Ribosom: Keberadaan, Distribusi, Struktur, Jenis, Komposisi Kimia dan Fungsi!
Ribosom adalah butiran basofilik yang ada di sitoplasma sel. Karena bahan ini memiliki afinitas untuk pewarnaan dasar yang mirip dengan butiran kromatin nukleus, maka bahan ini untuk sementara waktu disebut zat kromidial atau kromofil.
Ribosom pertama kali dicatat dalam sel tumbuhan oleh Robinson dan Brown pada tahun 1953 saat mempelajari akar kacang dengan mikroskop elektron dan tak lama kemudian Palade (1955) mengamati mereka dalam sel hewan. Dia mengisolasi ribosom dan mendeteksi RNA di dalamnya, itulah sebabnya disebut juga partikel RNP atau ribonucleoprotein atau butiran Palade. Claude menamai mereka sebagai mikrosom tetapi nama ribosom ditunjuk oleh Robert pada tahun 1958.
Kejadian:
Mereka didistribusikan secara universal ke seluruh kerajaan hewan dan kerajaan tumbuhan. Prokariota juga, mereka ditemukan. Satu-satunya jenis sel tanpa ribosom adalah sel darah merah mamalia. Kepadatan ribosom per satuan luas agak konstan untuk jenis apa pun. Ini tinggi pada sel yang merupakan sintesis protein m aktif dan rendah pada sel di mana sintesis protein rendah.
Distribusi:
Dalam sel prokariotik, ribosom sering muncul secara bebas di sitoplasma. Dalam sel eukariotik ribosom terjadi secara bebas di sitoplasma atau tetap melekat pada permukaan luar membran retikulum endoplasma (ER).
Ketika mereka tidak melekat pada ER mereka disebut ribosom bebas. Ribosom bebas berfungsi sebagai situs untuk sintesis protein yang diperlukan untuk mempertahankan konstitusi enzim dari matriks sitoplasma.
Metode Isolasi:
Ribosom biasanya diisolasi dari sel dengan metode sentrifugasi diferensial di mana sentrifugal analitik digunakan. Koefisien sedimentasi ribosom ditentukan oleh berbagai teknik optik dan elektronik. Koefisien sedimentasi dinyatakan dalam satuan Svedberg, misalnya satuan ‘S’. S terkait dengan ukuran dan berat molekul partikel ribosom.
Jumlah dan Konsentrasi Ribosom:
Di semua sel yang mengandung retikulum endoplasma, sejumlah besar ribosom dapat diamati. Sebagai contoh, di dasar sel kelenjar, dalam sel plasma dan sel hati, dalam semua sel tumbuhan dan hewan yang tumbuh dengan cepat dan dalam bakteri, jumlah asam ribonukleat (RNA) dapat dikaitkan dengan konsentrasi ribosom.
Dalam retikulosit kelinci hampir 100 ribosom ditemukan per µ 3 , yang setara dengan 1×10 5 partikel per retikulosit dan sekitar. 5% dari total volume massa sel, atau sekitar 20.000 sampai 30.000 per sel. Namun, jika laju sintesis protein diperlambat oleh kondisi nutrisi yang tidak menguntungkan, jumlah ribosom dapat turun drastis dalam sel-sel sintesis protein dan dalam bakteri.
Struktur Ribosom:
Ribosom luar biasa untuk keseragaman dalam ukuran dan komposisi melalui berbagai sel di mana mereka telah dipelajari. Ribosom tumbuhan dan hewan tingkat tinggi berbentuk oblate, spheroids dan diameternya kira-kira 250 A°.
Namun, ribosom bakteri agak lebih kecil, karena mengandung lebih sedikit protein daripada ribosom hewan yang lebih tinggi. Namun, dalam jumlah RNA per partikel, ribosom bakteri menyerupai semua ribosom lain yang dipelajari saat ini.
Dalam studi mikroskop elektron pewarnaan negatif mengungkapkan celah yang membagi ribosom menjadi sub-unit yang lebih besar dan sub-unit yang lebih kecil. Pada E. coli, partikel yang lebih besar berbentuk ‘cangkir’ atau kubah (140 hingga 160 A°) dan yang lebih kecil membentuk ‘tutup’ (90 hingga 110 A°) yang diterapkan pada permukaan datar lainnya (Huxley dan Zubey 1960). Pada hewan dan tumbuhan tingkat tinggi ditunjukkan bahwa ribosom melekat pada retikulum endoplasma oleh subunit besar.
Struktur halus ribosom sangat kompleks dan belum sepenuhnya dijelaskan. Karena ribosom sangat berpori dan terhidrasi, RNA dan protein mungkin terjalin dalam dua subunit, dalam beberapa bagian, diwarnai dengan ion uranil (pewarnaan selektif RNA), setiap ribosom muncul sebagai badan berbentuk bintang dengan empat hingga enam lengan yang ditanamkan pada a sumbu padat. Subunit 50S yang terisolasi dari subtitle Bacillus muncul sebagai partikel padat berukuran 160 hingga 180A° yang memiliki permukaan pentagonal, di tengahnya terdapat area bundar berukuran 40 hingga 60 A° (Nanninga, 1967).
Inti transparan elektron, yang diwarnai negatif pada ribosom sesuai dengan daerah buram elektron, telah dijelaskan dalam kiriman besar. Subunit 40S tidak beraturan dan cenderung dibagi menjadi dua bagian yang saling dihubungkan oleh untaian setebal 30 sampai 60A°.
Subunit ribosom:
Properti lain yang umum untuk semua ribosom dalam struktur subunitnya dan konstanta sedimentasinya dengan ultrasentrifugasi. Berdasarkan konstanta sedimentasi, ada dua jenis utama ribosom.
Yang berasal dari bakteri biasanya memiliki koefisien 70S (satuan Svedberg) sesuai dengan berat molekul 2,7×10 6 . Yang lainnya adalah ribosom eukariotik (sel berinti, baik tumbuhan atau hewan) ribosom tersebut memiliki konstanta sedimentasi 80S dengan berat molekul sekitar 4×10 6 dalton.
Dua subunit struktural ribosom yang disebutkan di atas (cangkir dan tutup) memerlukan konsentrasi rendah ion Mg ++ (0,001M) untuk kohesi struktural. Ribosom dapat dibersihkan dengan menghilangkan ion Mg ++ untuk menghasilkan dua partikel yang lebih kecil satu 2/3 dan lainnya 1/3 dari massa ribosom utuh asli. Sebenarnya mereka hanyalah subunit yang sama yang diamati dengan bantuan mikroskop elektron.
Subunit ini disebut dengan konstanta sedimentasinya. Satu unit ribosom memiliki konstanta sedimentasi 80S atau 70S seperti yang disebutkan sebelumnya, sedangkan subunit 2/3 memiliki konstanta sedimentasi masing-masing 60S atau 50S dan subunit 1/3 40S atau 30S. Kedua subunit terikat bersama melalui ion magnesium yang berinteraksi dengan gugus fosfodiester RNA.
Partikel jenuh magnesium penuh mengandung ion Mg ++ per tiga kelompok fosfodiester. Penghapusan 1/3 yang dihitung dari ion magnesium ini menghasilkan pembelahan 80S untuk membentuk 60S dan 40S (sub unit).
Penghapusan hasil Mg ++ lebih lanjut dalam kasus ribosom kacang dan ragi setidaknya dalam pembelahan lebih lanjut membebaskan apa yang tampaknya 1/6 subunit. Pembelahan lebih lanjut ini, berbeda dengan subunit 2/3 dan 1/3, bagaimanapun, tidak dapat diubah dalam arti bahwa pemulihan ion magnesium, tidak menghasilkan pemulihan partikel 80S.
Jika konsentrasi Mg ++ ditingkatkan sepuluh kali lipat, dua ribosom bergabung membentuk “dimer” dengan berat molekul dua kali lipat dari masing-masing ribosom. Dimer tersebut dapat diubah kembali menjadi dua ribosom dengan menurunkan konsentrasi Mg ++ .
Pengamatan mikroskopis elektron awal dari bagian sel mengungkapkan bahwa ribosom sering dikaitkan dalam kelompok kadang-kadang membentuk pola berulang. Baru pada tahun 1962 fungsi poliribosom ini, atau polisom, dalam sintesis protein ditemukan (Warner dan Rich, 1962).
Setelah mengobati retikulosit dengan asam amino berlabel C 14 dan menggunakan metode lembut untuk gangguan, ditemukan bahwa selain konstanta sedimentasi tipikal dari ribosom tunggal (80S) terdapat beberapa unit yang lebih besar.
Konstanta sedimentasi partikel-partikel ini bervariasi dari 108S hingga 170S atau bahkan lebih; ini berhubungan dengan poliribosom dari lima unit (pentamer). Itu dikonfirmasi oleh mikroskop elektron bahwa sekitar 75% dari ribosom yang menunjukkan puncak 170S, disajikan sebagai pentameres.
Sebuah filamen tipis, ditafsirkan seperti dalam mRNA, sekitar 150 A°. Jumlah ribosom dalam poliribosom dapat sangat bervariasi dan tampaknya terkait dengan panjang mRNA yang harus ‘dibaca’ dalam proses translasi.
Pada E. coli dan sel dari embrio ayam, poliribosom yang terdiri dari sekitar 50 unit telah diamati {Rich 1967). Poliribosom mungkin bebas dalam sitoplasma atau terikat pada membran retikulum endoplasma.
Untuk poliribosom bebas, konfigurasi heliks telah didalilkan dengan subunit kecil tersusun di sekitar sumbu pusat dan subunit besar ditempatkan di pinggiran. Pada bagian berbagai sel poliribosom telah diamati dalam susunan heliks (Weiss dan Grover, 1968). Diasumsikan bahwa dalam polisom mRNA terletak di antara dua subunit ribosom.
Jenis Ribosom:
Ribosom terdiri dari dua tipe dasar, ribosom 70S dan 80S. Jadi S mengacu pada unit Svedberg. Sebenarnya itu adalah koefisien sedimentasi yang menunjukkan seberapa cepat sedimen organel sel dalam ultrasentrifus. Koefisien sedimentasi tidak aditif.
Ribosom 80S ditemukan pada eukariota (organisme yang selnya memiliki inti sejati yang dibatasi oleh selubung inti) misalnya ganggang, jamur, tumbuhan tingkat tinggi, dan hewan. Ribosom 80S hewan terdiri dari subunit 60S besar dan subunit 40S kecil.
Ribosom 70S relatif lebih kecil dan ditemukan pada prokariota (organisme yang DNA-nya tidak dibatasi oleh selubung inti) misalnya bakteri. Ribosom 70S terdiri dari subunit 50S besar dan subunit 30S kecil.
Ribosom yang ditemukan di mitokondria dan kloroplas eukariota lebih dekat dengan ribosom prokariota daripada ribosom eukariota 80S. Mitokondria vertebrata, misalnya, mengandung 55S ribosom, masing-masing dengan subunit besar 40S dan subunit kecil 30S. Nilai koefisien sedimentasi 80S, 70S dan 55S dibulatkan. Nilai S aktual pada organisme yang berbeda mungkin sedikit lebih tinggi atau lebih rendah.
Komposisi kimia:
Konstituen utama ribosom adalah RNA dan protein. Lipid sepenuhnya tidak ada atau ada dalam jejak. Ribosom E. coli memiliki hampir 60-65% RNA dan 35-40% protein dari beratnya. Tabel 6.3 menunjukkan perkiraan jumlah RNA dan protein pada berbagai jenis ribosom.
RNA ribosom berbeda dalam ukuran dan isi dasar dari tRNA dan dari kelas RNA lain dari sebagian besar sel. Dua jenis RNA ditemukan di semua ribosom. Mereka adalah komponen integral dan tidak dapat dilepas dengan mudah. RNA partikel hati tikus terutama mengandung basa umum adenin, guanin, sitosin dan urasil dengan sejumlah kecil pseudouridin, basa biasa yang terdapat pada RNA larut ditemukan dalam partikel RNA hanya dalam jumlah yang sangat kecil.
Tabel 6.2 Perbedaan antara 70an dan Ribosom:
|
Kehadiran |
bakteri prokariota ) |
Pada eukariota (ganggang, jamur, tumbuhan dan hewan tingkat tinggi) |
|
Koefisien sedimentasi |
64S-72S (rata-rata69S) |
79-85S pada jamur, 80S pada mamalia. |
|
Ukuran |
Relatif lebih kecil |
Relatif lebih besar |
|
berat molekul |
3×10 6 |
4-5×10 6 |
|
Subunit |
Kecil 30S dan besar50S |
Kecil 40S dan besar60S. |
|
RNA |
3 molekul RNA16S RNA di Subunit 30S, 23S dan 5S RNA di subunit 50S. |
4 molekul RNA16S-18S RNA dalam subunit 40S; 25-29S, 5.8S dan 5S RNA dalam subunit 60S. |
|
M.Wt. dari RNA |
16S RNA-550,00023 S RNA-1,100,0005S RNA-40,000 |
18S RNA-700,00028S RNA-1, 700, 0005.8S RNA 51.000 5S RNA -29.000. |
|
Jumlah protein |
21(S1-S21) di subunit kecil34 (S1-L34) di subunit besar Total di prokariota: 50-60 protein. |
33 di subunit kecil49 di subunit besar Total” dalam protein eukariotest70-80 |
|
Rata-rata M.Wt. protein |
18.000 |
21.000 |
|
Tidak ada asam amino |
8.000 |
16.000 |
|
Rasio RNA-Protein |
2.1 |
1:1 |
Asam Anino:
Komposisi asam amino protein tak larut asam triklorasetat RNP hati tikus telah ditentukan oleh Crompton dan Petermann (1959). Asam amino yang mengandung aromatik dan belerang hadir dalam jumlah yang sangat kecil sementara leusin dan arginin tinggi di atas 10%. Komposisi retikulosit kelinci dan RNP bibit kacang sangat mirip.
Ekstrak hidroklorik dari RNP hidup tikus yang dimurnikan sebagian telah menghasilkan arginin (Butter, 1960), tetapi apakah asam amino ini berasal dari protein itu sendiri belum ditentukan.
Protein:
Protein mengandung rantai linier asam amino. Kesamaan dalam komposisi ribosom asam amino dari protein ribosom sangat berbeda asalnya dan mungkin sangat berbeda dari protein yang dibentuk oleh ribosom.
Oleh karena itu, adalah umum untuk membedakan antara protein struktural ribosom rantai peptida yang tumbuh dari enzim yang mengalami pembuatan oleh ribosom bahwa protein dikaitkan dengan RNA ribosom melalui ikatan hidrogen jelas dari fakta bahwa pemisahan keduanya cepat dan mudah dilakukan oleh reagen yang menyerang ikatan hidrogen seperti misalnya oleh guanidium bromida.
Percobaan telah dilakukan oleh Yin dan Bock (1960), yang memperoleh protein ribosom ragi yang stabil. Watson (1960) mendapatkan protein E.coli dan dengan analisis kelompok tersebut menunjukkan berat molekul masing-masing sub unit menjadi sekitar 30.000.
Protein enzimatik ribosom:
Sebagian besar protein ribosom bertindak sebagai enzim sehingga mengkatalisasi sintesis protein. Protein inisiasi IF 1, IF2 dan 1F3 memulai proses sintesis protein sedangkan protein transfer (faktor G, faktor Ts) membantu dalam translokasi ribosom melalui mRNA dan transfer residu t-RNA dari satu situs ribosom ke situs lain .
Pengalihan enzim peptidy1 lainnya membantu dalam transformasi rantai peptida menjadi aminoacy1-tRNA dan enzim lainnya – pemutusan rantai polipeptida yang telah selesai.
Sebagai hasil dari pencucian ribosom dengan NH 4 CI dan melakukan kromatografi kolom, Ochoa dan rekan kerja (1960) mengisolasi faktor-faktor di atas dalam sintesis protein. Diantaranya, tiga faktor inisiasi – IF1, IF2 dan IF3 – secara longgar terkait dengan subunit 30S. Faktor IF1 adalah protein dasar yang memiliki berat molekul 9200 dalton.
Itu terlibat dalam pengikatan F-met-tRNA. Faktor IF2 juga merupakan protein dari mol. wt. 8000 dalton dan grup berisi-SH yang membantu mengikat dengan GTP. Faktor protein ketiga-IF3, tidak memerlukan GTP dan terlibat dalam pengikatan mRNA ke subunit 30S.
Ini adalah protein dasar yang memiliki berat molekul 30.000 dalton. IF3 juga dapat bertindak sebagai faktor disosiasi untuk ribosom 70S. Ochoa et al. (1972) melaporkan lebih lanjut faktor interferensi (i) pada bakteri E.coli. Faktor-faktor ini mengikat faktor IF3, mengubah spesifisitasnya dan dengan demikian mengatur terjemahan pesan genetik di awal.
Faktor pemanjangan sangat penting untuk pemanjangan rantai polipeptida. Ini adalah EFG (juga disebut faktor G atau translocase) dan faktor EFT. Seperti dijelaskan sebelumnya, faktor EFG atau G terlibat dalam transloaksi mRNA. Pada E. coli, terdiri dari rantai polipeptida tunggal yang memiliki mol. wt. dari 72, 00 dalton. EFG+GTP mempromosikan translokasi peptidil-tRNA yang baru memanjang.
Faktor EFT lainnya memiliki dua jenis protein yaitu Tu (suhu-tidak stabil) dan Ts (suhu stabil). Faktor EFTu +GTP membentuk kompleks aminoasil-tRNA sebelum mengikat ke situs akseptor ribosom yang dikatalisis oleh faktor Ts. Selain itu, subunit ribosom 50S memiliki sintetase enzim-peptida atau transferase peptdil yang terkait dalam pembentukan ikatan peptida. Faktor penghentian R1 dan R2 melepaskan protein yang membantu membebaskan rantai polipeptida.
Biogenesis Ribosom:
Biogenesis ribosom pada sel prokariotik bakteri terjadi di dalam sitoplasma karena tidak adanya nukleolus. RRNA berasal dari kodon spesifik genom atau DNA ribosom (rDNA).
Pada sel eukariotik proses biogenesis ribosom rumit dan terjadi di dalam nukleolus. Salah satu kromosom dari satu set memiliki daerah pengatur nukleolar spesifik, yang berisi molekul RNA nukleolar yang merupakan prekursor rRNA 28S dan 18S. Proses konversi 45S-RNA menjadi 28S dan 18S rRNA diilustrasikan di bawah ini:
Molekul RNA nukleolus 45S dimetilasi (-CH, gugus ditambahkan). Molekul termetilasi dari RNA nukleolar 45S ini menjadi terkait dengan protein yang diperlukan yang ada dalam nukleolus yang membentuk partikel molekul ribonuceoportein (RNP) 80S. RNP 80S dengan RNA molekuler 45S ini terbagi menjadi 32S dan 18S rRNA melalui beberapa langkah perantara, dimana bagian molekul yang tidak termetilasi hilang. Molekul 18S bersama molekul proteinnya segera diangkut ke sitoplasma. 32S rRNA tetap berada di dalam nukleolus untuk beberapa waktu dan dibelah menjadi 28S rRNA.
5S rRNA disintesis di luar nukleolus dan gen terletak berdekatan dengan daerah pengatur nukleolus kromosom.
18S rRNA bersama dengan proteinnya meninggalkan nukleus melalui nukleopori dan keluar ke sitoplasma, di mana dalam hubungan dengan protein ini berkumpul menjadi subunit kecil (40S) dari ribosom. 28S rRNA juga meninggalkan nukleus dan bergabung dengan 5S rRNA dan protein membentuk subunit 60S.
Sintesis protein ribosom terjadi sebagian di dalam nukleolus dan sebagian di dalam sitoplasma. Protein yang disintesis dalam sitoplasma berkumpul di nukleolus untuk digunakan dalam partikel molekul ribonukleoprotein (RNP).
RNA ribosom:
Ribosom 70S mengandung tiga jenis rRNA, yaitu, 23S rRNA, 16S rRNA dan 5S rRNA. 23S dan 5S rRNA terjadi pada subunit ribosom 50S yang lebih besar, sedangkan rRNA 16S terjadi pada subunit ribosom 30S yang lebih kecil. 23S rRNA terdiri dari 3200 nukleotida, 16S rRNA berisi 1600 nukleotida dan 5S rRNA mengandung 120 nukleotida di dalamnya (Brownlee, 1968, Fellner, 1972).
Ribosom 80S juga mengandung tiga jenis rRNA, yaitu, 28S rRNA, 18S rRNA dan 5S rRNA. 28S dan 5S rRNA terjadi pada subunit ribosom 60S yang lebih besar, sedangkan rRNA 18S terjadi pada subunit ribosom 40S yang lebih kecil.
28S rRNA memiliki berat molekul 1,6 x 10 6 dalton dan molekulnya beruntai ganda dan memiliki basa nitrogen berpasangan. 18S rRNA memiliki berat molekul 0,6 * 10 6 dalton. Molekul 5S rRNA berbentuk daun semanggi dan panjangnya sama dengan 120 nukleotida (Forget and Weissmann, 1968).
Konstituen lainnya :
Kandungan logam ribosom juga merupakan pertanyaan yang sulit. Ada sedikit keraguan bahwa magnesium adalah ion utama secara fisiologis, karena terdapat dalam konsentrasi tinggi di ribosom hati tikus. Ini adalah yang paling aktif dalam mempertahankan struktur 80S (Hamilton dan Petermann, 1959) karena sangat penting untuk penggabungan asam amino in vitro (Rendi dan Hultin, 1960). Logam lain yang terdapat dalam ribosom adalah kromium, mangan, nikel, besi dan kalsium (Walker dan Valle, 1958; Tso 1958).
Fungsi Ribosom:
Ini adalah fakta yang terkenal bahwa ribosom adalah pabrik pembuatan protein dalam sel tetapi sebenarnya satu ribosom tidak dapat mengambil bagian dalam sintesis protein. Diketahui dari tahun 1962 ketika & laporan diterbitkan yang menunjukkan bahwa unit-unit aktif bukanlah ribosom individu, tetapi sekelompok unit-unit ini, yang disebut poliribosom. Peran rinci poliribosome diterbitkan dalam Scientific American Desember 1963 oleh Gric dan Hall. Ada banyak bukti-bahwa ribosom sama dan setidaknya dapat dipertukarkan.
Dalam kasus hemoglobin dengan rantai 150 asam amino, jumlah ribosom yang paling umum dan hingga 40 ribosom telah dijelaskan. Jadi nama polisom juga bisa diterapkan di tempat poliribosom. Protein terdiri dari rantai linier asam amino. Rantai mungkin pendek atau panjang dalam kedua kasus itu disebut rantai polipeptida. Polipeptida dapat dilipat dengan cara tertentu sering bergabung membentuk protein kompleks.
Ribosom dalam polisom dipisahkan oleh celah 50-150A 0 . Staning positif oleh Urasil-asetat mengungkapkan bahwa, ribosom dihubungkan oleh benang tipis berdiameter 10-15A 0 , yang kira-kira setebal satu untai RNA. Dari ukuran celah antar ribosom, pengukuran total celah yang mengandung lima ribosom adalah sekitar 1500A 0 , kelima ribosom tersebut memiliki celah antar ribosom masing-masing sebesar 50-150A°.
