Ribozomal RNA

Ribozomal RNA (rRNA), ribozomlarda bulunan bir RNA tipidir, ribozomun protein senteziyle ilişkili katalitik fonksiyonundan sorumludur. Ribozomal RNA'nın görevi, mRNA'daki bilginin translasyon süreci sırasında amino asit dizisine çevrilmesi için taşıyıcı RNA (tRNA) ile etkileşmek ve uzayan peptit zincirine amino asit takmaktır. Hücre sitoplazmasında serbest halde bulunan RNA'nın %80'i rRNA'dan oluşur.

Ribozom iki alt birimden oluşur, bunların her biri rRNA ve proteinlerden meydana gelir. Mesajcı RNA (mRNA)'nın ribozom tarafından çevirisi sırasında mRNA bu iki altbirim arasında yer alır. Küçük altbirime iki tRNA bağlıdır, bunlardan birine uzamakta olan peptid zinciri bağlıdır, öbürüne ise bu zincirin ucuna eklenecek olan bir amino asit. Ribozom bu amino asidin peptid zincirine eklenme tepkimesini katalizler.

rRNA molekülleri sentezlenirken önce bir öncül RNA (prekürsör rRNA veya pre-rRNA) meydana gelir. Pre-rRNA sentezlendikten sonra, önce belli nükleotitlerdeki bazlar kimyasal değişimlere uğrar (bazı şeker gruplarının metillenmesi ve bazı uridinlerini psödouridine dönüşmesi gibi). Bunun ardından pre-rRNA kesilip kırpılarak üç farklı rRNA türü meydana getirir. Bu işlemler snoRNP'ler (İngilizce small nükleolar ribonucleolar particles; küçük nükleolar ribonükleolar tanecikler) tarafından gerçekleşir. SnoRNP'ler, snoRNA olarak adlandırılan kısa bir RNA molekülü ve sekiz-on proteinden oluşan birer kompleksdir; snoRNA, baz eşleşmesi yaparak rRNA üzerinde belli bir diziye bağlanır, böylece snoRNP'deki enzimlerin bu hedef diziye yönlenmesini sağlar. Bu enzimler rRNA'da kimyasal değişiklikler yapar ve onu keser.

rRNA belli bölgelerindeki nükleotit dizileri birbirini tümleyici olduğu için bunlar birbirleriyle baz eşleşmesi yaparak molekülün kendine has üç boyutlu bir şekle girmesini sağlarlar. Ribozomdaki proteinler rRNA'nın belli kısımlarını tanıyıp oralara bağlanır, ardından bu proteinler arasındaki etkileşimler rRNA'nın daha da katlanmasına neden olur ve sonunda ribozom meydana gelir. Pre-rRNA'nın transkripsiyonu, işlenmesi, rRNA'ların proteinlerle birleşerek ribozom altbirimlerini oluşturması çekirdekçikte meydana gelir.

rRNA'nın bazı kısımları ribozomda tRNA'nın bağlanma yerlerini (A-, P- ve E- konumları) oluşturur. Başka kısımları mRNA ile etkileşerek onun çeviriminin başlama yerini belirler. Ayrıca, rRNA, peptid bağının oluşumunu sağlayan peptidil transferaz adlı katalitik aktiviteden sorumludur. 23S rRNA molekülünün, yardımcı bir protein olmaksızın peptidil transferaz aktivitesine sahip olduğu gösterilmiştir.

Ribozomlar hem prokaryot hem de ökaryotlarda iki altbirimden oluşur. Bu altbirimler santrifüjleme sırasında hangi hızda sedimante oldukları ile ilişkili olarak adlandırılır (adlarındaki S, Svedberg birimine karşılık gelir). Tabloda parantez içindeki rakamlar, altbirimde bulunan rRNA moleküllerine aittir.

Prokaryotlarda 30S ribozomal altbirimde 16S ribozomal RNA bulunur. 50S ribozomal altbiriminde ise iki rRNA türü vardır, bunlar 5S ve 23S rRNA'lardır.

Bakterilerde 16S, 23S ve 5S rRNA genleri beraberce transkripsiyonu yapılan bir operon olarak organize olurlar. Genomda bu rRNA operonlarından birden fazla bulunabilir (örneğin, E. coli 'de yedi tane vardır).

Arkelerde de bir veya birden çok rRNA olabilir. 16S, 23S ve 5S rRNA'ları, öncül bir RNA transkriptinin (pre-rRNA) üç parçaya kesilip, bu parçaların da uçlarının kısaltılması sonucu meydana gelirler.

Yukarıda belirtilen sitoplazmik ribozomlardaki rRNA tiplerine ek olarak hayvanlardaki mitokondri ribozomlarında da rRNA'lar (12S ve 16S) bulunur. Bitki mitokondrilerinde bu ikisine ek olarak bir de 5S rRNA vardır.

Ribozomal rRNA'lardan 28S, 5.8S ve 18S rRNA'lar, tek bir RNA molekülünün işlemden geçmesi sonucu oluşur. Memelilerde bu öncül rRNA (pre-rRNA) 45S büyüklüğündedir, bunun başından ve sonundan birer parça, iç kısmından da iki parça çıkınca kalan parçalar 28S, 5.8S ve 18S büyüklüğünde olur. Bu işlemden sonra 5.8S rRNA ve 28S rRNA birbirlerine hidrojen bağlarıyla bağlanırlar. 5S rRNA ayrı bir genden yazılır.

Büyümekte olan hücreler pek çok ribozoma gerek duyduklarından çok sayıda rRNA sentezlemek durumundadırlar. Bu yüzden genomda çok sayıda rRNA geni bulunur. 45S rDNA geni, her biri 30-40 tekrar oluşan (kromozom 13, 14, 15, 21 ve 22'de) beş küme halindedir. Bunların transkripsiyonu RNA polimeraz I tarafından yapılır. 5S rRNA'nın transkripsiyonu ise RNA polimeraz III tarafından yapılır. 5S rRNA, 200-300 gen tarafından kodlanır, bunlar da art arda dizilmiş tekrarlardan oluşur, bu tekrar kümelerinden en büyüğü kromozom 1q41-42'dedir. Kurbağa yumurtalarında gözlemlenmiş bir olgu, rRNA gen kopya sayısının diğer hücre tiplerinden birkaç bin katı daha çok olduğudur. Yumurta hücresinin büyüklüğü ve onun çok miktarda protein üretme gereğinden dolayı, genomdaki rRNA gen sayısının amplifikasyonunu sağlayan bir mekanizma mevcuttur.

Ribozom altbirimlerindeki RNA'nın üç boyutlu yapısı X-ışını kristalografisi ile çözülmüştür. Bu RNA dört bölgeden oluşur, bunlar 5', merkez, 3' majür ve 3'minör bölgelerdir. 5' bölgenin yapısının modeli (500-800 nükleotitten oluşan) şekilde gösterilmiştir. Ribozomda peptit bağının oluştuğu aktif merkez tamamen rRNA'dan oluşur.

Ribozomal RNA'nın işlevsel bölgelerinde (örneğin, peptidil transferaz veya altbirim arayüzünde) bulunan nükleozitlerin çoğu transkripsiyon sonrası değişime uğramıştır, muhtemelen bu değişimler ribozom fonksiyonu için önemlidir. rRNA'daki baz modifikasyonlarının meydana gelmesinden küçük nükleolar RNA'lar (snoRNA'lar) rol oynar, bunlar rRNA ile baz eşleşmesi yaparak modifikasyonu yapacak enzimleri pre-rRNA'nın uygun yerlerine yönlendirirler.

Translasyon, mRNA tarafından taşınan bilginin ribozomlarda proteine çevrilmesi sürecidir. Prokaryotlarda 16s rRNA, mRNA'nın başlama kodonunun akış yukarısındaki bir dizi ile baz eşleşmesi yapar.

rRNA, tüm canlı tiplerinde en az farklılık gösteren gen grubudur. Bu yüzden rRNA kodlayıcı genlerinin (rDNA) dizileri o organizmanın taksonomik grubunu belirlemekte kullanılır. Bu dizilerin analizi ile o organizmayla evrimsel olarak akraba olan diğer gruplar belirlenebilir ve türlerin ortak atalardan ayrışma hızları tahmin edilebilir. Bu amaçla binlerce organizmanın rRNA dizileri çözülmüştür ve bu bilgiler RDP-II ve SSU gibi özel veritabanlarında saklanır.