Warum bilden 60S & 40S ribosomale Untereinheiten ein 80S Ribosom (nicht 100S)?

Das ist keine einfache mathematische Addition!

Wenn diese Einheiten beispielsweise Masse wären, könnten (und sollten) Sie sie hinzufügen: Ein 60-g-Lego-Stück kombiniert mit einem 40-g-Lego-Stück bildet natürlich eine Kombination mit 100 g.

Diese Zahlen sind jedoch Svedberg-Einheiten , was ...

eine nichtmetrische Einheit für die Sedimentationsrate [...] Der Svedberg-Koeffizient ist eine nichtlineare Funktion. Masse, Dichte und Form eines Partikels bestimmen seinen S-Wert. (Hervorhebung von mir)

Komischerweise dachten die meisten meiner Schüler, dass S für Sedimentation steht . Es ist jedoch eine Hommage an Theodor Svedberg , Träger des Nobelpreises für Chemie im Jahr 1926.

Somit hat das prokaryotische Ribosom in einer stark vereinfachten Erklärung zwei Untereinheiten. Die große Untereinheit sedimentiert bei 50 s, die kleine Untereinheit sedimentiert bei 30 s, aber die beiden zusammen (d. h. das gesamte Ribosom) sedimentieren bei 70 s, nicht bei 80 s.

Auf die gleiche Weise hat ein eukaryotisches Ribosom eine große Untereinheit, die bei 60 Sekunden sedimentiert, eine kleine, die bei 40 Sekunden sedimentiert, aber die gesamte Struktur sedimentiert bei 80 Sekunden, nicht bei 100 Sekunden.

Auch die rRNAs, die die Untereinheiten bilden, haben ihre eigenen Sedimentationsraten (in Svedberg-Einheiten):

Für eine detaillierte Erklärung mit allem, was Sie brauchen, erklären die anderen Antworten hier und hier es wunderbar.

Wenn ein komplexes Partikelgemisch einer Ultrazentrifugation unterzogen wird, trennen sie sich aufgrund ihrer Form und Masse aufgrund der von der Zentrifuge aufgebrachten Kraft und der entgegenwirkenden Reibungskraft des Lösungsmittels. Mehr zu diesem Verfahren können Sie hier nachlesen . S steht für Svedberg , was ein Maß für die Sedimentationsrate eines Partikels ist. Dies ist durch die Formel gegeben$s=\frac{v}{a}$wo$s$ist der Sedimentationskoeffizient und$v$ist die Geschwindigkeit, mit der sich ein Teilchen bewegt, wenn eine Beschleunigung,$a$, wird angewandt.

Ein Svedberg ist definiert als genau 10 ⁻¹³  s. Im Wesentlichen dient der Sedimentationskoeffizient dazu, die Sedimentationsgeschwindigkeit eines Partikels durch die auf ihn ausgeübte Beschleunigung zu normieren. Der resultierende Wert ist nicht mehr von der Beschleunigung abhängig, sondern nur noch von den Eigenschaften des Partikels und des Mediums, in dem es suspendiert ist. In der Literatur angegebene Sedimentationskoeffizienten beziehen sich in der Regel auf die Sedimentation in Wasser bei 20°C.

Ein 1S-Teilchen würde sich beispielsweise mit 10 ^-13 m/s bewegen, wenn eine Beschleunigung von 1 g angewendet wird (ohne Berücksichtigung der Diffusion).

Es ist wichtig zu erkennen, dass die Sedimentationsgeschwindigkeit eines Partikels nicht nur von seiner Masse, sondern auch von seiner Form (unter anderem) abhängt, da seine Querschnittsfläche die effektive Reibungskraft bestimmt, der es ausgesetzt ist.

Wenn dies mit E. coli -Extrakten durchgeführt wurde, wurden Peaks bei 32S, 51S, 70S und 100S gesehen, abhängig von der Mg ²⁺ -Konzentration . Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass die 32S- und 51S-Peaks Bestandteile des 70S-Peaks waren und dass der 100S-Peak ein Dimer von zwei 70S-Partikeln war. Sie stellten auch fest, dass die Masse des 50S-Teilchens etwa doppelt so groß war wie die Masse des 30S-Teilchens, was zusammen die Masse des 70S-Teilchens ergab.

Die anderen beiden Antworten geben nette Details, daher möchte ich hier eine etwas mathematischere Antwort geben.

Erstens ist das S, von dem Sie sprechen, Svedberg-Einheiten (des Sedimentationskoeffizienten, benannt nach dem schwedischen Chemiker Theodor Svedberg), die verwendet werden, um das Verhalten eines Partikels im Sedimentationsprozess, insbesondere beim Zentrifugieren, zu charakterisieren. Ein Svedberg entspricht genau 10 ^-13 Sekunden (siehe andere Antworten für weitere Details).

Beginnen wir nun mit Gleichungen. Der Sedimentationskoeffizient wird in die Gleichung geschrieben als:

$s = \frac{v_t}{a}$

wo$v_t$ist die Endgeschwindigkeit. Die Endgeschwindigkeit eines Partikels in einem gegebenen Medium ist konstant, weil die Gravitationskraft (oder Zentrifugation) durch die viskose Kraft des Mediums aufgehoben wird. In einem solchen Fall wird die Endgeschwindigkeit als Verhältnis der Zentrifugalkraft zum viskosen Widerstand (aus dem Gesetz von Stoke) berechnet und ihre Gleichung lautet:

$v_t = \frac{mr\omega^2}{6\pi\eta r_0}$

Auch Zentrifugalbeschleunigung:

$a = r\omega^2$

Setzen Sie den Wert von$v_t$und$a$in erster Gleichung:

$s = \frac{v_t}{r\omega^2} = \frac{m}{6\pi\eta r_0}$

Wie Sie sehen, ist der Sedimentationskoeffizient zwar das Verhältnis der Endgeschwindigkeit zur Zentrifugalbeschleunigung, hängt aber nicht von beiden ab! Jetzt sind alle anderen Dinge konstant, und die Masse würde sich linear addieren. Warum also der Wert von$s$Verringerung? Dies liegt an der nichtlinearen Addition von$r_0$(Radius). Siehe folgendes Diagramm:

Es ist jetzt deutlich sichtbar, dass sich die Untereinheiten nicht einfach miteinander vermischen (wie zwei Öltröpfchen, die sich zu einem größeren Tropfen verbinden), die kleine Untereinheit passt auf die große Untereinheit (die tatsächliche Form variiert, aber ungefähr ist die Form so ). Dies macht den Durchschnittswert von$r_0$des Ribosoms größer als die Summe des Durchschnittswerts von$r_0$von Untereinheiten dh$r_0 (small) + r_0 (large) < r_0 (ribosome)$. Dies macht die Gesamtsedimentationsrate etwas geringer als erwartet (denken Sie daran$s \propto \frac{1}{r_0}$). Ich hoffe, das macht das Konzept klarer.

Verweise:

• Sedimentationskoeffizient – ​​Wikipedia

• Unterschied zwischen 70S- und 80S-Ribosom