Caractéristiques des ribosomes, types, structure, fonctions

Les Ribosomes Ils sont les organites cellulaires les plus abondants et sont impliqués dans la synthèse des protéines. Ils ne sont pas entourés de membrane et sont formés par deux types de sous-unités: une grande et une petite, en règle générale, la grande sous-unité est presque le double de la petite fille.

La lignée procaryote a des ribosomes des années 70 composés d'une grande sous-unité 50s et d'un petit 30s. De même, les ribosomes de la lignée eucaryote sont composés d'une grande sous-unité 60 et d'une petite 40.

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

Les ribosomes sont équivalents à près de 10% des protéines totales de bactérie et plus de 80% de la quantité d'ARN total. Dans le cas des eucaryotes, ils ne sont pas si abondants par rapport aux autres protéines, mais leur nombre est plus élevé.

En 1950, le chercheur George Palade a d'abord visualisé les ribosomes et cette découverte a reçu le prix Nobel de physiologie ou de médecine.

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Caractéristiques générales

Petite et grande sous-unité de ribosome

Composants de toutes les cellules

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

Ils se trouvent dans le cytoplasme

Les ribosomes sont libres dans le cytoplasme de la cellule, ancré au réticulum endoplasmique rugueux - les ribosomes lui donnent cet aspect «ridé» - et dans certains organites, comme les mitochondries et les chloroplastes.

Synthèse des protéines

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

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 les protéines d'utilisation mitochondriale.

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

Sous-unités

Tous sont composés de deux sous-unités: une grande ou plus ancienne et une petite ou moins.

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

Structure

Sous-unités ribosomes. Source: Alejandro Porto / CC By-S (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0)

Les ribosomes sont de petites structures cellulaires (de 29 à 32 nm, selon le groupe d'organismes), arrondies et denses, composées d'ARN ribosomales et de molécules de protéines, qui sont associées les unes aux autres.

Les ribosomes les plus étudiés sont ceux des eubactéries, des arches et des eucaryotes. Dans la première lignée, les ribosomes sont plus simples et plus. Les ribosomes eucares, quant à eux, sont plus complexes et plus grands. Dans les arches, les ribosomes sont plus similaires aux deux groupes dans certains aspects.

Les ribosomes des vertébrés et des angiospermes (plants de fleurs) sont particulièrement complexes.

Chaque sous-unité ribosomale est principalement formée par l'ARN ribosomal et 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, après un ordre. Dans les ribosomes, plusieurs sites actifs peuvent être différenciés, comme les zones catalytiques.

L'ARN ribosomique a une importance cruciale pour la cellule et cela peut être vu dans sa séquence, qui a été pratiquement invariable pendant l'évolution, reflétant les pressions sélectives élevées contre tout changement.

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Fonctions des ribosomes

Les ribosomes sont responsables de la médiation du processus de synthèse des protéines dans les cellules de tous les organismes, étant une machine biologique universelle.

Les ribosomes - avec l'ARN de transfert et l'ARN messager - parviennent à décoder le message d'ADN et à l'interpréter dans une séquence d'acides aminés qui formeront 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 "langue" des triplets nucléotidiques en acides aminés.

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

Traduction des protéines

Traduction RNM de la chaîne polypeptidique ribosome. Source: SV: Användare: Elinnea / CC By-S (http: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0 /)

Le processus de formation des protéines commence par l'union entre un ARN messager et un ribosome. Le messager se déplace à travers cette structure à une extrémité spécifique appelée "Chain Initiator Codon".

Au fur et à mesure que l'ARN messager passe à travers le ribosome, une molécule de protéine se forme, car le ribosome est capable d'interpréter le message codé dans le messager.

Ce message est codé dans des triplets nucléotidiques, dans lesquels toutes les trois bases indiquent un acide aminé particulier. Par exemple, si l'ARN messager porte la séquence: Aug auu cuu uug gcc, le peptide formé se composera d'acides aminés: métification, isoleucine, leuco.

Cet exemple montre la "dégénérescence" du code génétique, puisque plus d'un codon - dans ce cas, Cuu et UUG ​​- code pour le même type d'acide aminé. Lorsque le ribosome détecte une morue d'arrêt dans l'ARN messager, la traduction se termine.

Le ribosome a un site A et un site P. Le site P maintient le peptidil-arnt et sur le site, A entre dans le Arnt aminoacil-arnt.

Transférer l'ARN

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

Étapes chimiques de la synthèse des protéines

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

L'étape précédente se traduit par un acide aminé avec un excès d'énergie et l'union se produit avec son ARN de transfert respectif, pour former un complexe d'acides aminés-arnt. Ici, la libération d'adénosine monophosphate se produit.

Dans Ribosoma, le transfert de l'ARN trouve l'ARN messager. À ce stade, la séquence du transfert ou de l'ARN hybride anticodon avec le codon ou le triplet de l'ARN messager. Cela conduit à l'alignement de l'acide aminé avec sa séquence adéquate.

L'enzyme peptidil transférase est responsable du catalyse de la formation de liaisons peptidiques qui se lient aux acides aminés. Ce processus consomme de grandes quantités d'énergie, car elle 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 du cuisinier d'acide aminé et élimine un hydrogène à l'extrémité NH₂ de l'autre acide aminé.  Les régions réactives des deux acides aminés se lient et créent le lien peptidique.

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Ribosomes et antibiotiques

Comme la synthèse des protéines est un événement indispensable pour les bactéries, certains antibiotiques ont aussi blanc les ribosomes et les différents stades du processus de traduction.

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

D'autres antibiotiques tels que les néomycines et les gentamycines peuvent également provoquer des erreurs de traduction, le couplage petite sous-unité.

Types de ribosomes

Ribosomes chez les procaryotes

Bactéries, comme ET. coli, Ils en ont plus de 15.000 ribosomes (en proportions, cela équivaut à près d'un quart du poids sec de la cellule bactérienne).

Les ribosomes dans les bactéries ont un diamètre d'environ 18 nm et sont formés de 65% d'ARN ribosomal et seulement 35% de protéine de différentes tailles, entre 6.000 et 75.000 kDa.

La grande sous-unité est appelée 50s et les petites années 30, qui sont combinées pour former une structure des années 70 avec une masse moléculaire de 2.5 × 10⁶ Kda.

La sous-unité des années 30 est allongée et non symétrique, tandis que le 50 est plus épais et plus serré.

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

Les molécules d'ARN ribosomiques, ainsi que les protéines, sont regroupées en une structure secondaire similaire à d'autres types d'ARN.

Ribosomes chez les eucaryotes

Les ribosomes dans les eucaryotes (80S) sont plus grands, avec une plus grande teneur en ARN et en protéines. Les ARN sont plus longs et sont appelés 18S et 28. Comme dans 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 se décompose dans la sous-unité des années 40 et 60.

La sous-unité des années 40 contient une seule molécule d'ARN, 18S (1874 bases) et environ 33 protéines. De même, la sous-unité des années 60 contient l'ARN 28S (4718 bases), 5.8s (160 bases) et 5s (120 bases). De plus, il se compose de protéines de base et de protéines acides.

Ribosomes dans les arches

Les archaeas sont un groupe d'organismes microscopiques qui rappellent les bactéries, mais diffèrent en tant de caractéristiques qui 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 arches sont similaires aux ribosomes des organismes eucaryotes, bien qu'ils aient également certaines caractéristiques des ribosomes bactériens.

Il a trois types de molécules d'ARN ribosomales: 16S, 23S et 5S, couplées à 50 ou 70 protéines, selon l'espèce d'étude. Quant à la taille des ribosomes des arches, ils sont plus proches des bactériens (70s avec deux sous-unités 30 et 50) mais en termes de structure principale, ils sont plus proches des eucaryotes.

Comme les arches habitent souvent les environnements à température élevée et à des concentrations élevées de sel, leurs ribosomes sont très résistants.

Coefficient de sédimentation

Le S ou Svedberg se réfère au coefficient de sédimentation des particules. Exprime la relation entre la vitesse de sédimentation constante entre l'accélération appliquée. Cette mesure a des dimensions de temps.

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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, dans les bactéries, le ribosome composé de sous-unités 50 et 30s n'ajoute pas les années 80, les sous-unités des années 40 et 60 ne forment pas un ribosome des années 90.

Synthèse des ribosomes

Toutes les machines cellulaires nécessaires pour la synthèse des ribosomes se trouvent dans le nucléole, une région dense du noyau qui n'est pas entourée de structures membraneuses.

Le nucléole est une structure variable en fonction du type de cellule: elle est grande et visible dans les cellules à haute exigence en protéines et est 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 attaché avec des protéines ribosomales et donne naissance à des produits de condensation granulaires, qui sont les sous-unités immatures qui formeront les ribosomes fonctionnels.

Les sous-unités sont transportées à l'extérieur du noyau - par des pores nucléaires - vers le cytoplasme, où ils sont assemblés dans des ribosomes matures qui peuvent commencer par la synthèse des protéines.

Gènes de l'ARN ribosomique

Chez l'homme, les gènes qui codent pour les ARN ribosomaux se trouvent dans cinq paires de chromosomes spécifiques: 13, 14, 15, 21 et 22. Comme les cellules nécessitent de grandes quantités de ribosomes, les gènes sont répétés plusieurs fois dans ces chromosomes.

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

Origine et évolution

Les ribosomes modernes devaient apparaître à l'époque de Luca, le dernier ancêtre commun universel (de l'acronyme en anglais Ancêtre commun universel), probablement dans l'ARN du monde hypothétique. Il est proposé que les ARN de transfert étaient fondamentaux pour l'évolution des ribosomes.

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

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