Fonction des ribosomes, structure et relation avec les acides nucléiques



Le les ribosomes ils sont les organites cellulaires les plus abondants et participent à la synthèse des protéines. Ils ne sont pas entourées par une membrane et sont formées par deux types de sous-unités: une grande et une petite, généralement grande sous-unité est presque deux fois plus petite.

La lignée procaryote possède des ribosomes 70S composés d'une grande sous-unité 50S et d'une petite sous-unité 30S. En outre, les ribosomes de la lignée eucaryote sont composés d'une grande sous-unité 60S et d'une petite sous-unité 40S.

Le ribosome est analogue à une usine en mouvement, capable de lire l'ARN messager, de le traduire en acides aminés et de les relier par des liaisons peptidiques.

Les ribosomes représentent près de 10% des protéines totales d'une bactérie et plus de 80% de la quantité totale d'ARN. Dans le cas des eucaryotes, ils ne sont pas aussi abondants que les autres protéines, mais leur nombre est plus élevé.

En 1950, le chercheur George Palade a visualisé les ribosomes pour la première fois et cette découverte a reçu le prix Nobel de physiologie ou de médecine.

Index

  • 1 Caractéristiques générales
  • 2 structure
  • 3 types
    • 3.1 Ribosomes chez les procaryotes
    • 3.2 Ribosomes chez les eucaryotes
    • 3.3 Ribosomes à Arqueas
    • 3.4 Coefficient de sédimentation
  • 4 fonctions
    • 4.1 Traduction des protéines
    • 4.2 ARN de transfert
    • 4.3 Étapes chimiques de la synthèse des protéines
    • 4.4 Ribosomes et antibiotiques
  • 5 Synthèse des ribosomes
    • 5.1 gènes d'ARN ribosomal
  • 6 Origine et évolution
  • 7 références

Caractéristiques générales

Les ribosomes sont des composants essentiels de toutes les cellules et sont liés à la synthèse des protéines. Ils sont de très petite taille et ne peuvent donc être visualisés qu'à la lumière du microscope électronique.

Les ribosomes sont libres dans le cytoplasme de la cellule, ancrée au réticulum endoplasmique rugueux - ribosomes vous donnent cette apparence « ridée » - et dans certains organites tels que les mitochondries et les chloroplastes.

Les ribosomes attachés aux membranes sont responsables de la synthèse des protéines qui seront insérées dans la membrane plasmique ou envoyées à l'extérieur de la cellule.

Les ribosomes libres, qui ne sont couplés à aucune structure du cytoplasme, synthétisent des protéines dont la destination est l’intérieur de la cellule. Enfin, les ribosomes des mitochondries synthétisent des protéines mitochondriales.

De la même manière, plusieurs ribosomes peuvent se joindre et former les "polyribosomes", formant une chaîne couplée à un ARN messager, synthétisant la même protéine, plusieurs fois et simultanément.

Tous sont composés de deux sous-unités: l'une appelée large ou plus grande et l'autre petite ou plus petite.

Certains auteurs considèrent que les ribosomes sont des organites non membraneuses, car ils ne possèdent pas ces structures lipidiques, bien que d'autres chercheurs ne les considèrent pas eux-mêmes comme des organites.

Structure

Les ribosomes sont de petites structures de cellules (29 à 32 nm, en fonction du groupe d'organismes), arrondi et dense, composée de molécules d'ARN et de protéine ribosomique, qui sont associés entre eux.

Les ribosomes les plus étudiés sont ceux des eubactéries, des archées et des eucaryotes. Dans la première lignée, les ribosomes sont plus simples et plus petits. Les ribosomes eucaryotes, par contre, sont plus complexes et plus gros. Dans les archaea, les ribosomes sont plus semblables aux deux groupes sur certains aspects.

Les ribosomes des vertébrés et des angiospermes (plantes à fleurs) sont particulièrement complexes.

Chaque sous-unité ribosomale se compose principalement d'ARN ribosomal et d'une grande variété de protéines. La grande sous-unité peut être formée de petites molécules d'ARN, en plus de l'ARN ribosomal.

Les protéines sont couplées à l'ARN ribosomal dans des régions spécifiques, suite à un ordre. Au sein des ribosomes, plusieurs sites actifs peuvent être différenciés, tels que des zones catalytiques.

L'ARN ribosomal est crucial pour la cellule et cela peut être vu dans l'ordre, qui a été pratiquement inchangé au cours de l'évolution, ce qui reflète les fortes pressions sélectives contre tout changement.

Types

Ribosomes chez les procaryotes

Les bactéries, comme E. coli, ont plus de 15 000 ribosomes (dans des proportions équivalant à près du quart du poids sec de la cellule bactérienne).

Les ribosomes des bactéries ont un diamètre d'environ 18 nm et se composent de 65% de l'ARN ribosomal et seulement 35% des protéines de différentes tailles, de 6000 à 75 000 kDa.

La grande sous-unité s'appelle 50S et la petite 30S, qui se combinent pour former une structure 70S avec une masse moléculaire de 2,5 × 106 kda

La sous-unité 30S est allongée et non symétrique, tandis que la sous-unité 50S est plus épaisse et plus courte.

La petite sous-unité de E. coli Il est composé d'ARN ribosomique 16S (1542 bases) et 21 les protéines et l'ARN ribosomal grande sous-unité 23S sont (2904 bases), 5S (1542 bases) et 31 protéines. Les protéines qui les composent sont basiques et leur nombre varie selon la structure.

Les molécules d'ARN ribosomal, ainsi que les protéines, sont regroupées dans une structure secondaire similaire aux autres types d'ARN.

Ribosomes chez les eucaryotes

Les ribosomes chez les eucaryotes (80S) sont plus gros, avec une teneur en ARN et en protéines plus élevée. Les ARN sont plus longs et s'appellent 18S et 28S. Comme chez les procaryotes, la composition des ribosomes est dominée par l'ARN ribosomal.

Dans ces organismes, le ribosome a une masse moléculaire de 4,2 × 106 kDa et il est décomposé dans la sous-unité 40S et 60S.

La sous-unité 40S contient une seule molécule d'ARN, 18S (1874 bases) et environ 33 protéines. De même, la sous-unité 60S contient les ARN 28S (4718 bases), 5.8S (160 bases) et 5S (120 bases). En outre, il est composé de protéines basiques et de protéines acides.

Ribosomas à Arqueas

Les archées sont un groupe d'organismes microscopiques qui ressemblent à des bactéries, mais leurs caractéristiques sont si différentes qu'elles constituent un domaine distinct. Ils vivent dans des environnements divers et sont capables de coloniser des environnements extrêmes.

Les types de ribosomes trouvés dans les archées sont similaires aux ribosomes des organismes eucaryotes, bien qu'ils présentent également certaines caractéristiques des ribosomes bactériens.

Il possède trois types de molécules d'ARN ribosomal: 16S, 23S et 5S, couplées à 50 ou 70 protéines, selon l'espèce étudiée. En ce qui concerne la taille, les ribosomes des archées sont plus proches des bactéries (70S avec deux sous-unités 30S et 50S), mais en termes de structure primaire, elles sont plus proches des eucaryotes.

Comme les archées ont tendance à habiter des environnements à hautes températures et à fortes concentrations en sel, leurs ribosomes sont très résistants.

Coefficient de sédimentation

Le S ou Svedbergs, se réfère au coefficient de sédimentation de la particule. Exprime la relation entre la vitesse de sédimentation constante entre les accélérations appliquées. Cette mesure a des dimensions temporelles.

Notez que les Svedberg ne sont pas des additifs, car ils prennent en compte la masse et la forme de la particule. Pour cette raison, chez les bactéries, le ribosome composé de sous-unités 50S et 30S n'ajoute pas de 80S, les sous-unités 40S et 60S ne forment pas non plus de ribosome 90S.

Fonctions

Les ribosomes sont responsables de la médiation du processus de synthèse des protéines dans les cellules de tous les organismes, en tant que mécanisme biologique universel.

Les ribosomes - avec l'ARN de transfert et l'ARN messager - parviennent à décoder le message ADN et à l'interpréter dans une séquence d'acides aminés formant toutes les protéines d'un organisme, dans un processus appelé traduction.

À la lumière de la biologie, le mot traduction fait référence au changement de «langage» des triplets de nucléotides en acides aminés.

Ces structures constituent la partie centrale de la traduction, où se produisent la plupart des réactions, telles que la formation de liaisons peptidiques et la libération de la nouvelle protéine.

Traduction de protéines

Le processus de formation des protéines commence par la liaison entre un ARN messager et un ribosome. Le messager se déplace dans cette structure à une extrémité spécifique appelée "codon de démarrage en chaîne".

Lorsque l'ARN messager traverse le ribosome, une molécule de protéine est formée, car le ribosome est capable d'interpréter le message codé dans le messager.

Ce message est codé dans des triplets de nucléotides, dans lesquels toutes les trois bases indiquent un acide aminé particulier. Par exemple, si l'ARN messager porte la séquence: AUG AUU CUU UUG GCU, le peptide formé est constitué des acides aminés: méthionine, isoleucine, leucine, leucine et alanine.

Cet exemple démontre la "dégénérescence" du code génétique, car plus d'un codon - en l'occurrence CUU et UUG ​​- codent pour le même type d'acide aminé. Lorsque le ribosome détecte un codon d'arrêt dans l'ARN messager, la traduction se termine.

Le ribosome a un site A et un site P. Le site P contient le peptidyl-ARNt et dans le site A il pénètre dans l'aminoacyl-ARNt.

Transfert d'ARN

Les ARN de transfert sont responsables du transport des acides aminés vers le ribosome et ont la séquence complémentaire du triplet. Il existe un ARN de transfert pour chacun des 20 acides aminés composant les protéines.

Étapes chimiques de la synthèse protéique

Le processus commence par l'activation de chaque acide aminé avec la liaison de l'ATP dans un complexe d'adénosine monophosphate, libérant des phosphates à haute énergie.

L'étape ci-dessus aboutit à un acide aminé avec un excès d'énergie et la liaison se produit avec son ARN de transfert respectif, pour former un complexe acide aminé-ARNt. La libération d'adénosine monophosphate se produit ici.

Dans le ribosome, l'ARN de transfert trouve l'ARN messager. Dans cette étape, la séquence de l'ARN de transfert ou d'anticodon s'hybride avec le codon ou triplet de l'ARN messager. Cela conduit à l'alignement de l'acide aminé avec sa séquence appropriée.

L'enzyme peptidyl transférase est responsable de la catalyse de la formation des liaisons peptidiques qui se lient aux acides aminés. Ce processus consomme de grandes quantités d'énergie, car il nécessite la formation de quatre liaisons à haute énergie pour chaque acide aminé qui se lie à la chaîne.

La réaction élimine un radical hydroxyle à l'extrémité COOH de l'acide aminé et élimine l'hydrogène à l'extrémité NH.2 de l'autre acide aminé. Les régions réactives des deux acides aminés se lient et créent la liaison peptidique.

Ribosomes et antibiotiques

La synthèse des protéines étant un événement indispensable pour les bactéries, certains antibiotiques ciblent les ribosomes et différentes étapes du processus de traduction.

Par exemple, la streptomycine se lie à la petite sous-unité pour interférer avec le processus de traduction, entraînant des erreurs dans la lecture de l'ARN messager.

D'autres antibiotiques, tels que les néomycines et les gentamicines, peuvent également provoquer des erreurs de traduction, couplées à la petite sous-unité.

Synthèse des ribosomes

Toute la machinerie cellulaire nécessaire à la synthèse des ribosomes se trouve dans le nucléole, une région dense du noyau qui n'est pas entourée de structures membraneuses.

Le nucléole est une structure variable selon le type de cellule: elle est grande et bien visible dans les cellules ayant des besoins élevés en protéines et constitue une zone presque imperceptible dans les cellules qui synthétisent une petite quantité de protéines.

Le traitement de l'ARN ribosomal se produit dans cette zone, où il est couplé aux protéines ribosomiques et donne naissance à des produits de condensation granulaires, qui sont les sous-unités immatures qui ont formé les ribosomes fonctionnels.

Les sous-unités sont transportées à l'extérieur du noyau - à travers les pores nucléaires - jusqu'au cytoplasme, où elles sont assemblées en ribosomes matures pouvant commencer la synthèse des protéines.

Gènes d'ARN ribosomal

Chez l'homme, les gènes codant pour les ARN ribosomiques se trouvent dans cinq paires de chromosomes spécifiques: 13, 14, 15, 21 et 22. Les cellules nécessitant de grandes quantités de ribosomes, les gènes sont répétés plusieurs fois dans ces chromosomes. .

Les gènes de nucléole codent pour les ARN ribosomiques 5.8S, 18S et 28S et sont transcrits par l'ARN polymérase dans un transcrit précurseur de 45S. L'ARN ribosomal 5S n'est pas synthétisé dans le nucléole.

Origine et évolution

Les ribosomes modernes doivent être apparus au temps de LUCA, le dernier ancêtre commun universel (des abréviations en anglais dernier ancêtre commun universel), probablement dans le monde hypothétique de l'ARN. Il est proposé que les ARN de transfert étaient fondamentaux pour l'évolution des ribosomes.

Cette structure pourrait émerger comme un complexe avec des fonctions d'auto-réplication qui ont ensuite acquis des fonctions pour la synthèse d'acides aminés. L'une des caractéristiques les plus remarquables de l'ARN est sa capacité à catalyser sa propre réplication.

Références

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