Почему субъединицы рибосомы 60S и 40S образуют рибосому 80S (а не 100S)?

Это не простое математическое сложение!

Например, если бы эти единицы были массовыми , вы могли бы (и должны) добавить их: 60-граммовая деталь Lego в сочетании с 40-граммовой деталью Lego, конечно же, образует комбинацию, содержащую 100 граммов.

Однако эти числа являются единицами Сведберга , то есть...

неметрическая единица скорости осадконакопления [...] Коэффициент Сведберга - нелинейная функция. Масса, плотность и форма частицы определяют ее значение S. (выделено мной)

Забавно, но большинство моих студентов думали, что S означает « осаждение» . Тем не менее, это дань уважения Теодору Сведбергу , лауреату Нобелевской премии по химии в 1926 году.

Таким образом, в упрощенном объяснении прокариотическая рибосома имеет две субъединицы. Большая субъединица осаждается через 50 с, малая субъединица - через 30 с, но обе вместе (то есть вся рибосома) осаждаются через 70 с, а не 80 с.

Точно так же эукариотическая рибосома имеет большую субъединицу, которая осаждается через 60 секунд, и маленькую, которая осаждается через 40 секунд, но вся структура осаждается через 80 секунд, а не через 100 секунд.

Кроме того, рРНК, составляющие субъединицы, также имеют собственную скорость оседания (в единицах Сведберга):

Для подробного объяснения всей математики, которая вам нужна, другие ответы здесь и здесь прекрасно объясняют это.

Когда сложная смесь частиц подвергается ультрацентрифугированию, они разделяются в зависимости от их формы и массы из-за силы, приложенной центрифугой, и противодействующей силы трения растворителя. Подробнее об этой процедуре можно прочитать здесь . S означает Svedberg , что является измерением скорости седиментации частицы. Это дается формулой$s=\frac{v}{a}$куда$s$– коэффициент седиментации и$v$скорость, с которой движется частица при ускорении,$a$, применены.

Один сведберг определяется как ровно ^10-13  с. По сути, коэффициент седиментации служит для нормализации скорости седиментации частицы по приложенному к ней ускорению. Полученное значение уже не зависит от ускорения, а зависит только от свойств частицы и среды, в которой она находится. Приводимые в литературе коэффициенты седиментации обычно относятся к седиментации в воде при 20°С.

Частица 1S, например, будет двигаться со скоростью ^10-13 м/с при приложении ускорения в 1 g (без учета диффузии).

Важно понимать, что скорость осаждения частицы зависит не только от ее массы, но и от ее формы (среди прочего), поскольку площадь ее поперечного сечения определяет эффективную силу трения, с которой она сталкивается.

Когда это было сделано с экстрактами E. coli , пики наблюдались при 32S, 51S, 70S и 100S, в зависимости от концентрации Mg ²⁺ . Исследователи пришли к выводу, что пики 32S и 51S были компонентами пика 70S, а пик 100S был димером двух частиц 70S. Они также определили, что масса частицы 50S примерно вдвое превышает массу частицы 30S, что в сумме составляет массу частицы 70S.

Два других ответа дают хорошие детали, поэтому я хочу дать здесь немного более математический ответ.

Во-первых, S, о котором вы говорите, — это единицы Сведберга (коэффициент седиментации, названный в честь шведского химика Теодора Сведберга), используемые для характеристики поведения частицы в процессе седиментации, особенно при центрифугировании. Один свиберг соответствует ровно ^10-13 секундам (подробнее см. в других ответах).

Теперь давайте начнем с уравнений. Коэффициент седиментации записывается в виде уравнения:

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

куда$v_t$- конечная скорость. Конечная скорость частицы в данной среде постоянна, поскольку сила гравитации (или центрифугирования) компенсируется силой вязкости среды. В таком случае конечная скорость рассчитывается как отношение центробежной силы к вязкому сопротивлению (из закона Стокса), и ее уравнение принимает вид:

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

Кроме того, центробежное ускорение:

$a = r\omega^2$

Помещение значения$v_t$а также$a$в первом уравнении:

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

Как видите, хотя коэффициент седиментации и есть отношение конечной скорости к центробежному ускорению, он не зависит ни от того, ни от другого! Теперь все остальные вещи постоянны, и масса будет увеличиваться линейно. Так почему же значение$s$снижаться? Это связано с нелинейным сложением$r_0$(радиус). См. диаграмму ниже:

Теперь ясно видно, что субъединицы не просто смешиваются друг с другом (как две капли масла, соединяющиеся в одну большую каплю), а маленькая субъединица накладывается на большую субъединицу (реальная форма меняется, но примерно такая ). Отсюда получается среднее значение$r_0$рибосом больше, чем сумма средних значений$r_0$субъединиц, т.е.$r_0 (small) + r_0 (large) < r_0 (ribosome)$. Это делает общую скорость осаждения немного меньше, чем ожидалось (помните, что$s \propto \frac{1}{r_0}$). Я надеюсь, что это делает концепцию более ясной.

Использованная литература:

• Коэффициент седиментации — Википедия

• Разница между 70S и 80S рибосомами