Περιεχόμενο
- TL · DR (Πολύ μακρύ;
- Μια περιγραφή των ριβοσωμάτων
- Η επικράτηση των ριβοσωμάτων
- Τα ριβοσώματα είναι πρωτεϊνικά εργοστάσια
- Ποιος ανακάλυψε τα ριβοσώματα;
- Η ανακάλυψη της δομής του ριβοσώματος
- Τι είναι ένα ριβοζύμη;
- Κατηγοριοποίηση των ριβοσωμάτων από τις τιμές Svedberg
- Η σπουδαιότητα της δομής του Ribosome
Τα ριβοσώματα είναι γνωστά ως κατασκευαστές πρωτεϊνών όλων των κυττάρων. Οι πρωτεΐνες ελέγχουν και χτίζουν τη ζωή.
Επομένως, τα ριβοσώματα είναι απαραίτητα για τη ζωή. Παρά την ανακάλυψή τους στη δεκαετία του 1950, χρειάστηκαν αρκετές δεκαετίες πριν οι επιστήμονες διασαφηνίσουν πραγματικά τη δομή των ριβοσωμάτων.
TL · DR (Πολύ μακρύ;
Τα ριβοσώματα, γνωστά ως πρωτεϊνικά εργοστάσια όλων των κυττάρων, ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά από τον George E. Palade. Ωστόσο, η δομή των ριβοσωμάτων προσδιορίστηκε δεκαετίες αργότερα από τους Ada E. Yonath, Thomas A. Steitz και Venkatraman Ramakrishnan.
Μια περιγραφή των ριβοσωμάτων
Τα ριζοσωμάτια παίρνουν το όνομά τους από το "ribo" του ριβονουκλεϊνικού οξέος (RNA) και του "soma", το οποίο είναι λατινικά ως "σώμα".
Οι επιστήμονες ορίζουν τα ριβοσώματα ως μια δομή που βρίσκεται στα κύτταρα, ένα από τα πολλά μικρότερα κυτταρικά υποσύνολα που ονομάζονται οργανίδια. Τα ριβοσώματα έχουν δύο υπομονάδες, ένα μεγάλο και ένα μικρό. Ο πυρήνας δημιουργεί αυτές τις υπομονάδες, οι οποίες κλειδώνονται μεταξύ τους. Ribosomal RNA και πρωτεΐνες (ριβοπρωτεϊνών) αποτελούν ένα ριβόσωμα.
Ορισμένα ριβοσώματα επιπλέουν στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου, ενώ άλλα συνδέονται με το ενδοπλασματικό δίκτυο (ER). Το ενδοπλασματικό δίκτυο με ριβοσώματα ονομάζεται τραχύ ενδοπλασματικό δίκτυο (RER). ο ομαλό ενδοπλασματικό δίκτυο (SER) δεν έχει συνδεδεμένα ριβοσώματα.
Η επικράτηση των ριβοσωμάτων
Ανάλογα με τον οργανισμό, ένα κύτταρο μπορεί να έχει αρκετές χιλιάδες ή ακόμα και εκατομμύρια ριβοσώματα. Τα ριβοσώματα υπάρχουν τόσο σε προκαρυωτικά όσο και σε ευκαρυωτικά κύτταρα. Μπορούν επίσης να βρεθούν σε βακτήρια, μιτοχόνδρια και χλωροπλάστες. Τα ριβοσώματα είναι πιο διαδεδομένα σε κύτταρα που απαιτούν σταθερή πρωτεϊνική σύνθεση, όπως κύτταρα του εγκεφάλου ή του παγκρέατος.
Μερικά ριβοσώματα μπορεί να είναι αρκετά μαζικά. Στα ευκαρυωτικά, μπορούν να έχουν 80 πρωτεΐνες και να κατασκευάζονται από αρκετά εκατομμύρια άτομα. Το τμήμα RNA τους καταλαμβάνει περισσότερο από τη μάζα από το πρωτεϊνικό τους μέρος.
Τα ριβοσώματα είναι πρωτεϊνικά εργοστάσια
Τα ριζοσωμάτια παίρνουν κωδικόνια, που είναι σειρές τριών νουκλεοτιδίων, από αγγελιαφόρο RNA (mRNA). Ένα κωδικόνιο χρησιμεύει ως πρότυπο από το DNA του κυττάρου για να δημιουργήσει μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη. Στη συνέχεια, τα ριβοσώματα μεταφράζουν τα κωδικόνια και τα ταιριάζουν με ένα αμινοξύ από το μεταφορά RNA (tRNA). Αυτό είναι γνωστό ως μετάφραση.
Το ριβόσωμα έχει τρεις θέσεις δέσμευσης tRNA: μία αμινοαξύλιο (θέση Α) για τη σύνδεση των αμινοξέων, α πεπτιδυλ site (τοποθεσία P) και ένα έξοδος site (τοποθεσία Ε).
Μετά από αυτή τη διαδικασία, το μεταφρασμένο αμινοξύ βασίζεται σε μια πρωτεϊνική αλυσίδα που ονομάζεται α πολυπεπτίδιο, μέχρις ότου τα ριβοσώματα ολοκληρώσουν το έργο τους για την παρασκευή πρωτεΐνης. Μόλις το πολυπεπτίδιο απελευθερωθεί στο κυτταρόπλασμα, συνεχίζει να γίνεται λειτουργική πρωτεΐνη. Αυτή η διαδικασία είναι ο λόγος για τον οποίο τα ριβοσώματα συχνά ορίζονται ως πρωτεϊνικά εργοστάσια. Τα τρία στάδια παραγωγής πρωτεΐνης ονομάζονται εκκίνηση, επιμήκυνση και μετάφραση.
Αυτά τα μηχανικά ριβοσώματα λειτουργούν γρήγορα, ενώ σε ορισμένες περιπτώσεις γειτνιάζουν με 200 αμινοξέα ανά λεπτό. οι προκαρυωτικοί μπορούν να προσθέσουν 20 αμινοξέα ανά δευτερόλεπτο. Οι σύνθετες πρωτεΐνες χρειάζονται λίγες ώρες για να συναρμολογηθούν. Τα ριβοσώματα παράγουν τα περισσότερα από τα περίπου 10 δισεκατομμύρια πρωτεΐνες στα κύτταρα των θηλαστικών.
Οι ολοκληρωμένες πρωτεΐνες μπορούν με τη σειρά τους να υποστούν περαιτέρω αλλαγές ή αναδίπλωση. αυτό ονομάζεται μετα-μεταφραστική τροποποίηση. Στα ευκαρυωτικά, το Συσκευές Golgi συμπληρώνει την πρωτεΐνη προτού απελευθερωθεί. Μόλις ολοκληρωθούν οι ριβοσωματικές εργασίες, οι υπομονάδες τους είτε ανακυκλώνονται είτε αποσυναρμολογούνται.
Ποιος ανακάλυψε τα ριβοσώματα;
Ο Γιώργος Ε. Παλάδης ανακάλυψε για πρώτη φορά ριβοσωμάτια το 1955. Η περιγραφή του ριβοσώματος του Palade τους απεικόνιζε ως κυτταροπλασματικά σωματίδια που συσχετίζονταν με τη μεμβράνη του ενδοπλασματικού δικτύου. Palade και άλλοι ερευνητές βρήκαν τη λειτουργία των ριβοσωμάτων, η οποία ήταν η σύνθεση πρωτεϊνών.
Ο Francis Crick θα συνέχιζε να διαμορφώνει το κεντρικό δόγμα της βιολογίας, η οποία συνοψίζει τη διαδικασία οικοδόμησης της ζωής ως "το DNA κάνει το RNA να κάνει πρωτεΐνη".
Ενώ το γενικό σχήμα προσδιορίστηκε χρησιμοποιώντας εικόνες ηλεκτρονικής μικροσκόπησης, θα χρειαστούν αρκετές ακόμη δεκαετίες για να προσδιοριστεί η πραγματική δομή των ριβοσωμάτων. Αυτό οφειλόταν σε μεγάλο βαθμό στο συγκριτικά τεράστιο μέγεθος των ριβοσωμάτων, τα οποία παρεμπόδισαν την ανάλυση της δομής τους σε κρυσταλλική μορφή.
Η ανακάλυψη της δομής του ριβοσώματος
Ενώ ο Palade ανακάλυψε το ριβόσωμα, άλλοι επιστήμονες καθόρισαν τη δομή του. Τρεις ξεχωριστοί επιστήμονες ανακάλυψαν τη δομή των ριβοσωμάτων: Ada E. Yonath, Venkatraman Ramakrishnan και Thomas A. Steitz. Αυτοί οι τρεις επιστήμονες ανταμείφθηκαν με το Βραβείο Νόμπελ Χημείας το 2009.
Η ανακάλυψη της τρισδιάστατης δομής του ριβοσώματος συνέβη το 2000. Ο Yonath, που γεννήθηκε το 1939, άνοιξε την πόρτα για αυτή την αποκάλυψη. Η αρχική της εργασία για το έργο ξεκίνησε τη δεκαετία του 1980. Χρησιμοποίησε μικρόβια από θερμές πηγές για να απομονώσει τα ριβοσώματα τους, λόγω της έντονης φύσης τους σε ένα σκληρό περιβάλλον. Ήταν σε θέση να κρυσταλλώσει τα ριβοσώματα ώστε να μπορούν να αναλυθούν μέσω κρυσταλλογραφίας ακτίνων Χ.
Αυτό δημιούργησε ένα μοτίβο κουκίδων σε έναν ανιχνευτή έτσι ώστε να μπορούν να ανιχνευθούν οι θέσεις των ριβοσωμικών ατόμων. Ο Yonath τελικά παρήγαγε κρυστάλλους υψηλής ποιότητας χρησιμοποιώντας cryo-crystallography, που σημαίνει ότι οι ριβοσωματικοί κρύσταλλοι ήταν παγωμένοι για να τους βοηθήσουν να μην καταστραφούν.
Οι επιστήμονες προσπάθησαν στη συνέχεια να διασαφηνίσουν τη "γωνία φάσης" για τα σχέδια κουκκίδων. Καθώς βελτιώθηκε η τεχνολογία, οι βελτιώσεις στη διαδικασία οδήγησαν σε λεπτομέρειες στο επίπεδο ενός ατόμου. Ο Steitz, γεννημένος το 1940, ήταν σε θέση να ανακαλύψει ποια στάδια αντίδρασης αφορούσαν τα άτομα, στις συνδέσεις των αμινοξέων. Βρήκε τις πληροφορίες φάσης για τη μεγαλύτερη μονάδα του ριβοσώματος το 1998.
Ο Ramakrishan, που γεννήθηκε το 1952, με τη σειρά του εργάστηκε για να λύσει τη φάση της περίθλασης ακτίνων Χ για έναν καλό μοριακό χάρτη. Βρήκε τις πληροφορίες φάσης για τη μικρότερη υπομονάδα του ριβοσώματος.
Σήμερα, περαιτέρω προόδους στην πλήρη κρυσταλλογραφία ριβοσώματος έχουν οδηγήσει σε καλύτερη ανάλυση των σύνθετων δομών ριβοσώματος. Το 2010, οι επιστήμονες κρυστάλλωσαν με επιτυχία τα ευκαρυωτικά 80S ριβοσώματα του Saccharomyces cerevisiae και ήταν σε θέση να χαρτογραφήσει τη δομή ακτίνων Χ ("80S" είναι ένας τύπος κατηγοριοποίησης που ονομάζεται τιμή Svedberg, περισσότερο σε αυτό σύντομα). Αυτό με τη σειρά του οδήγησε σε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη σύνθεση και τη ρύθμιση πρωτεϊνών.
Τα ριβοσώματα μικρότερων οργανισμών έχουν μέχρι τώρα αποδειχθεί ότι είναι τα πιο εύκολα να εργαστούν για να προσδιοριστεί η δομή των ριβοσωμάτων. Αυτό συμβαίνει επειδή τα ίδια τα ριβοσώματα είναι μικρότερα και λιγότερο περίπλοκα. Απαιτούνται περισσότερες έρευνες για να προσδιοριστούν οι δομές των ριβοσωμάτων των ανώτερων οργανισμών, όπως αυτές των ανθρώπων. Οι επιστήμονες ελπίζουν επίσης να μάθουν περισσότερα για τη ριβοσωμική δομή των παθογόνων παραγόντων, για να βοηθήσουν στην καταπολέμηση των ασθενειών.
Τι είναι ένα ριβοζύμη;
Ο όρος ριβοζύμη αναφέρεται στην μεγαλύτερη από τις δύο υπομονάδες ενός ριβοσώματος. Ένα ριβόζυμο λειτουργεί ως ένζυμο, επομένως το όνομά του. Χρησιμεύει ως καταλύτης στη συναρμολόγηση πρωτεϊνών.
Κατηγοριοποίηση των ριβοσωμάτων από τις τιμές Svedberg
Οι τιμές Svedberg (S) περιγράφουν το ρυθμό καθίζησης σε μια φυγόκεντρο. Οι επιστήμονες περιγράφουν συχνά ριβοσωμικές μονάδες χρησιμοποιώντας τις τιμές του Svedberg. Για παράδειγμα, τα προκαρυωτικά διαθέτουν ριβοσώματα 70S που αποτελούνται από μία μονάδα με 50S και μία με 30S.
Αυτά δεν συσσωρεύονται επειδή ο ρυθμός καθίζησης έχει περισσότερα να κάνει με το μέγεθος και το σχήμα από το μοριακό βάρος. Τα ευκαρυωτικά κύτταρα, από την άλλη πλευρά, περιέχουν 80S ριβοσώματα.
Η σπουδαιότητα της δομής του Ribosome
Τα ριβοσώματα είναι απαραίτητα για όλη τη ζωή, γιατί κάνουν τις πρωτεΐνες που εξασφαλίζουν τη ζωή και τα δομικά τους στοιχεία. Μερικές βασικές πρωτεΐνες για την ανθρώπινη ζωή περιλαμβάνουν αιμοσφαιρίνη σε ερυθρά αιμοσφαίρια, ινσουλίνη και αντισώματα, μεταξύ πολλών άλλων.
Μόλις οι ερευνητές αποκάλυψαν τη δομή των ριβοσωμάτων, άνοιξαν νέες δυνατότητες εξερεύνησης. Μία τέτοια οδός εξερεύνησης είναι για νέα αντιβιοτικά φάρμακα. Για παράδειγμα, τα νέα φάρμακα μπορεί να σταματήσουν τη νόσο με τη στόχευση ορισμένων δομικών συστατικών των ριβοσωμάτων των βακτηριδίων.
Χάρη στη δομή των ριβοσωμάτων που ανακαλύφθηκαν από τους Yonath, Steitz και Ramakrishnan, οι ερευνητές γνωρίζουν τώρα ακριβείς θέσεις ανάμεσα στα αμινοξέα και τις θέσεις όπου οι πρωτεΐνες αφήνουν ριβοσώματα. Ο μηδενισμός της θέσης όπου τα αντιβιοτικά συνδέονται με τα ριβοσώματα ανοίγει πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια στη δράση των ναρκωτικών.
Αυτό είναι κρίσιμο σε μια εποχή που τα παλαιότερα αντιβιοτικά έχουν συναντήσει ανθεκτικά στα αντιβιοτικά στελέχη βακτηρίων. Η ανακάλυψη της δομής του ριβοσώματος είναι επομένως μεγάλης σημασίας για την ιατρική.