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Comment la taille des ribosomes est-elle calculée ?

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Quand j'étudiais la microbiologie, quelque chose n'avait pas de sens pour moi. Nous savons tous que les ribosomes ont deux sous-unités ; la grande sous-unité et la petite sous-unité. Comme pour les cellules eucaryotes, la grande sous-unité a 60 S (svedberg) et la petite sous-unité a 40 S. Lorsqu'elles se combinent, elles sont considérées comme 80 S. Pourquoi est-ce 80 S au lieu de 100 S ?


Car Svedberg n'est pas une mesure de poids, mais c'est une mesure d'une relative sédimentation après centrifugation. "Il est défini comme le rapport de la vitesse de sédimentation d'une particule à l'accélération qui lui est appliquée (provoquant la sédimentation)." Le nombre élevé de S est également corrélé à la forme des particules.

https://en.wikipedia.org/wiki/Sedimentation_coefficient


Disome-seq révèle des collisions de ribosomes généralisées qui favorisent le repliement cotraductionnel des protéines

Le repliement des protéines est difficile dans l'environnement très encombré et collant d'une cellule. La régulation de l'allongement de la traduction peut jouer un rôle crucial pour assurer le repliement correct des protéines. Une grande partie de nos connaissances concernant l'allongement de la traduction provient du séquençage de fragments d'ARNm protégés par des ribosomes uniques par ribo-seq. Cependant, des fragments d'ARNm protégés plus grands ont été observés, suggérant l'existence d'une couche de régulation alternative et auparavant cachée.

Résultats

Dans cette étude, nous avons effectué disome-seq pour séquencer des fragments d'ARNm protégés par deux ribosomes empilés, un produit de pauses traductionnelles au cours desquelles le ribosome 5'-allongeant entre en collision avec le 3'-pause. Nous avons détecté des collisions de ribosomes généralisées qui sont liées à une libération lente des ribosomes lorsque les codons d'arrêt sont sur le site A, à une lente formation de liaisons peptidiques à partir de la proline, de la glycine, de l'asparagine et de la cystéine lorsqu'elles sont sur le site P, et à une lente sortie de la polylysine de le tunnel de sortie des ribosomes. La structure des disomes obtenus par cryomicroscopie électronique suggère une conformation différente du substrat de la voie de contrôle de qualité des protéines associées aux ribosomes. Les collisions se sont produites plus fréquemment dans les régions d'espace entre les hélices , où une pause de traduction peut empêcher l'interférence de repliement des peptides en aval. Les ribosomes en pause ou en collision sont associés à des chaperons spécifiques, qui peuvent aider au repliement cotraductionnel des peptides naissants.

Conclusion

Par conséquent, les cellules utilisent des collisions de ribosomes régulées pour assurer l'homéostasie des protéines.


Fond

Le ribosome est composé de deux sous-unités principales : la grande sous-unité ribosomique (LSU) et la petite sous-unité ribosomique (SSU). Un exemple bactérien typique est dans E. coli. La petite sous-unité ribosomique est composée d'un ARN ribosomique 16S (1540 nucléotides) et de 24 protéines ribosomiques. La grande sous-unité ribosomique de E. coli est composé d'un ARN ribosomique 23S (2913 nucléotides) et de 34 protéines ribosomiques. La distribution des protéines est habituellement écrite comme (24/34), ce qui signifie 24 protéines ribosomiques dans la SSU et 34 protéines ribosomiques dans la LSU.

Le ribosome bactérien a 58 protéines (24/34) par rapport à l'Archaea, qui a 68 protéines (28/40) et l'Eucarya, qui a 78 protéines (32/46). Il existe 34 protéines ribosomiques (15/19) identifiées comme homologues dans les trois domaines cellulaires [1]. Lorsque chacune de ces protéines universelles est alignée sur les trois domaines cellulaires, elle se décompose individuellement en quatre types de blocs : 1) blocs universels qui s'alignent sur les trois domaines cellulaires 2) blocs qui s'alignent uniquement parmi les bactéries 3) blocs qui s'alignent seulement parmi les Archaea et Eukarya et 4) domaines qui s'alignent seulement parmi les Eukarya [2, 3].

Une conjecture possible est que les blocs de séquence universels de ces protéines ribosomiques et leurs interactions avec les ARN ribosomiques pourraient tracer un ribosome plus simple et peut-être plus ancien, en particulier au niveau du site de décodage de la SSU et du PTC (centre peptidyl transférase) de la LSU. Cette conjecture semble rendre compte des blocs universels des protéines ribosomiques de la SSU au site de décodage, mais ce n'est pas le cas des protéines ribosomiques de la LSU au PTC. Les différences observées entre les blocs universels des protéines ribosomiques de la LSU et de la SSU sur leurs sites actifs donnent un aperçu supplémentaire de leur histoire évolutive précoce.

Nous supposons que les processus biochimiques différents ou individuels impliqués dans la traduction tels que le PTC et la fonction de décodage de la SSU sont apparus séquentiellement et indépendamment. Par exemple, il a été suggéré qu'une molécule d'ARN avec une activité peptidyl transférase existait avant le décodage séquentiel complet à trois bases [4-6].

Les structures de la plupart des ARNt ont une structure secondaire en trèfle. Il existe deux bras hélicoïdaux courts importants, l'un contenant la boucle anticodon et l'autre la tige aminoacyle avec son accepteur 3' CCA de l'acide aminé. Les deux autres bras se terminent respectivement par la boucle D et la boucle T'CG. La structure 3D de l'ARNt peut être adaptée à une structure en forme de L avec le bras accepteur d'acides aminés à une extrémité du L et la boucle anticodon à l'autre. La boucle D et la boucle TΦ CG se replient comme le coin du L. La séparation entre ces deux sites se reflète dans l'interaction entre l'ARNt et les deux sous-unités ribosomiques. La tige aminoacyle s'insère dans le site actif de la LSU tandis que la tige anticodon s'insère dans le site de décodage ou actif de la SSU [7]. Cela soulève la question évolutive de savoir pourquoi il existe deux sous-unités distinctes du ribosome interagissant avec les bras largement séparés de l'ARNt activé. Les principales implications sont qu'un seul ARN auto-pliant, en conjonction avec quelques courts peptides stabilisants, a formé le précurseur de la grande sous-unité ribosomique moderne en association avec une membrane. De plus, il semblerait que la petite sous-unité soit un ajout ultérieur.


Résultats

Les rapports P:N calculés à partir des teneurs en ARN et en protéines des organismes unicellulaires sont dans la même plage que ceux trouvés chez les producteurs primaires et ont des relations similaires avec le taux de croissance

Les données expérimentales pour l'analyse ont été obtenues à partir d'études antérieures sur la composition macromoléculaire (teneurs en protéines et en ARN) de bactéries (E. coli, Streptomyces coelicolor, Mycobacterium bovis, Selenomonas ruminantium), levure bourgeonnante (Saccharomyces cerevisiae deux études), les champignons (Neurospora crassa) et les algues (Protothèque zopfii ) (Tableau 1). Les études sont désignées par le nom de l'organisme.

Les masses d'ARN et de protéines dans les études ont été déterminées dans différentes conditions de croissance exponentielle caractérisées par une gamme de taux de croissance spécifiques (SGR). Ce paramètre est une mesure du nombre de divisions par cellule par unité de temps. Entre 1 et 12 conditions de croissance ont été prises en compte dans chaque étude (tableau 1), avec un SGR variant de 0,029 à 1,73 par heure. La variation a été créée par l'utilisation de différents milieux de croissance. Les rapports P:N calculés à partir des teneurs en ARN et en protéines des organismes étudiés poussant dans des conditions aussi diverses étaient compris entre 0,04 et 0,16, avec une valeur moyenne de 0,1 (tableau 1). Cette gamme de valeurs était similaire à celle des rapports P:N moyens des différents organismes discutés dans l'introduction. Les différentes conditions de croissance analysées dans l'étude ont entraîné des changements dans les rapports P:N dans les micro-organismes par des facteurs de 5 et 4 uniquement, alors que la gamme de chaque nutriment variait de trois ordres de grandeur (tableau 1, colonnes 5 à 10). Des changements plus petits du rapport P:N au niveau de l'organisme peuvent être démontrés en exprimant le taux de croissance des organismes en tant que taux de croissance relatif (RGR). Ce paramètre est souvent utilisé dans les études écologiques [7], et est calculé comme

où SGRmax est le SGR maximum de l'organisme dans l'étude. La figure 1 et le tableau 2 illustrent l'effet de RGR sur le rapport P:N.

L'effet du taux de croissance relatif sur le rapport P:N dans les organismes. Relations pour P. zopfii et S. ruminantium ne sont pas représentés par des lignes en raison de la faible corrélation entre les ratios et les taux de croissance.

Dans tous les organismes, à l'exception des algues P. zopfii et S. ruminantium , une augmentation de la croissance s'est accompagnée d'une augmentation linéaire du rapport ARN:protéine (figure 2) et du rapport P:N (figure 1). Les ratios en P. zopfii n'a montré aucune corrélation avec la croissance (tableau 2), peut-être parce que le rapport ARN:protéine ne variait que dans la plage étroite de 0,22 à 0,28, ce qui correspond à 0,09 à 0,13 pour le rapport P:N. L'Etude de S. ruminantium ne comprenait que trois conditions de croissance et, de la même manière que P. zopfii ,le rapport P:N de l'organisme ne variait que légèrement (de 0,072 à 0,081). En accord avec le GRH, le rapport P:N calculé à partir des teneurs en ARN et en protéines a augmenté avec une augmentation du taux de croissance spécifique de l'organisme unicellulaire. Le taux d'augmentation du rapport P:N par unité de RGR, qui a été estimé comme la pente de la droite de régression (tableau 2), variait parmi les organismes unicellulaires, de 0,06 à E. coli à 0,28 dans S. coelicolor. L'intersection de la droite de régression sur l'ordonnée variait également entre les organismes, même entre différentes souches de S. cerevisiae. Compte tenu des fortes corrélations entre les rapports P:N et RGR pour la plupart des organismes, démontrées par la figure 1, les interceptions de régression peuvent caractériser les rapports P:N requis pour maintenir les organismes à l'état stationnaire.

Le besoin cellulaire des ribosomes pour la production de protéines dans les micro-organismes peut être estimé par le rapport ARN:protéine en utilisant une constante commune caractérisant la machinerie de synthèse des protéines dans la cellule

La masse d'ARN ribosomique par cellule (mARNr) mesurée dans les études de E. coli, S. coelicolor, M. bovis, S. cerevisiae (deux études), et N. crassa (Tableau 3) nous a permis d'estimer le besoin cellulaire en ribosomes pour la synthèse des protéines dans les organismes en fonction des conditions de croissance en calculant le nombre de ribosomes et le taux d'élongation peptidique (PER). Par définition, PER est le nombre d'acides aminés incorporés dans la chaîne peptidique par seconde par un ribosome actif. Par conséquent, il a été calculé comme le taux de synthèse des protéines dans la cellule exprimé en acides aminés par seconde divisé par le nombre de ribosomes actifs, ou algébriquement comme

où FRa est la fraction de ribosomes actifs (impliqués dans la synthèse des protéines), naa est la teneur en protéines cellulaires exprimée en équivalents d'acides aminés, SGR est le taux de croissance spécifique exprimé par seconde, et nR est le nombre de ribosomes par cellule.

Le nombre de ribosomes par cellule est estimé à partir de mARN par l'équation

où FARNr est la fraction d'ARN ribosomique en mARN calculé comme le rapport mARNr et MARN, Nune est la constante d'Avogadro, Mnucl est la masse moyenne du nucléotide, et nnuclR est le nombre de nucléotides par ribosome.

Pour caractériser le besoin cellulaire des ribosomes pour la synthèse des protéines dans différentes conditions de croissance, nous avons calculé l'augmentation de SGR par unité d'augmentation de PER, c'est-à-dire le rapport SGR:PER (RSGR : PER). A partir de l'équation 1, l'expression suivante pour ce rapport a été obtenue :

D'après cette équation, RSGR : PER mesure le nombre de ribosomes dans la cellule requis pour incorporer un acide aminé dans une nouvelle protéine. L'inverse de ce paramètre (PER:SGR) est une mesure de l'efficacité avec laquelle les ribosomes synthétisés sont utilisés dans la cellule pour la production de protéines. En plus de l'efficacité traductionnelle intrinsèque des ribosomes, qui peut être estimée par des études de traduction in vitro [22, 23], ce paramètre inclut également les effets de l'environnement cellulaire sur la stabilité de l'ARNm, des protéines et des ribosomes. Par conséquent, le rapport SGR:PER donne une estimation indirecte de l'efficacité globale de la synthèse des protéines cellulaires in vivo. Cela rend le paramètre plus approprié pour estimer l'effet des conditions de croissance sur l'efficacité de la machinerie de production de protéines du micro-organisme. Valeurs de RSGR : PER dans les micro-organismes calculés dans les études sont résumés dans le tableau 3. La figure 3 présente des preuves expérimentales d'une étroite corrélation (R 2 = 0,98) entre les valeurs de RSGR : PER, qui caractérise le besoin ribosomique pour la production de protéines, et le rapport ARN:protéine (RARN : Pr). De plus, cette relation a le même coefficient de proportionnalité pour tous les organismes et conditions de croissance, appelé ci-dessous valeur C.

L'effet du taux de croissance spécifique sur le rapport ARN:protéine dans les organismes. Relations pour P. zopfimoi et S. ruminantium ne sont pas représentés par des lignes en raison de la faible corrélation entre le ratio et le taux de croissance spécifique.

Relation proportionnelle entre le rapport ARN:protéine et le nombre de ribosomes actifs par protéines synthétisées. La pente de la ligne est égale à la valeur C dans les équations 6-8. La masse d'ARN ribosomique n'a pas été mesurée dans les études de S. ruminantium et S. cerevisiae (une étude), donc seulement cinq espèces sont considérées.

Ensuite, nous avons examiné quels paramètres cellulaires sont responsables de la relation proportionnelle identifiée entre RSGR : PER et le rapport ARN:protéine. La substitution de l'équation 2 dans l'équation 3 donne

Considérant naa= mPr× Nune/Maa, où Maa est la masse moyenne de l'acide aminé, l'équation qui sous-tend la relation proportionnelle entre RARN : Pr et RSGR : PER démontré dans la figure 3 peut être exprimé comme

Si les masses de gauche de l'ARN et des protéines dans l'équation 5 sont exprimées respectivement en équivalents de nucléotides et d'acides aminés, alors

Les équations 7 et 8 représentent une expression analytique de la valeur C trouvée dans les observations expérimentales et démontrée par la figure 3. La quantification séparée de chaque paramètre dans l'équation 7 permet d'expliquer la caractérisation de l'exigence ribosomique pour la production de protéines par le rapport ARN:protéine pour différents micro-organismes et conditions de croissance.

• Mnucl et Maa. Les masses moyennes de nucléotide et d'acide aminé dans l'équation 7 sont respectivement d'environ 330 et 120 Da et sont à peu près les mêmes dans différents organismes.

• nnuclR. Les transcrits des sous-unités ribosomiques ont également une similarité de séquence élevée. Le nombre de nucléotides composant le ribosome, paramètre nnuclR, est plutôt conservatrice pour un large éventail d'espèces. Seules de petites différences dans la taille de l'ARNr dans différentes bactéries ont été rapportées [24]. L'ARNr 16S varie entre 1487 pb pour la cyanobactérie Nidulans anacystiques et 1549 pb pour Bacillus subtilis. La taille des ARNr 23S est de l'ordre de 2876 pb pour A. nidulans à 3122 pb pour Mycobacterium leprae. Les ARNr 5S sont assez petits, avec une taille moyenne de 120 pb et une plage allant de 107 pb en Mycoplasma capricolum à 123 pb en Déinocoque radiodurans. En résumé, la valeur moyenne de nnuclR est de 4632 nucléotides.

• FARNr. On pense que la fraction d'ARNr de l'ARN total est indépendante du taux de croissance. Plus précisément, il a été montré que dans E. coli, la synthèse d'ARNr et d'ARNt est contrôlée par des promoteurs similaires, de sorte que l'ARNr et l'ARNt représentent respectivement 86 % et 14 % de l'ARN stable total [25]. Bien qu'il existe des différences entre les ribosomes eucaryotes et bactériens dans les séquences d'ARN et dans la structure (les ribosomes bactériens ont deux molécules d'ARN ribosomique, alors que les eucaryotes en ont trois), des études sur la quantité d'ARN ribosomique et total chez la levure ont montré que l'ARNr constituait environ 85 % de l'ARN total. ARN. Cette fraction n'a diminué que légèrement (à environ 83%) avec un taux de croissance décroissant [13]. Le calcul de l'ARNr en fraction de l'ARN total dans les organismes considérés (tableau 3, lignes 4 et 5) montre également une faible variation de ce paramètre (de 0,82 à 0,86) avec une valeur moyenne de 0,85.

• FRa. Un ARN messager qui est activement traduit a généralement plusieurs ribosomes formant un polysome. Les ARNm inactifs en traduction sont souvent séquestrés dans des particules de ribonucléoprotéine messagère ou associés à un seul ribosome. Selon les observations expérimentales, le nombre de ribosomes dans la cellule est d'environ un ordre de grandeur supérieur au nombre de molécules d'ARN, mais seulement 10 à 20 % sont libres et disponibles pour initier la traduction. Les ribosomes restants sont engagés dans la traduction et forment des polysomes [26]. Il n'est pas clair à l'heure actuelle comment le nombre de ribosomes actifs dépend des conditions de croissance et de l'organisme spécifique. Compte tenu du fait que tous les autres paramètres de l'équation 7 sont des constantes et que C est constant, la fraction de ribosome actif FRa peut ne pas varier de manière significative selon les organismes et les conditions de croissance. Si nous prenons le nombre de ribosomes libres égal à 15 % (entre 10 et 20 %) alors la fraction de ribosomes actifs sera de 0,85.

La valeur C a été calculée en substituant les valeurs estimées des paramètres Mnucl, Maa, mnuclR, FARNr, FRa dans l'équation 7. La valeur de C, arrondie au millier le plus proche, était de 18 000. Ce nombre est proche de la valeur C (19 630) obtenue en régressant RARN : Pr contre RSGR : PER (Figure 3). En conclusion, l'exigence cellulaire des ribosomes pour la production de protéines dans les micro-organismes peut être estimée comme le rapport ARN:protéine en utilisant une constante générale pour caractériser la machinerie de synthèse des protéines dans la cellule. Cette constante est fonction du nombre de nucléotides par ribosome, de la fraction d'ARN ribosomique dans l'ARN total, de la fraction de ribosomes actifs dans la cellule et de la masse moyenne de nucléotide et d'acide aminé.

Compte tenu de la proportionnalité entre RSGR : PER et RARN : Pr, les rapports PER:SGR et ARN:protéine seront également proportionnels. Par conséquent, l'efficacité globale de la production de protéines dans les micro-organismes est proportionnelle à l'ARN:protéine. En conclusion, l'effet du taux de croissance sur les rapports ARN:protéine et P:N s'est effectivement reproduit et, probablement, a suivi l'effet du taux de croissance sur l'efficacité globale de la production de protéines dans les micro-organismes.


Ribosomes eucaryotes

Généralement, le mécanisme de la synthèse des protéines eucaryotes est assez similaire à celui de la synthèse des protéines procaryotes. Cependant, il y a pas mal de différences entre les deux. En ce qui concerne la localisation, les ribosomes eucaryotes sont situés à l'extérieur du réticulum endoplasmique rugueux (RER). Cependant, ils peuvent également être trouvés dans d'autres endroits comme dans le mitochondries, les chloroplastes, ou peuvent flotter librement dans le cytoplasme.

  • Découverts dans les années 1950, les ribosomes eucaryotes sont devenus la base de l'identification des 32 sites de synthèse des protéines, de la découverte de la fonction du nucléole et de l'élucidation des ARN polymérases dans les organismes eucaryotes.
  • L'ARNr (ARN ribosomique) des organismes eucaryotes est composé de segments d'expansion quelque peu similaires à ceux des ribosomes des organismes procaryotes.

Chez les organismes eucaryotes, les ribosomes sont fabriqués dans le nucléole, une partie du noyau de la cellule, et dans le cytoplasme. Le processus est plus compliqué car le simple assemblage implique plus de 200 protéines.


4.6A : Ribosomes

  • Contribution de Boundless
  • Microbiologie générale chez Boundless

Les ribosomes sont de minuscules organites sphériques qui fabriquent des protéines en réunissant des acides aminés. De nombreux ribosomes se trouvent libres dans le cytosol, tandis que d'autres sont attachés au réticulum endoplasmique rugueux. Le but du ribosome est de traduire l'ARN messager (ARNm) en protéines à l'aide de l'ARNt. Chez les eucaryotes, les ribosomes peuvent généralement être trouvés dans le cytosol d'une cellule, le réticulum endoplasmique ou l'ARNm, ainsi que la matrice des mitochondries. Les protéines synthétisées dans chacun de ces emplacements jouent un rôle différent dans la cellule. Chez les procaryotes, les ribosomes peuvent également être trouvés dans le cytosol. Cet organite synthétisant les protéines est le seul organite trouvé à la fois chez les procaryotes et les eucaryotes, affirmant le fait que le ribosome est un trait qui a évolué très tôt, très probablement présent dans l'ancêtre commun des eucaryotes et des procaryotes. Les ribosomes ne sont pas liés à la membrane.

Les ribosomes sont composés de deux sous-unités, une grande et une petite, qui ne se lient que lors de la synthèse des protéines. Le but du ribosome est de prendre le message réel et le complexe chargé aminoacyl-ARNt pour générer la protéine. Pour ce faire, ils disposent de trois sites de liaison. L'un est pour l'ARNm, les deux autres sont pour l'ARNt. Les sites de liaison de l'ARNt sont le site A, qui contient le complexe aminoacyl-ARNt, et le site P, qui se lie à l'ARNt attaché à la chaîne polypeptidique en croissance.

Chiffre: Synthèse peptidique par un ribosome.: Le ribosome assemble les acides aminés en une protéine. Les acides aminés spécifiques sont contrôlés par la séquence d'ARNm. Ceci est requis par toutes les cellules vivantes et les virus associés.

Chez la plupart des bactéries, la structure intracellulaire la plus nombreuse est le ribosome qui est le siège de la synthèse des protéines dans tous les organismes vivants. Tous les procaryotes ont des ribosomes 70S (où S = unités Svedberg) tandis que les eucaryotes contiennent des ribosomes 80S plus gros dans leur cytosol. Le ribosome 70S est composé de sous-unités 50S et 30S. La sous-unité 50S contient les ARNr 23S et 5S tandis que la sous-unité 30S contient l'ARNr 16S. Ces molécules d'ARNr diffèrent par leur taille chez les eucaryotes et sont complexées avec un grand nombre de protéines ribosomiques, dont le nombre et le type peuvent varier légèrement d'un organisme à l'autre. Le ribosome est le complexe multiprotéique intracellulaire le plus fréquemment observé chez les bactéries.

L'assemblage du ribosome consiste en la transcription, la traduction, le repliement de l'ARNr et des protéines ribosomiques, la liaison des protéines ribosomiques et la liaison et la libération des composants de l'assemblage pour fabriquer le ribosome. L'assemblage in vivo de la sous-unité 30S a deux intermédiaires (p130S et p230S) et la sous-unité 50S a trois intermédiaires (p150S, p250S et p350S). Cependant, les intermédiaires de reconstitution ne sont pas les mêmes qu'in vitro. Les intermédiaires de la sous-unité 30S donnent des particules 21S et 30S tandis que les intermédiaires de la sous-unité 50S donnent des particules 32S, 43S et 50S. Les intermédiaires dans l'assemblage in vivo sont l'ARNr précurseur qui est différent de l'ARNr in vitro qui utilise l'ARNr mature. Pour compléter le mécanisme d'assemblage des ribosomes, ces ARNr précurseurs se transforment dans les polysomes.


Comment la taille des ribosomes est-elle calculée ? - La biologie

Le S dans les noms des sous-unités ribosomiques, et d'autres particules macromoléculaires trouvées dans la cellule (comme le protéasome 23S), signifie Unités Svedberg. Cette unité porte le nom de Theodor Svedberg, un chimiste suédois qui a reçu le prix Nobel de chimie en 1926 pour ses recherches sur les systèmes dispersés (en l'occurrence, des colloïdes de macromolécules dispersées en solution). Svedberg a été le premier à utiliser l'ultracentrifugation pour étudier les propriétés des macromolécules.

Sous ultracentrifugation, les macromolécules sont soumises à des forces centrifuges de l'ordre de 1 million de gravités. La vitesse du mouvement d'une macromolécule sous cette force (son sédimentation) est déterminé par sa densité, sa forme et sa masse. Des molécules plus massives, plus compactes (sphériques), plus denses sédimenteront plus rapidement que des molécules moins massives, moins compactes et moins denses. Ainsi, l'ultracentrifugation a été utilisée pour déterminer ces paramètres pour des macromolécules comme les sous-unités ribosomiques ou le protéasome.

On peut représenter la sédimentation d'une macromolécule sous ultracentrifugation en calculant sa coefficient de sédimentation (s), comme suit:
m est la masse de la macromolécule, v (prononcé nu-bar) est l'inverse de la densité de la molécule, p est la densité de la solution, et F représente la forme de la molécule (le coefficient de frottement).

Une unité Svedberg (S) est égal à 10 -13 s, donc comparer le nombre d'unités Svedberg pour différentes macromolécules vous renseignera sur leurs masses, formes et densités relatives. Plus la valeur de S est élevée, plus une molécule sédimentera rapidement sous ultracentrifugation.

Vous pouvez en savoir plus sur Theodor Svedberg sur le site Web de Nobel à : http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1926/svedberg-bio.html, et vous pouvez en savoir plus sur la technique d'ultracentrifugation dans un bon collège- manuel de biochimie de niveau, tel que Biochimie par L. Stryer. Vous pouvez trouver la section pertinente ici : http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?rid=stryer.section.438#472.

Enfin, nous avons une réponse dans nos archives qui traite de la synthèse des protéines qui peut également vous intéresser : http://www.madsci.org/posts/archives/2000-11/973721404.Cb.r.html.

Essayez les liens dans la bibliothèque MadSci pour plus d'informations sur la biologie cellulaire.


Les références

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Ribosomal Subunits

The ribosome has been under the scrutiny of scientists for decades. Electron microscopy has yielded an increasingly detailed view over the years, defining the overall shape of individual ribosomes and differences in this shape for ribosomes from different species, More recently, detailed electron micrograph reconstructions have studied the interaction or ribosomes with messenger RNA, transfer RNA and the protein elongation factors. This legacy of morphological work lays the groundwork on which the atomic structures may be understood.

Ribosomes are composed of two subunits: a large subunit, shown on the right, and a small subunit, shown on the left. Of course, the term "small" is used in a relative sense here: both the large and the small subunits are huge compared to a typical protein. Both subunits are composed of long strands of RNA, shown here in orange and yellow, dotted with protein chains, shown in blue. When synthesizing a new protein, the two subunits lock together with a messenger RNA trapped in the space between. The ribosome then walks down the messenger RNA three nucleotides at a time, building a new protein piece-by-piece.

The Large Subunit

The structure of the large subunit is available in PDB entry 1ffk . The large subunit contains the active site of the ribosome: the site that creates the new peptide bonds when proteins are synthesized. In this view, the messenger RNA would run horizontally in the groove across the middle. This structure, along with several other structures with inhibitors bound, provide strong evidence that the ribosome is a ribozyme. Enzymes typically use amino acids to catalyze chemical reactions, but the ribosome appears to use an adenine RNA nucleotide to perform its synthetic task. This adenine is colored green in the figure (we'll look at this more closely later).

The large subunit is composed of two RNA strands: a long one colored orange and a shorter one colored yellow. Dozens of proteins bind on the surface of the ribosome. Many have long, snaky tails that extend into the body of the ribosome, gluing the RNA strands into their proper shape. Several of the proteins were not seen in this crystallographic structure, perhaps because they are too flexible. Approximate shapes for these proteins, which form two prominent stalks commonly used as landmarks in electron micrographs, are indicated here in light blue.

The Small Subunit

The structure of the small subunit is available in the PDB entries 1fka and 1fjg . The small subunit is in charge of information flow during protein synthesis. It initially finds a messenger RNA strand and, after combining with a large subunit, ensures that each codon in the message is paired with the anticodon in the proper transfer RNA. The messenger RNA is thought to enter through a small hole (seen here on the left side of the molecule) and then extend up into the "decoding center" in the cleft between the "head" at top and the "body" at the bottom. The messenger RNA does not have to thread through this hole like a needle, however, because the hole is actually formed by a loop of the ribosomal RNA, which can open like a latch to admit the messenger.

Exploring the Structure

Large Ribosomal Subunit

Before jumping into these structures, be prepared. Both the large subunit and the small subunit are enormous complexes with many atoms: the structure of the large subunit in PDB entry 1ffk contains over 64,000 atoms, even though the authors chose to release only alpha carbon positions for the proteins, and the small subunit structure ( 1fka ), also with partial structures for the proteins, contains almost 35,000 atoms. Many interactive display programs become very sluggish when working on structures this large.

The picture shown here shows the proposed active site in the large ribosomal subunit. Adenine 2486 is thought to perform the synthesis reaction, at the location indicated by atom in bright turquoise. The two guanines shown on the left and the potassium ion shown in green serve to activate this adenine through a series of hydrogen bonds, shown in light blue. To explore this structure in more detail, click on the image for an interactive JSmol.


Ribosomes

Ils translate the information encoded in messenger RNA (ARNm) into a polypeptide.

  • roughly spherical.
  • With a diameter of

  • Ribosomes that synthesize proteins for use within the cytosol (e.g., enzymes of glycolysis) are suspended in the cytosol.
  • Ribosomes that synthesize proteins destined for:
    • secretion (by exocytosis)
    • the plasma membrane (e.g., cell surface receptors)

    Then, before these proteins reach their final destinations, they undergo a series of processing steps in the Golgi apparatus.

    This table gives some of the data. (S values are the sedimentation coefficient: a measure of the rate at which the particles are spun down in the ultracentrifuge. S values are not additive. nts = nucleotides.)

    Comparison of Ribosome Structure in Bacteria, Eukaryotes, and Human Mitochondria
    Bacterial (70S) Eukaryotic (80S) Mitochondrial (55S)
    Large Subunit 50S 60S 39S
    rRNAs
    (1 of each)
    23S (2904 nts) 28S (4700 nts) 16S (1560 nts)
    5S (120 nts) 5S (120 nts)
    5.8S (160 nts)
    Protéines 35 47 50
    Small Subunit 30S 40S 28S
    ARNr 16S (1542 nts) 18S (1900 nts) 12S (950 nts)
    Protéines 20 33 30

    But despite these differences, the basic operations of bacterial, eukaryotic, and mitochondrial ribosomes are very similar.


    Voir la vidéo: MÉTHODE: Calculer la taille réelle dune cellule ou dun micro-organisme (Août 2022).