfasilitasi translokasi polipeptida yang disekresikan. Struktur resolusi tinggi dari kompleks ribosom-Sec61 mamalia memberikan referensi berharga untuk studi fungsional dan struktural di masa depan.

Hak Cipta © 2014 Penulis. Diterbitkan oleh Elsevier Inc. Semua hak dilindungi undang-undang.

Angka

Struktur mamalia…

Struktur Model Kompleks Ribosom-Translokon Mamalia (A) dari Model 80-an yang menganggur…

Kepadatan Representatif untuk Ribosom…

Kepadatan Representatif untuk Protein Ribosomal dan kepadatan Cryo-EM rRNA (A–D) untuk…

Sebuah A/P Hybrid State tRNA (A) Tinjauan tentang hybrid A/P (ungu) dan…

Interaksi Sec61 dengan…

Interaksi Sec61 dengan Ribosom (A) Ikhtisar wilayah…

Konformasi Ribosom-Terikat Sec61α (A)…

Konformasi Sec61α yang Terikat-Ribosom (A) Gambaran umum gerbang lateral ikatan-ribosom…

Kompleks Penerjemah Ribosom-Sec61 (A)…

Kerapatan Cryo-EM Kompleks Penerjemahan Ribosom-Sec61 (A) di dalam terowongan keluar ribosom untuk…

Model Dua Langkah untuk Aktivasi…

Model Dua Langkah untuk Aktivasi Sec61 Ditampilkan di sini adalah tampilan cut-away…

Karakterisasi Biokimia Ribosom-Sec61…

Karakterisasi Biokimia Sampel Ribosom-Sec61, Terkait dengan Prosedur Eksperimental (A) Immunoblot menggunakan…

Penyempurnaan dan Strategi Klasifikasi 3D,…

Penyempurnaan dan Strategi Klasifikasi 3D, Terkait Prosedur Eksperimental Setiap kelas di…

Peta dan Kualitas Model, Terkait…

Peta dan Kualitas Model, Terkait dengan Gambar 1 (A) Korelasi Fourier Shell Standar Emas…

Contoh Revisi dan Baru…

Contoh Fitur Ribosom yang Direvisi dan Baru Terlihat, Terkait dengan Gambar 2 (A)…

Kepadatan di Berbagai Wilayah…

Kepadatan di Berbagai Daerah dari Struktur Sec61 yang menganggur, Terkait dengan Gambar 4…

Kepadatan dan Fitur…

Kepadatan dan Fitur Struktur Sec61 Terikat ke Ribosom Penerjemah, Terkait…


Evolusi ribosom pada resolusi atom

Asal usul dan evolusi ribosom, 3-4 miliar tahun yang lalu, tetap tercetak dalam biokimia kehidupan yang masih ada dan dalam struktur ribosom. Proses ekspansi RNA ribosom (rRNA) dapat "diamati" dengan membandingkan struktur 3D rRNA bakteri (kecil), ragi (sedang), dan metazoa (besar). Ukuran rRNA berkorelasi baik dengan kompleksitas spesies. Perbedaan ribosom di seluruh spesies mengungkapkan bahwa segmen ekspansi rRNA telah ditambahkan ke rRNA tanpa mengganggu inti yang sudah ada sebelumnya. Di sini kami menunjukkan bahwa pertumbuhan rRNA terjadi dengan sejumlah proses terbatas yang mencakup penyisipan heliks cabang ke heliks batang yang sudah ada sebelumnya dan pemanjangan heliks. Ekspansi rRNA dapat meninggalkan sidik jari resolusi atom yang khas, yang kami sebut "sidik jari penyisipan". Pengamatan sidik jari penyisipan di inti umum ribosom memungkinkan identifikasi segmen ekspansi leluhur yang mungkin. Secara konseptual membalikkan ekspansi ini memungkinkan ekstrapolasi mundur dalam waktu untuk menghasilkan model ribosom primordial. Pendekatan yang disajikan di sini memberikan wawasan tentang struktur rRNA leluhur bersama universal pra-terakhir dan ekspansi selanjutnya yang membentuk pusat transferase peptidil dan inti yang dilestarikan. Kami menyimpulkan fase berbeda dari evolusi ribosom di mana partikel ribosom berevolusi, memperoleh pengkodean dan translokasi, dan memperluas dan mengelaborasi terowongan keluar.

Kata kunci: C nilai RNA evolusi asal terjemahan filogeni kehidupan.

Pernyataan konflik kepentingan

Para penulis menyatakan tidak ada konflik kepentingan.

Angka

Filogram yang menunjukkan ukuran…

Filogram yang menunjukkan ukuran rRNA LSU dan ukuran genom. Lingkaran…

Struktur sekunder rRNA LSU. (…

Struktur sekunder rRNA LSU. ( A ) E. coli , ( B )…

Evolusi helix 25/ES…

Evolusi helix 25/ES 7 menunjukkan pertambahan serial rRNA ke…

elemen ekspansi rRNA dalam dua ...

elemen ekspansi rRNA dalam dua dan tiga dimensi. ( A ) Heliks 52…

Asal usul dan evolusi…

Asal usul dan evolusi PTC. Trunk rRNA ditampilkan sebelum dan sesudah…

Evolusi rRNA dipetakan ke…

Evolusi rRNA dipetakan ke struktur sekunder rRNA LSU. Inti yang umum adalah…


Peneliti merancang ribosom buatan pertama

Para peneliti di University of Illinois di Chicago dan Northwestern University telah merekayasa ribosom tertambat yang bekerja hampir sama baiknya dengan komponen seluler asli, atau organel, yang menghasilkan semua protein dan enzim di dalam sel. Ribosom yang direkayasa dapat memungkinkan produksi obat baru dan biomaterial generasi berikutnya dan mengarah pada pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana fungsi ribosom.

Ribosom buatan, yang disebut Ribo-T, dibuat di laboratorium Alexander Mankin, direktur Pusat Ilmu Biomolekuler Fakultas Farmasi UIC, dan Michael Jewett dari Northwestern, asisten profesor teknik kimia dan biologi. Ribosom buatan manusia mungkin dapat dimanipulasi di laboratorium untuk melakukan hal-hal yang tidak dapat dilakukan oleh ribosom alami.

Ketika sel membuat protein, mRNA (messenger RNA) disalin dari DNA. Dua subunit ribosom, satu besar dan satu kecil, bersatu pada mRNA untuk membentuk unit fungsional yang merakit protein dalam proses yang disebut translasi. Setelah molekul protein selesai, subunit ribosom - yang keduanya terdiri dari RNA dan protein - terpisah satu sama lain.

Dalam sebuah studi baru di jurnal Alam, para peneliti menggambarkan desain dan sifat Ribo-T, sebuah ribosom dengan subunit yang tidak akan terpisah. Ribo-T mungkin dapat disetel untuk menghasilkan polimer yang unik dan fungsional untuk menjelajahi fungsi ribosom atau memproduksi terapi desainer -- dan mungkin suatu hari bahkan polimer non-biologis.

Tidak ada yang pernah mengembangkan sesuatu seperti ini.

"Kami merasa ada kemungkinan kecil -- sangat kecil -- Ribo-T bisa bekerja, tapi kami tidak benar-benar tahu," kata Mankin.

Mankin, Jewett dan rekan-rekan mereka frustrasi dalam penyelidikan mereka oleh subunit ribosom yang berantakan dan bersatu dalam setiap siklus sintesis protein. Bisakah subunit dihubungkan secara permanen? Para peneliti merancang ribosom desainer baru dengan subunit yang ditambatkan - Ribo-T.

"Apa yang akhirnya dapat kami lakukan adalah menunjukkan bahwa dengan menciptakan ribosom yang direkayasa di mana RNA ribosom dibagi antara dua subunit dan dihubungkan oleh ikatan kecil ini, kami benar-benar dapat membuat sistem terjemahan ganda," kata Jewett.

"Mengejutkan bahwa RNA chimeric hibrida kami dapat mendukung perakitan ribosom fungsional di dalam sel. Juga mengejutkan bahwa ribosom yang ditambatkan ini dapat mendukung pertumbuhan tanpa adanya ribosom tipe liar," katanya.

Ribo-T bekerja lebih baik daripada yang diyakini Mankin dan Jewett. Ribo-T tidak hanya membuat protein dalam tabung reaksi, tetapi juga mampu membuat cukup protein dalam sel bakteri yang tidak memiliki ribosom alami untuk menjaga bakteri tetap hidup.

Jewett dan Mankin terkejut dengan hal ini. Para ilmuwan sebelumnya percaya bahwa kemampuan dua subunit ribosom untuk memisahkan diperlukan untuk sintesis protein.

"Jelas asumsi ini tidak benar," kata Jewett.

"Pabrik pembuat protein baru kami menjanjikan untuk memperluas kode genetik dengan cara yang unik dan transformatif, memberikan peluang menarik untuk biologi sintetik dan rekayasa biomolekuler," kata Jewett.

"Ini adalah alat yang menarik untuk mengeksplorasi fungsi ribosom dengan bereksperimen dengan bagian paling penting dari mesin sintesis protein, yang sebelumnya 'tak tersentuh,'" tambah Mankin.


Ribosom

Tampilan cepat:
Ribosom berfungsi sebagai mesin mikro untuk membuat protein. Ribosom terdiri dari protein khusus dan asam nukleat. PENJELASAN informasi dan Penghubung ASAM AMINO adalah inti dari proses produksi protein.
Ribosom, terbentuk dari dua subunit yang saling mengunci, berfungsi untuk: (1) Menerjemahkan informasi yang disandikan dari inti sel yang disediakan oleh messenger ribonucleic acid (mRNA), (2) Menghubungkan asam amino yang dipilih dan dikumpulkan dari sitoplasma dengan mentransfer asam ribonukleat ( tRNA). (Urutan di mana asam amino dihubungkan bersama ditentukan oleh mRNA) dan, (3) Ekspor polipeptida yang dihasilkan ke sitoplasma di mana ia akan membentuk protein fungsional.

Ribosom ditemukan ‘bebas’ dalam sitoplasma atau terikat pada retikulum endoplasma (ER) untuk membentuk RE kasar. Dalam sel mamalia bisa ada sebanyak 10 juta ribosom. Beberapa ribosom dapat melekat pada untai mRNA yang sama, struktur ini disebut polisom. Ribosom hanya memiliki keberadaan sementara. Ketika mereka telah mensintesis polipeptida, dua sub-unit terpisah dan digunakan kembali atau dipecah.

Ribosom dapat menggabungkan asam amino dengan kecepatan 200 per menit. Oleh karena itu, protein kecil dapat dibuat dengan cukup cepat tetapi dibutuhkan dua hingga tiga jam untuk protein yang lebih besar seperti titin protein otot asam amino 30.000 yang sangat besar.

Ribosom pada prokariota menggunakan proses yang sedikit berbeda untuk menghasilkan protein daripada ribosom pada eukariota. Untungnya perbedaan ini menyajikan jendela peluang molekuler untuk serangan obat antibiotik seperti streptomisin. Sayangnya beberapa toksin bakteri dan virus polio juga menggunakannya untuk memungkinkan mereka menyerang mekanisme translasi.

Untuk diagram ikhtisar produksi protein klik di sini.
(Diagram akan terbuka di jendela terpisah)

Ini adalah gambar mikroskop elektron yang menunjukkan bagian dari retikulum endoplasma kasar dalam sel akar tanaman dari jagung. Bintik-bintik gelap adalah ribosom.

(milik Chris Hawes, The Research School of Biology & Molecular Sciences, Oxford Brookes University, Oxford, UK)

MELIHAT LEBIH LANJUT di Ribosom:

Ribosom adalah unit produksi makromolekul. Mereka terdiri dari protein ribosom (riboprotein) dan asam ribonukleat (ribonukleoprotein). Kata ribosom dibuat dari mengambil 'ribo' dari asam ribonukleat dan menambahkannya ke 'soma', kata Latin untuk tubuh. Ribosom dapat diikat oleh membran tetapi tidak bermembran.

Ribosom: mesin mikro untuk membuat protein
Ribosom pada dasarnya adalah 'mesin' mikro yang sangat rumit namun elegan untuk memproduksi protein. Setiap ribosom lengkap dibangun dari dua sub-unit. Ribosom eukariotik terdiri dari asam nukleat dan sekitar 80 protein dan memiliki massa molekul sekitar 4.200.000 Da. Sekitar dua pertiga dari massa ini terdiri dari RNA ribosom dan sepertiga dari sekitar 50+ protein ribosom yang berbeda.

Ribosom ditemukan dalam sel prokariotik dan eukariotik di mitokondria, kloroplas dan bakteri. Mereka yang ditemukan pada prokariota umumnya lebih kecil dari pada eukariota. Ribosom dalam mitokondria dan kloroplas berukuran sama dengan yang ada pada bakteri. Ada sekitar 10 miliar molekul protein dalam sel mamalia dan ribosom memproduksi sebagian besar dari mereka. Sebuah sel mamalia yang berkembang pesat dapat mengandung sekitar 10 juta ribosom. [Satu sel dari E. Coli mengandung sekitar 20.000 ribosom dan ini menyumbang sekitar 25% dari total massa sel].

Protein dan asam nukleat yang membentuk sub-unit ribosom dibuat di nukleolus dan diekspor melalui pori-pori nukleus ke dalam sitoplasma. Kedua sub-unit tidak sama dalam ukuran dan ada dalam keadaan ini sampai diperlukan untuk digunakan. Sub-unit yang lebih besar kira-kira dua kali lebih besar dari yang lebih kecil.

Sub-unit yang lebih besar terutama memiliki fungsi katalitik, sub-unit yang lebih kecil terutama berfungsi sebagai decoding. Dalam RNA ribosom sub-unit besar melakukan fungsi enzim dan disebut ribozim. Unit yang lebih kecil terhubung dengan mRNA dan kemudian mengunci ke sub-unit yang lebih besar. Setelah terbentuk, ribosom bukanlah unit statis. Ketika produksi protein tertentu telah selesai, dua sub-unit terpisah dan kemudian biasanya dipecah. Ribosom hanya memiliki keberadaan sementara.

Kadang-kadang subunit ribosom menerima mRNA segera setelah mRNA keluar dari nukleus. Ketika banyak ribosom melakukan ini, strukturnya disebut polisom. Ribosom dapat berfungsi dalam keadaan 'bebas' di sitoplasma tetapi mereka juga dapat 'menetap' di retikulum endoplasma untuk membentuk 'retikulum endoplasma kasar'. Di mana ada retikulum endoplasma kasar, hubungan antara ribosom dan retikulum endoplasma (RE) memfasilitasi pemrosesan lebih lanjut dan pemeriksaan protein yang baru dibuat oleh RE.

Pabrik Protein: situs dan layanan.

Semua pabrik membutuhkan layanan seperti gas, air, drainase dan komunikasi. Untuk ini disediakan harus ada lokasi atau situs.

Produksi protein juga membutuhkan persyaratan layanan. Sebuah situs yang membutuhkan penyediaan layanan diproduksi di sub-unit ribosom kecil ketika untai mRNA masuk melalui satu celah selektif, dan untai tRNA inisiator melalui yang lain. Tindakan ini memicu sub-unit kecil untuk mengunci ribosom sub-unit besar untuk membentuk ribosom yang lengkap dan aktif. Proses produksi protein yang menakjubkan sekarang dapat dimulai.

Agar translasi dan sintesis protein berlangsung, banyak inisiator dan pelepasan bahan kimia yang terlibat, dan banyak reaksi menggunakan enzim berlangsung. Namun ada persyaratan umum dan ini harus dipenuhi. Daftar di bawah ini menunjukkan persyaratan utama dan cara menyediakannya:

  • Persyaratan: Fasilitas yang aman (bebas kontaminasi) dan sesuai untuk berlangsungnya proses produksi protein.
  • Persediaan: fasilitas ini disediakan oleh dua sub-unit ribosom. Ketika dua sub-unit mengunci bersama untuk membentuk ribosom lengkap, molekul yang masuk dan keluar hanya dapat melakukannya melalui celah atau terowongan selektif dalam struktur molekul.
  • Persyaratan: Pasokan informasi dalam bentuk yang dapat diterjemahkan oleh ribosom dengan tingkat akurasi yang tinggi. Terjemahan harus akurat agar protein yang benar diproduksi.
  • Persediaan: Informasi dipasok oleh nukleus dan dikirim ke ribosom dalam bentuk untaian mRNA. Ketika mRNA terbentuk di dalam nukleus, intron (bagian non-coding) dipotong, dan ekson (bagian pengkodean) disatukan oleh proses yang disebut splicing.
  • Persyaratan: Pasokan asam amino dari mana mekanisme ribosom dapat memperoleh asam amino spesifik yang dibutuhkan.
  • Persediaan: Asam amino, terutama dipasok dari makanan, biasanya tersedia secara bebas di sitoplasma.
  • Persyaratan: Sebuah sistem yang dapat memilih dan mengunci asam amino dalam sitoplasma dan mengirimkannya ke situs translasi dan sintesis di ribosom.
  • Persediaan: Untaian pendek asam ribonukleat transfer (tRNA) yang dibuat di nukleus dan tersedia di sitoplasma bertindak sebagai 'alat adaptor'. Ketika untai tRNA telah terkunci pada asam amino, tRNA dikatakan 'bermuatan'. tRNA berdifusi ke dalam sub-unit ribosom yang lebih kecil dan setiap untai tRNA pendek akan mengantarkan SATU Asam amino.
  • Persyaratan: Cara melepaskan ke dalam sitoplasma: (A) polipeptida yang baru terbentuk, (B) mRNA yang telah digunakan dalam proses penerjemahan, dan (C) tRNA yang telah mengirimkan asam amino yang dibawanya dan sekarang 'tidak bermuatan'.
  • Ketentuan: (a) ketika rantai peptida yang baru terbentuk diproduksi jauh di dalam sub-unit besar ribosom, ia diarahkan ke sitoplasma di sepanjang terowongan atau celah. (B) mRNA 'bekas' meninggalkan sub-unit ribosom yang lebih kecil melalui terowongan di sisi yang berlawanan dengan titik masuknya. Pergerakan melalui ribosom dilakukan oleh satu arah saja, gerakan intermiten dari ribosom sepanjang, dan ke arah, untai mRNA yang masuk. (C) tRNA dalam keadaan 'tidak bermuatan' keluar melalui terowongan dalam arsitektur molekul sub-unit besar ribosom.

Pabrik Protein: Apa yang terjadi di dalam?
– Lihat jalur produksi protein yang dapat menggabungkan asam amino dengan kecepatan 200 per menit!

Sekarang kami telah mempertimbangkan persyaratan dan ketentuan yang diperlukan agar mesin produksi protein dapat beroperasi, kami dapat melihat cara kerja bagian dalam.

Seperti disebutkan sebelumnya, banyak reaksi biokimia terperinci terjadi di ribosom dan hanya garis besar singkat yang diberikan di sini untuk menggambarkan konsep tersebut.
(Silakan lihat juga 'skema ribosom' di akhir bagian)

Dalam ribosom ada TIGA TAHAP dan TIGA SITUS operasional yang terlibat dalam jalur produksi protein.

Tiga TAHAPAN adalah (1) Inisiasi, (2) Perpanjangan dan (3) Terminasi.

Tiga operasional atau mengikat SITUS adalah A, P dan E membaca dari situs entri mRNA (biasanya sisi kanan).

Situs A dan P merentang kedua sub-unit ribosom dengan bagian yang lebih besar berada di sub-unit besar ribosom, dan bagian yang lebih kecil di sub-unit yang lebih kecil. Situs E, situs keluar, berada di sub-unit ribosom besar.

Tabel situs pengikatan, posisi dan fungsi dalam ribosom
(lihat juga skema ribosom di akhir bagian)

Situs Pengikatan

situs entri untai mRNA

Istilah biologis

Proses utama

Penerimaan kodon mRNA & untai 'bermuatan' tRNA. Memeriksa dan mendekode dan mulai 'menyerahkan' satu molekul asam amino

Sintesis peptida, konsolidasi, pemanjangan dan transfer rantai peptida ke situs A

SiTe E

Persiapan tRNA 'tidak bermuatan' untuk keluar

Tiga tahap:

  1. Inisiasi. Selama tahap ini, sub-unit ribosom kecil terhubung ke 'ujung awal' dari untai mRNA. 'Inisiator tRNA' juga memasuki sub-unit kecil. Kompleks ini kemudian bergabung ke sub-unit besar ribosom. Pada awal untai mRNA ada pesan 'mulai menerjemahkan' dan untai tRNA 'diisi' dengan satu asam amino tertentu, masuk situs A dari ribosom. Produksi polipeptida kini telah dimulai. Agar tRNA tidak ditolak, kelompok kode tiga huruf yang dibawanya (disebut anti-kodon) harus cocok dengan kelompok kode tiga huruf (disebut kodon) pada untai mRNA yang sudah ada. dalam ribosom. Ini adalah bagian yang sangat penting dari terjemahan proses dan mengejutkan betapa sedikit 'kesalahan terjemahan' terjadi. [Pada umumnya asam amino tertentu yang dibawanya ditentukan oleh antikodon tiga huruf yang dikandungnya, mis. jika kode tiga hurufnya adalah CAG (Cytosin, Adenin, Guanin) maka akan memilih dan mengangkut asam amino Glutamin (Gln)].
  1. Pemanjangan.Istilah ini mencakup periode antara inisiasi dan terminasi dan selama waktu inilah bagian utama dari protein yang ditentukan dibuat. Proses ini terdiri dari serangkaian siklus, yang jumlah totalnya ditentukan oleh mRNA. Salah satu peristiwa utama selama elongasi adalah translokasi. Ini adalah saat ribosom bergerak di sepanjang mRNA dengan satu takik kodon dan siklus baru dimulai. Selama proses 'start-up', 'tRNA inisiasi' akan pindah ke situs P (lihat skema ribosom di akhir bagian) dan ribosom akan masuk ke dalam situs A, tRNA baru 'bermuatan' dengan satu asam amino. tRNA 'bermuatan' berada di situs A sampai telah diperiksa dan diterima (atau ditolak) dan sampai rantai peptida yang tumbuh melekat pada tRNA di situs P, telah ditransfer oleh enzim, ke tRNA 'bermuatan' di situs A Di sini satu asam amino baru disumbangkan oleh tRNA dan ditambahkan ke rantai peptida. Dengan proses ini rantai peptida bertambah panjang dengan penambahan satu asam amino. [Pembentukan ikatan peptida antara rantai peptida yang sedang tumbuh dan asam amino yang baru diterima dibantu oleh peptidil transferase dan berlangsung di sub-unit ribosom besar. Reaksi terjadi antara tRNA yang membawa rantai peptida yang baru lahir, peptidil-tRNA dan tRNA yang membawa asam amino yang masuk, aminoasil-tRNA]. Ketika ini telah terjadi tRNA di situs P, setelah mentransfer rantai peptidanya, dan sekarang tanpa lampiran apa pun, dipindahkan ke situs E situs keluar. Selanjutnya, tRNA masuk situs A, lengkap dengan rantai peptida yang bertambah panjang satu asam amino, bergerak ke situs P. Di dalam situs P riboprotein bertindak untuk mengkonsolidasikan ikatan rantai peptida dengan asam amino yang baru ditambahkan. Jika rantai peptida panjang, bagian tertua akan dipindahkan ke sitoplasma untuk diikuti oleh sisa rantai saat diproduksi.Siklus berikutnya
    Dengan situs A sekarang kosong translokasi terjadi. Ribosom bergerak dengan jarak satu (tiga huruf) kodon notch sepanjang mRNA untuk membawa kodon baru ke area pemrosesan. tRNA 'diisi' dengan asam amino yang terpasang sekarang masuk situs A, dan memberikan kecocokan kodon mRNA yang memuaskan dan anti-kodon tRNA dibuat, siklus dimulai lagi. Proses ini berlanjut sampai tahap terminasi tercapai.
  2. Penghentian. Ketika ribosom mencapai ujung untai mRNA, pesan terminal atau 'akhir kode protein' ditandai. Ini mencatat akhir produksi untuk protein tertentu yang dikodekan oleh untai mRNA ini. Bahan kimia 'faktor pelepasan' mencegah penambahan asam amino lagi, dan protein baru (polipeptida) sepenuhnya dipindahkan ke sitoplasma melalui celah di sub-unit besar. Kedua sub-unit ribosom terlepas, terpisah dan digunakan kembali atau dipecah.

  • Hampir semua protein yang dibutuhkan oleh sel disintesis oleh ribosom. Ribosom ditemukan 'bebas' di sitoplasma sel dan juga melekat pada retikulum endoplasma kasar.
  • Ribosom menerima informasi dari inti sel dan bahan konstruksi dari sitoplasma.
  • Ribosom menerjemahkan informasi yang dikodekan dalam messenger ribonucleic acid (mRNA).
  • Mereka tautan bersama-sama asam amino spesifik untuk membentuk polipeptida dan mereka mengekspornya ke sitoplasma.
  • Sebuah sel mamalia mungkin mengandung sebanyak 10 juta ribosom, tetapi setiap ribosom hanya memiliki keberadaan sementara.
  • Ribosom dapat menghubungkan asam amino dengan kecepatan 200 per menit.
  • Ribosom terbentuk dari penguncian sub-unit kecil ke sub-unit besar. Sub-unit biasanya tersedia di sitoplasma, yang lebih besar sekitar dua kali ukuran yang lebih kecil.
  • Setiap ribosom adalah kompleks ribonukleoprotein dengan dua pertiga massanya terdiri dari RNA ribosom dan sekitar sepertiga protein ribosom.
  • Produksi protein berlangsung dalam tiga tahap: (1) inisiasi, (2) pemanjangan, dan (3) penghentian.
  • Selama produksi peptida, ribosom bergerak di sepanjang mRNA dalam proses intermiten yang disebut translokasi.
  • Obat antibiotik seperti streptomisin dapat digunakan untuk menyerang mekanisme translasi pada prokariota. Ini sangat berguna. Sayangnya beberapa toksin bakteri dan virus juga dapat melakukan hal ini.
  • Setelah mereka meninggalkan ribosom sebagian besar protein dilipat atau dimodifikasi dalam beberapa cara. Ini disebut 'modifikasi pasca translasi'.

Diagram ikhtisar produksi protein, termasuk catatan tentang modifikasi protein.


Tangan pengatur dalam pembentukan ribosom

Ribosom, yang menggunakan program genetik tetap untuk memproduksi protein sel, juga terbentuk menurut rencana hierarkis yang ketat. Dalam pendekatan interdisipliner, tim peneliti Prof. Dr. Ed Hurt dari Pusat Biokimia Universitas Heidelberg (BZH) dan Prof. Dr. André Hoelz dari Institut Teknologi California (Caltech) di Pasadena (AS) telah menguraikan mekanisme yang mengatur proses ini. Mereka menemukan protein yang sebelumnya tidak diketahui yang mengatur proses dalam inti sel yang memungkinkan sel untuk memasukkan protein ribosom ke dalam pra-ribosom berkembang dalam urutan yang benar. Hasil penelitian mereka dipublikasikan secara online di "Molecular Cell."

Ribosom adalah mesin nano seluler terstruktur kompleks yang terdiri dari empat asam ribonukleat dan sekitar 80 protein ribosom (r-protein) yang berbeda. Mereka bertanggung jawab untuk mensintesis rantai protein. "Pembentukan ribosom yang benar sangat penting dalam pembelahan dan perbanyakan sel. Strukturnya sangat rumit karena semua protein ribosom ditambahkan ke pra-ribosom yang sedang berkembang dalam urutan yang ketat, dengan sekitar 200 protein pembantu membantu dalam prosesnya," kata Ed Hurt .

Pada eukariota, ribosom baru terbentuk terutama di inti sel. Protein-r yang dibutuhkan untuk pembentukannya harus bergerak dari plasma sel ke tempat di dalam nukleus tempat ribosom diproduksi, yang disebut nukleolus. Until now, scientists knew only that r-proteins were built into the newly forming ribosome following a strict hierarchy -- r-protein B comes after r-protein A and so on. "But the question of how the strict sequence is ensured and who is responsible remained largely unanswered," explains Prof. Hurt.

The researchers have now been able to demonstrate that the newly discovered protein, called the assembly chaperone of L4 or Acl4, regulates the orderly integration of ribosomal protein L4 into the early pre-ribosome. "This employs a well-known everyday concept, like an usher holding a seat open until the correct occupant arrives," explains the researcher.

Using new investigative procedures, the two primary authors of the publication, Dr. Philipp Stelter of the BZH and Ferdinand Huber of Caltech, were able to decode the detection mechanism between the L4 r-protein and the developing ribosome. According to the researchers, the underlying basis is a eukaryote-specific extension of the L4 ribosomal protein that comes into contact with the surface of the ribosome and is released for assembly by the Acl4 helper protein. If these interactions are hindered by insufficient production of the r-protein or an error in the growing ribosome, the helper protein remains bound and prevents the development of a faulty ribosome.

The collaboration between the researchers of the Heidelberg University Biochemistry Center and the California Institute of Technology offered an opportunity to combine traditional and newly developed methods in cellular biology, biochemistry and biophysics. "This was pivotal for the detailed characterisation of the newly discovered mechanisms and the participating components," emphasises Ed Hurt.


Alert to biologists: Ribosomes can translate 'untranslated region' of messenger RNA

In what appears to be an unexpected challenge to a long-accepted fact of biology, Johns Hopkins researchers say they have found that ribosomes -- the molecular machines in all cells that build proteins -- can sometimes do so even within the so-called untranslated regions of the ribbons of genetic material known as messenger RNA (mRNA).

"This is an exciting find that generates a whole new set of questions for researchers," says Rachel Green, Ph.D., a Howard Hughes Medical Institute investigator and professor of molecular biology and genetics at the Johns Hopkins University School of Medicine. Chief among them, she adds, is whether the proteins made in this unusual way have useful or damaging functions and under what conditions, questions that have the potential to further our understanding of cancer cell growth and how cells respond to stress.

In a summary of the findings in yeast cells, to be published Aug. 13 in the journal Sel, Green and her team report that the atypical protein-making happens when ribosomes fail to get "recycled" when they reach the "stop" signal in the mRNA. For reasons not yet understood, Green says, "rogue" ribosomes restart without a "start" signal and make small proteins whose functions are unknown.

Ribosomes are made out of specialized RNA molecules (DNA's chemical cousin) that work together with proteins to read instruction-bearing mRNAs and "translate" their message to create proteins. Each mRNA begins with a "start" code, followed by the blueprint for a specific protein, followed by a "stop" code. And then there's a segment of code that has always been called the "untranslated region," because scientists never saw it translated into protein.

But no longer, according to Green and postdoctoral fellow Nicholas Guydosh, Ph.D., who, along with a team at the National Institute of Child Health and Human Development, began the project out of curiosity about a yeast protein called Rli1.

Previous studies had shown that Rli1 can split ribosomes into their two component parts once they encounter a stop code and are no longer needed. This "recycling" process, they say, disengages a ribosome from its current mRNA molecule so that it's available to translate another one. But it was unclear whether Rli1 behaved the same way in live cells.

To find out, the researchers deprived living yeast cells of Rli1, predicting that translation would slow down as ribosomes piled up at stop codes. To "see" where the ribosomes were, the team added an enzyme to the cells that would chew up any exposed RNA. The RNA bound by ribosomes would be protected and could then be isolated and identified. As predicted, the depletion of Rli1 increased the number of ribosomes sitting on stop codes. But they also saw evidence of ribosomes sitting in the untranslated region, which they called a surprise.

To find out if the ribosomes were actually reading from the untranslated region to create proteins, the team inserted genetic code in that region for a protein whose quantity they could easily measure. Cells with Rli1 didn't make the protein, but cells missing Rli1 did, proving that their ribosomes were indeed active in the untranslated region.

Further experiments showed that the ribosomes weren't just continuing translation past the stop code to create an extra-long protein. They first released the regularly coded protein as usual and then began translation again nearby.

"It seems like the ribosomes get tired of waiting to be disassembled and decide to get back to work," says Guydosh. "The protein-making work that appears right in front of them is in the untranslated region."

As noted, the purpose of these many small proteins is unknown, but Green says one possibility stems from the fact that ribosomes increase in the untranslated region when yeast are stressed by a lack of food. "It's possible that these small proteins actually help the yeast respond to starvation, but that's just a guess," she says.

Because ribosomes are essential to create new proteins and cell growth, Green notes, scientists believe the rate at which cells replicate is determined, at least in part, by how many ribosomes they have. Cells lacking Rli1 can't grow because their ribosomes are all occupied at stop codes and in untranslated regions. Thus cancer cells increase their levels of Rli1 in order to grow rapidly.

"We didn't understand previously how important ribosome recycling is for the proper translation of mRNA," says Green. "Without it, ribosomes are distracted from their usual work, which is crucial for normal cell maintenance and growth. This finding opens up questions we didn't even know to ask before."