Skip to main content
Global

2.4D: ריבוזומים

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    208880

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    מטרות למידה
    1. תאר את המבנה וההרכב הכימי של ריבוזומים חיידקיים וציין את תפקודם.
    2. במונחים של סינתזת חלבון, תאר בקצרה את תהליך השעתוק והתרגום.
    3. ציין, במובן הכללי, כיצד אנטיביוטיקה כמו ניאומיצין, טטרציקלין, דוקסיציקלין, אריתרומיצין ואזיתרומיצין משפיעים על צמיחת החיידקים.

    מבנה והרכב ריבוזום

    ריבוזומים מורכבים מ- RNA ריבוזומלי (rRNA) וחלבון. לתאים פרוקריוטים יש שלושה סוגים של rRNA: 16S rRNA, 23S rRNA ו- 5S rRNA. כמו RNA העברה (tRNA), rRNA משתמשים בקישור H תוך-גדילי בין בסיסי נוקלאוטידים משלימים ליצירת מבנים מקופלים מורכבים. ריבוזומים מורכבים משתי יחידות משנה עם צפיפות של 50S ו- 30S ("S" מתייחס ליחידת צפיפות הנקראת יחידת סוודברג). יחידת המשנה 30S מכילה 16S rRNA ו- 21 חלבונים; יחידת המשנה 50S מכילה 5S ו- 23S rRNA ו -31 חלבונים. שתי יחידות המשנה משתלבות במהלך סינתזת החלבון ויוצרות ריבוזום שלם של 70S בקוטר של כ- 25 ננומטר. חיידק טיפוסי עשוי להכיל עד 15,000 ריבוזומים.

    צפיפות יחידות המשנה הריבוזומליות

    ריבוזומים מורכבים משתי יחידות משנה המתאחדות לתרגום RNA שליח (mRNA) לפוליפפטידים וחלבונים במהלך התרגום ומתוארים בדרך כלל במונחים של צפיפותם. צפיפות היא המסה של מולקולה או חלקיק חלקי נפחו ונמדדת ביחידות Svedberg (S), יחידת צפיפות המתאימה לקצב המשקעים היחסי במהלך צנטריפוגה במהירות גבוהה במיוחד. ככל שערך S גדול יותר, החלקיק צפוף יותר.

    יחידות משנה ריבוזומליות מורכבות מ- RNA ריבוזומלי (rRNA) וחלבונים. יחידות משנה ריבוזומליות בעלות ערכי S שונים מורכבות ממולקולות שונות של rRNA, כמו גם מחלבונים שונים. זכור כי RNA הוא פולימר של ריבונוקלאוטידים המכילים את הבסיס החנקני אדנין, אורציל, גואנין או ציטוסין. מולקולות שונות של rRNA הן באורכים שונים ויש להן סדר שונה של בסיסי ריבונוקלאוטידים אלה. מכיוון ש- rRNA הוא חד גדילי, רבים מבסיסי הנוקלאוטידים של rRNA מעורבים בקשרי מימן תוך-גדילים וזה מה שנותן למולקולת ה- rRNA את צורתה הספציפית (ראה איור). \(\PageIndex{1}\) הצורה, בתורה, עוזרת לקבוע את תפקידה - בדומה לאינטראקציות בין חומצות אמינו בחלבון קובעות את צורתו ותפקודו של החלבון (ראה איור\(\PageIndex{2}\)).

    איור של rRNA 16S ב אי קולי

    אנימציה של rRNA 16S

    איור של האנזים קטלאז

    ריבוזומים פרוקריוטיים, למשל, מורכבים משתי יחידות משנה עם צפיפות של 50S ו-30S. יחידת המשנה 30S מכילה 16S rRNA 1540 נוקלאוטידים באורך ו -21 חלבונים; יחידת המשנה 50S מכילה 5S rRNA 120 נוקלאוטידים באורך, 23S rRNA 2900 נוקלאוטידים באורך, ו -31 חלבונים. שתי יחידות המשנה משתלבות במהלך סינתזת החלבון ויוצרות ריבוזום שלם של 70S.

    ליחידות משנה ריבוזומליות אוקריוטיות יש צפיפות של 60S ו-40S מכיוון שהן מכילות מולקולות וחלבונים rRNA שונים מאשר יחידות משנה ריבוזומליות פרוקריוטיות. ברוב האיקריוטים, יחידת המשנה 40S מכילה 18S rRNA 1900 נוקלאוטידים באורך וכ -33 חלבונים; יחידת המשנה 60S מכילה נוקלאוטידים 5S rRNA 120 באורך, אורכה של 5.8S rRNA 160 נוקלאוטידים, 28S rRNA 4700 נוקלאוטידים באורך, וכ -49 חלבונים. שתי יחידות המשנה משתלבות במהלך סינתזת החלבון ויוצרות ריבוזום 80S שלם בקוטר של כ-25 ננומטר.

    בגלל הבדל זה ב- rRNA וחלבונים ספציפיים ב"צורה "המתקבלת, ישנן תרופות שיכולות להיקשר ליחידת משנה ריבוזומלית 30S או 50S של ריבוזום פרוקריוטי ולאחר מכן לחסום את תפקודו אך אינן מסוגלות להיקשר ליחידת המשנה של 40S או 60S המקבילה של ריבוזום אוקריוטי.

    פונקציות ריבוזום

    הריבוזומים מתפקדים כשולחן עבודה לסינתזת חלבונים, כלומר הם מקבלים ומתרגמים הוראות גנטיות ליצירת חלבונים ספציפיים. במהלך סינתזת החלבון, mRNA מתחבר ליחידת המשנה 30s ו-RNA העברה נושאי חומצות אמינו (tRNA) מתחברים ליחידת המשנה 50s (איור). \(\PageIndex{1}\) סינתזת חלבון נדונה בפירוט ביחידה 6.

    unit1_proribo.jpg
    איור\(\PageIndex{1}\): ריבוזום 70S במהלך התרגום. הריבוזום הפרוקריוטי 70S מורכב מיחידת משנה 50S ו-30S. "S" מתייחס ליחידת צפיפות הנקראת יחידת סוודברג.

    הכרומוזום הוא החומר הגנטי של החיידק. גנים הממוקמים לאורך ה-DNA מתועתקים למולקולות RNA, בעיקר RNA שליח (mRNA), RNA העברה (tRNA ו-RNA ריבוזומלי (rRNA). לאחר מכן מתורגם RNA שליח לחלבון בריבוזומים.

    • שעתוק: חומצה ריבונוקלאית (RNA) מסונתזת על ידי זיווג בסיסים משלים של ריבונוקלאוטידים עם deoxyribonucleotides כדי להתאים לחלק של גדיל אחד של DNA הנקרא גן. למרות שגנים קיימים בשני גדילי ה-DNA, רק גדיל אחד מתועתק עבור כל גן נתון. לאחר שעתוק גנים ל-mRNA, יחידות משנה ריבוזומליות 30S ו-50S נצמדות ל-mRNA ו-tRNA מחדיר את חומצות האמינו הנכונות אשר מחוברות לאחר מכן ליצירת פוליפפטיד או חלבון באמצעות תהליך הנקרא תרגום.
    • תרגום: במהלך התרגום, מולקולות tRNA ספציפיות קולטות חומצות אמינו ספציפיות, מעבירות את חומצות האמינו הללו לריבוזומים ומחדירות אותן במקומן הנכון על פי "המסר" של mRNA. זה נעשה על ידי החלק האנטיקודון של מולקולות ה-tRNA המשלימות זיווג בסיס עם הקודונים לאורך ה-mRNA.
    תרגיל: שאלות חשיבה-זוג-שתף

    על מנת שכל אחת מקבוצת האנטיביוטיקה של הטטרציקלין תעכב צמיחת חיידקים שלילית של גראם, עליהם להיכנס לציטופלזמה של אותו חיידק ולהיקשר ליחידת המשנה 30S של הריבוזומים שלו.

    על מנת שכל אחת מקבוצת האנטיביוטיקה של הטטרציקלין תעכב צמיחת חיידקים שלילית של גראם, עליהם להיכנס לציטופלזמה של אותו חיידק ולהיקשר ליחידת המשנה 30S של הריבוזומים שלו.

    מוקדם יותר למדנו את ההרכב והתפקודים של דופן התא הגראם-שלילי ושל הממברנה הציטופלזמית. למדנו בעבר גם כיצד סדר בסיסי הדאוקסיריבונוקלאוטידים ב-DNA קובע את סדר בסיסי הריבונוקלאוטידים ב-rRNA אשר, בתורו, קובע את הצורה התלת מימדית של אותו RNA. באופן דומה, סדר בסיסי deoxyribonucleotide ב- DNA קובע את סדר חומצות האמינו בחלבון או באנזים הקובע את הצורה התלת מימדית של אותו חלבון.

    בהתחשב בכל זה ושימוש באיור לעיל, חשבו על שלושה שינויים פיזיים שעלולים להתרחש בתוך החיידק כתוצאה מרכישת גנים חדשים או משתנים באמצעות מוטציה או העברת גנים אופקית שיכולים לאפשר לחיידק להתנגד לאותו טטרציקלין.

    חומרים אנטי-מיקרוביאליים המשנים יחידות משנה ריבוזומליות פרוקריוטיות וחוסמים תרגום בחיידקים

    אנטיביוטיקה רבים משנים ריבוזומים חיידקיים, מפריעה לתרגום ובכך גורמת לסינתזת חלבון לקויה. החלק של הריבוזום שאליו נקשר האנטיביוטיקה קובע כיצד מתבצע התרגום. לדוגמה:

    • הטטרציקלינים (טטרציקלין, דוקסיציקלין, דמקלוציקלין, מינוציקלין וכו') נקשרים באופן הפיך ליחידת המשנה 30S, ומעוותים אותה בצורה כזו שהאנטיקודונים של tRNAs טעונים אינם יכולים להתיישר כראוי עם הקודונים של ה-mRNA.
    • המקרולידים (אריתרומיצין, אזיתרומיצין, קלריתרומיצין, דיריתרומיצין, טרולאנדומיצין וכו ') נקשרים באופן הפיך ליחידת המשנה 50S. נראה שהם מעכבים את התארכות החלבון על ידי מניעת האנזים פפטידילטרנספראז ליצור קשרים פפטידים בין חומצות האמינו. הם עשויים גם למנוע העברת tRNA פפטידיל מאתר A לאתר P.

    כימותרפיה אנטי-מיקרוביאלית תידון בפירוט רב יותר בהמשך ביחידה 2 תחת שליטה בחיידקים על ידי שימוש באנטיביוטיקה וחומרי חיטוי.

    סיכום

    1. ריבוזומים מורכבים מ- RNA ריבוזומלי (rRNA) וחלבון.
    2. ריבוזומים חיידקיים מורכבים משתי יחידות משנה עם צפיפות של 50S ו-30S, בניגוד ל-60S ו-40S בתאים אוקריוטיים.
    3. הריבוזומים מתפקדים כשולחן עבודה לסינתזת חלבונים לפיו הם מקבלים ומתרגמים הוראות גנטיות ליצירת חלבונים ספציפיים.
    4. במהלך התרגום, מולקולות tRNA ספציפיות קולטות חומצות אמינו ספציפיות, מעבירות את חומצות האמינו הללו לריבוזומים ומחדירות אותן במקומן הנכון על פי "המסר" של mRNA.
    5. אנטיביוטיקה רבים נקשרים ליחידת המשנה 30S או 50S של ריבוזומים חיידקיים, מפריעה לתרגום ובכך גורמת לסינתזת חלבון לקויה.

    שאלות

    ללמוד את החומר בסעיף זה ולאחר מכן לכתוב את התשובות לשאלות אלה. לא רק ללחוץ על התשובות ולכתוב אותם. זה לא יבחן את הבנתך במדריך זה.

    1. תאר ריבוזומים חיידקיים. (נס)
    2. ציין את תפקוד הריבוזומים. (נס)
    3. הגדר תרגום. (נס)
    4. ציין, במובן הכללי, כיצד אנטיביוטיקה כמו ניאומיצין, טטרציקלין, דוקסיציקלין, אריתרומיצין ואזיתרומיצין משפיעים על צמיחת החיידקים. (נס)
    5. הטטרציקלינים (טטרציקלין, דוקסיציקלין) הם אנטיביוטיקה הנקשרת ליחידת המשנה 30S של ריבוזומים חיידקיים. המקרולידים (אריתרומיצין, אזיתרומיצין, קלריתרומיצין) הם אנטיביוטיקה הנקשרת ליחידת המשנה 50S של ריבוזומים חיידקיים. מדוע אנטיביוטיקה זו לא תהיה יעילה לזיהומים פטרייתיים, פרוטוזואליים או ויראליים? (נס)
    6. בחירה מרובה (ans)