Ribosome (Ribosome)

Cấu trúc

Ribosome được cấu tạo từ hai tiểu đơn vị, một tiểu đơn vị lớn và một tiểu đơn vị nhỏ, mỗi tiểu đơn vị đều bao gồm RNA ribosome (rRNA) và nhiều protein ribosome. Hai tiểu đơn vị này liên kết với nhau trong quá trình dịch mã.

• Tiểu đơn vị nhỏ: Chứa một phân tử rRNA và nhiều protein. Chức năng chính của tiểu đơn vị nhỏ là giải mã mRNA, tức là đọc trình tự nucleotide trên mRNA để xác định trình tự axit amin của chuỗi polypeptide. Nó chứa vị trí liên kết cho mRNA.
• Tiểu đơn vị lớn: Chứa hai hoặc ba phân tử rRNA (tùy thuộc vào sinh vật) và nhiều protein. Chức năng chính của tiểu đơn vị lớn là xúc tác cho sự hình thành liên kết peptide giữa các axit amin, tạo thành chuỗi polypeptide đang phát triển. Nó chứa vị trí liên kết cho tRNA.

Kích thước của ribosome được đo bằng đơn vị Svedberg (S), một đơn vị đo lường tốc độ lắng của hạt trong quá trình ly tâm. Hệ số lắng của ribosome prokaryote là 70S (tiểu đơn vị nhỏ 30S và tiểu đơn vị lớn 50S) và ribosome eukaryote là 80S (tiểu đơn vị nhỏ 40S và tiểu đơn vị lớn 60S). Lưu ý rằng đơn vị Svedberg không phải là đơn vị cộng tính tuyến tính, do đó 30S + 50S không bằng 80S. Giá trị S phản ánh cả hình dạng và khối lượng của hạt, không chỉ riêng khối lượng.

Chức năng

Chức năng chính của ribosome là tổng hợp protein. Quá trình này bao gồm ba giai đoạn chính:

• Khởi đầu: mRNA, tRNA khởi đầu mang methionine, và tiểu đơn vị ribosome nhỏ liên kết với nhau tại codon khởi đầu (thường là AUG). Sau đó, tiểu đơn vị lớn tham gia vào phức hợp này, hoàn chỉnh ribosome.
• Kéo dài: tRNA mang axit amin tương ứng với codon trên mRNA đi vào vị trí A của ribosome. Liên kết peptide được hình thành giữa axit amin mới và chuỗi polypeptide đang phát triển ở vị trí P. Ribosome sau đó di chuyển dọc theo mRNA đến codon tiếp theo, tRNA mang chuỗi polypeptide chuyển sang vị trí P, và tRNA đã giải phóng axit amin ở vị trí E rời khỏi ribosome. Quá trình này lặp lại cho đến khi gặp codon kết thúc.
• Kết thúc: Khi ribosome gặp codon kết thúc (UAA, UAG, hoặc UGA) trên mRNA, quá trình dịch mã dừng lại. Các yếu tố giải phóng liên kết với codon kết thúc, kích thích sự giải phóng chuỗi polypeptide hoàn chỉnh. Ribosome sau đó tách thành hai tiểu đơn vị, sẵn sàng cho một vòng dịch mã mới.

Vị trí

Ribosome có thể được tìm thấy ở hai vị trí chính trong tế bào eukaryote:

• Tự do trong tế bào chất: Tổng hợp protein được sử dụng trong tế bào chất. Ví dụ như các enzyme tham gia vào quá trình chuyển hóa.
• Gắn vào mạng lưới nội chất hạt (RER): Tổng hợp protein được tiết ra ngoài tế bào, protein màng tế bào, và protein của các bào quan khác. Các protein này thường được sửa đổi và vận chuyển đến đích cuối cùng của chúng thông qua hệ thống nội màng.

Ý nghĩa

Ribosome là thành phần thiết yếu cho sự sống của tế bào. Chúng đảm bảo quá trình tổng hợp protein diễn ra chính xác và hiệu quả, cung cấp các protein cần thiết cho cấu trúc, chức năng và điều hòa của tế bào. Sự rối loạn chức năng của ribosome có thể dẫn đến nhiều bệnh lý, bao gồm các rối loạn di truyền và ung thư.

So sánh Ribosome Prokaryote và Eukaryote

Ribosome là những cỗ máy phân tử phức tạp và quan trọng, đóng vai trò then chốt trong quá trình tổng hợp protein, nền tảng cho sự sống. Việc hiểu biết về cấu trúc và chức năng của ribosome là rất quan trọng cho việc nghiên cứu về sinh học tế bào, di truyền học và phát triển thuốc.

Sinh tổng hợp Ribosome

Bản thân ribosome cũng được tổng hợp bên trong tế bào thông qua một quá trình phức tạp. Ở eukaryote, rRNA được phiên mã trong nhân tế bào, cụ thể là ở hạch nhân. Protein ribosome được tổng hợp trong tế bào chất và sau đó được vận chuyển vào nhân để lắp ráp với rRNA tạo thành các tiểu đơn vị ribosome. Các tiểu đơn vị này sau đó được xuất ra tế bào chất, nơi chúng sẵn sàng tham gia vào quá trình dịch mã.

Ức chế Ribosome

Nhiều loại kháng sinh hoạt động bằng cách ức chế chức năng của ribosome, đặc biệt là ribosome của vi khuẩn. Sự khác biệt về cấu trúc ribosome giữa prokaryote và eukaryote cho phép các kháng sinh này nhắm mục tiêu đặc hiệu vào ribosome của vi khuẩn mà không ảnh hưởng đến ribosome của tế bào người. Ví dụ, một số kháng sinh như tetracycline, streptomycin và erythromycin liên kết với các vị trí đặc hiệu trên ribosome vi khuẩn, ngăn cản quá trình dịch mã và do đó ức chế sự phát triển của vi khuẩn.

Các biến thể và chức năng chuyên biệt

Mặc dù cấu trúc và chức năng cơ bản của ribosome được bảo tồn ở tất cả các sinh vật, nhưng vẫn có một số biến thể và chức năng chuyên biệt. Ví dụ, ribosome trong ty thể và lục lạp có cấu trúc và chức năng tương tự như ribosome của vi khuẩn, phản ánh nguồn gốc tiến hóa nội cộng sinh của các bào quan này. Ngoài ra, một số ribosome có thể được sửa đổi hoặc điều chỉnh để tổng hợp các protein cụ thể hoặc đáp ứng với các điều kiện stress của tế bào.

Ribosomopathies

Ribosomopathies là một nhóm các rối loạn di truyền do đột biến trong các gen mã hóa cho protein ribosome hoặc các yếu tố liên quan đến sinh tổng hợp ribosome. Những rối loạn này có thể dẫn đến nhiều vấn đề sức khỏe, bao gồm thiếu máu, dị tật bẩm sinh và tăng nguy cơ ung thư.

• Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. Molecular Biology of the Cell. 4th edition. New York: Garland Science; 2002.
• Lodish H, Berk A, Zipursky SL, et al. Molecular Cell Biology. 4th edition. New York: W. H. Freeman; 2000.
• Wilson DN, Cate JHD. The structure and function of the eukaryotic ribosome. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2012;4(5):a011536.

Câu hỏi và Giải đáp

Làm thế nào mà ribosome đảm bảo tính chính xác của quá trình dịch mã, tức là đảm bảo axit amin đúng được thêm vào chuỗi polypeptide dựa trên codon mRNA?

Trả lời: Ribosome đạt được độ chính xác cao trong quá trình dịch mã nhờ vào sự tương tác đặc hiệu giữa codon trên mRNA và anticodon trên tRNA. tRNA mang axit amin tương ứng với codon của nó. Tiểu đơn vị nhỏ của ribosome kiểm tra sự khớp nối codon-anticodon này. Nếu khớp, tRNA sẽ được giữ lại và axit amin của nó được thêm vào chuỗi polypeptide. Nếu không khớp, tRNA sẽ bị loại bỏ. Ngoài ra, các yếu tố kéo dài (EF-Tu ở prokaryote và eEF1A ở eukaryote) cũng góp phần vào độ chính xác bằng cách kiểm tra sự khớp nối codon-anticodon trước khi xúc tác hình thành liên kết peptide.

Sự khác biệt về cấu trúc ribosome giữa prokaryote và eukaryote là gì, và tại sao sự khác biệt này lại quan trọng?

Trả lời: Ribosome prokaryote (70S) nhỏ hơn ribosome eukaryote (80S) và có thành phần rRNA và protein khác nhau. Sự khác biệt này cho phép các loại kháng sinh như tetracycline và streptomycin nhắm mục tiêu đặc hiệu ribosome của vi khuẩn mà không ảnh hưởng đến ribosome của tế bào người, giúp điều trị nhiễm trùng do vi khuẩn.

Ribosomopathies là gì và chúng ảnh hưởng đến sức khỏe con người như thế nào?

Trả lời: Ribosomopathies là một nhóm các rối loạn di truyền do đột biến trong các gen mã hóa cho protein ribosome hoặc các yếu tố liên quan đến sinh tổng hợp ribosome. Những đột biến này có thể gây ra các khuyết tật trong quá trình tổng hợp protein, dẫn đến nhiều vấn đề sức khỏe, bao gồm thiếu máu (như Diamond-Blackfan anemia), dị tật bẩm sinh, chậm phát triển và tăng nguy cơ ung thư.

Vai trò của rRNA trong ribosome là gì?

Trả lời: rRNA là thành phần cấu trúc chính của ribosome và đóng vai trò xúc tác trong quá trình tổng hợp protein. rRNA trong tiểu đơn vị nhỏ giải mã mRNA, trong khi rRNA trong tiểu đơn vị lớn xúc tác cho sự hình thành liên kết peptide giữa các axit amin.

Mạng lưới nội chất hạt (RER) có vai trò gì trong tổng hợp protein liên quan với ribosome?

Trả lời: RER là nơi tổng hợp các protein được tiết ra ngoài tế bào, protein màng tế bào và protein của các bào quan khác. Ribosome gắn vào RER tổng hợp các protein này và đưa chúng vào lòng RER để được gấp, sửa đổi và vận chuyển đến đích cuối cùng. Quá trình này bắt đầu khi một chuỗi tín hiệu trên polypeptide đang phát triển được nhận diện bởi hạt nhận diện tín hiệu (SRP), tạm dừng quá trình dịch mã và hướng ribosome đến RER.