Indhold
- TL; DR (for lang; læste ikke)
- En beskrivelse af ribosomer
- Prævalensen af ribosomer
- Ribosomer er proteinfabrikker
- Hvem opdagede ribosomer?
- Opdagelsen af ribosomstruktur
- Hvad er et ribozym?
- Kategorisering af ribosomer efter Svedberg-værdier
- Betydningen af ribosomens struktur
Ribosomer er kendt som proteinproducenter af alle celler. Proteiner kontrollerer og bygger liv.
Derfor er ribosomer essentielle for livet. På trods af deres opdagelse i 1950'erne tog det flere årtier, før forskerne virkelig belyste ribosomernes struktur.
TL; DR (for lang; læste ikke)
Ribosomer, kendt som proteinfabrikkerne i alle celler, blev først opdaget af George E. Palade. Strukturen af ribosomer blev imidlertid bestemt årtier senere af Ada E. Yonath, Thomas A. Steitz og Venkatraman Ramakrishnan.
En beskrivelse af ribosomer
Ribosomer får deres navn fra "ribo" af ribonukleinsyre (RNA) og "soma", som er latin for "krop."
Forskere definerer ribosomer som en struktur, der findes i celler, en af flere mindre cellulære undergrupper kaldet organeller. Ribosomer har to underenheder, en stor og en lille. Kernen gør disse underenheder, der låser sig sammen. Ribosomalt RNA og proteiner (riboproteins) udgør et ribosom.
Nogle ribosomer flyder blandt cytoplasmaet i cellen, mens andre binder sig til det endoplasmatiske retikulum (ER). Det endoplasmatiske retikulum besat med ribosomer kaldes groft endoplasmatisk retikulum (RER); det glat endoplasmatisk retikulum (SER) har ingen ribosomer knyttet.
Prævalensen af ribosomer
Afhængigt af organismen kan en celle have flere tusinde eller endda millioner af ribosomer. Ribosomer findes i både prokaryote og eukaryote celler. De kan også findes i bakterier, mitokondrier og chloroplaster. Ribosomer er mere udbredt i celler, der kræver konstant proteinsyntese, såsom hjerne- eller bugspytkirtelceller.
Nogle ribosomer kan være ganske massive. I eukaryoter kan de have 80 proteiner og være lavet af flere millioner atomer. Deres RNA-del optager mere af massen end deres proteindel.
Ribosomer er proteinfabrikker
Ribosomer tager codon, som er serier med tre nukleotider fra messenger RNA (mRNA). Et kodon fungerer som en skabelon fra cellens DNA til at fremstille et bestemt protein. Ribosomer oversætter derefter kodonerne og matcher dem med en aminosyre fra overfør RNA (TRNA). Dette er kendt som oversættelse.
Ribosomet har tre tRNA-bindingssteder: an aminoacyl bindingssted (Et sted) til binding af aminosyrer, a peptidyl site (P site) og en Afslut site (E site).
Efter denne proces bygger den oversatte aminosyre på en proteinkæde kaldet a polypeptid, indtil ribosomerne afslutter deres arbejde med at fremstille et protein. Når polypeptidet er frigivet i cytoplasmaet, bliver det et funktionelt protein. Denne proces er grunden til, at ribosomer ofte defineres som proteinfabrikker. De tre trin i proteinproduktion kaldes initiering, forlængelse og translation.
Disse maskinlignende ribosomer fungerer hurtigt og støder i nogle tilfælde sammen 200 aminosyrer pr. Minut; prokaryoter kan tilføje 20 aminosyrer pr. sekund. Det tager et par timer at samle komplekse proteiner. Ribosomer fremstiller det meste af de ca. 10 milliarder proteiner i cellerne hos pattedyr.
Færdiggjorte proteiner kan igen gennemgå yderligere ændringer eller foldning; dette kaldes post-translationel modifikation. I eukaryoter er Golgi-apparat afslutter proteinet, før det frigives. Når ribosomer er færdige med deres arbejde, bliver deres underenheder enten genanvendt eller demonteret.
Hvem opdagede ribosomer?
George E. Palade opdagede først ribosomer i 1955. Palades ribosombeskrivelse portrætterede dem som cytoplasmatiske partikler, der var forbundet med membranen i det endoplasmatiske retikulum. Palade og andre forskere fandt funktionen af ribosomer, som var proteinsyntese.
Francis Crick ville fortsætte med at danne biologisk centrale dogme, som opsummerede processen med at opbygge liv som "DNA gør RNA producerer protein."
Mens den generelle form blev bestemt ved anvendelse af elektronmikroskopibilleder, tog det flere årtier at bestemme den faktiske struktur af ribosomer. Dette skyldtes i vid udstrækning den forholdsvis enorme størrelse af ribosomer, som hæmmede analysen af deres struktur i krystalform.
Opdagelsen af ribosomstruktur
Mens Palade opdagede ribosomet, bestemte andre forskere dens struktur. Tre separate videnskabsmænd opdagede strukturen af ribosomer: Ada E. Yonath, Venkatraman Ramakrishnan og Thomas A. Steitz. Disse tre forskere blev belønnet med Nobelprisen i kemi i 2009.
Opdagelsen af tredimensionel ribosomstruktur fandt sted i 2000. Yonath, født i 1939, åbnede døren for denne åbenbaring. Hendes oprindelige arbejde med dette projekt begyndte i 1980'erne. Hun brugte mikrober fra varme kilder til at isolere deres ribosomer på grund af deres robuste natur i et hårdt miljø. Hun var i stand til at krystallisere ribosomer, så de kunne analyseres via røntgenkrystallografi.
Dette frembragte et mønster med prikker på en detektor, så positionerne af ribosomale atomer kunne detekteres. Yonath producerede til sidst høje kvalitetskrystaller ved hjælp af kryokrystallografi, hvilket betyder, at ribosomalkrystallerne blev frosset for at hjælpe dem med at nedbryde.
Videnskabsmænd forsøgte derefter at belyse “fasevinklen” for mønstre af prikker. Efterhånden som teknologien blev forbedret, førte forbedringer til proceduren til detaljer på enkeltatomniveau. Steitz, født i 1940, var i stand til at opdage, hvilke reaktionstrin der involverede hvilke atomer, ved forbindelserne mellem aminosyrer. Han fandt faseinformationen til ribosomets større enhed i 1998.
Ramakrishan, født i 1952, arbejdede igen for at løse fasen med røntgenstrålediffraktion for et godt molekylært kort. Han fandt faseinformationen for ribosomets mindre underenhed.
I dag har yderligere fremskridt inden for fuld ribosomkrystallografi ført til bedre opløsning af ribosomkompleksstrukturer. I 2010 krystaliserede videnskabsmænd de eukaryote 80S ribosomer med succes Saccharomyces cerevisiae og kunne kortlægge dens røntgenstruktur ("80S" er en type kategorisering kaldet en Svedberg-værdi; mere om dette kort). Dette førte igen til mere information om proteinsyntese og regulering.
Ribosomer fra mindre organismer har hidtil vist sig at være de nemmeste at arbejde med for at bestemme ribosomstruktur. Dette skyldes, at selve ribosomerne er mindre og mindre komplekse. Mere forskning er nødvendig for at hjælpe med at bestemme strukturer af højere organismer 'ribosomer, såsom dem i mennesker. Videnskabsmænd håber også at lære mere om patogeners ribosomale struktur for at hjælpe i kampen mod sygdom.
Hvad er et ribozym?
Begrebet ribozym henviser til den største af de to underenheder af et ribosom. Et ribozym fungerer som et enzym og dermed navnet. Det tjener som en katalysator i proteinsamling.
Kategorisering af ribosomer efter Svedberg-værdier
Svedberg (S) -værdier beskriver sedimentationshastigheden i en centrifuge. Forskere beskriver ofte ribosomale enheder ved hjælp af Svedberg-værdier. For eksempel har prokaryoter 70S ribosomer, der består af en enhed med 50S og en af 30S.
Disse tilføjer ikke, fordi sedimentationshastigheden har mere at gøre med størrelse og form end molekylvægt. På den anden side indeholder eukaryotiske celler 80S ribosomer.
Betydningen af ribosomens struktur
Ribosomer er vigtige for alt liv, for de fremstiller de proteiner, der sikrer liv og dets byggesten. Nogle vigtige proteiner til menneskeliv inkluderer hæmoglobin i røde blodlegemer, insulin og antistoffer, blandt mange andre.
Når forskere afslørede strukturen af ribosomer, åbnede det nye muligheder for efterforskning. En sådan mulighed for efterforskning er for nye antibiotiske lægemidler. For eksempel kan nye lægemidler stoppe sygdommen ved at målrette bestemte strukturelle komponenter i bakteriernes ribosomer.
Takket være strukturen af ribosomer opdaget af Yonath, Steitz og Ramakrishnan kender forskere nu præcise placeringer mellem aminosyrer og de steder, hvor proteiner forlader ribosomer. Nulstilling på det sted, hvor antibiotika binder sig til ribosomer, åbner meget højere præcision i lægemiddelvirkning.
Dette er afgørende i en æra, hvor tidligere antidumpede antibiotika er mødt med antibiotikaresistente bakteriestammer. Opdagelsen af ribosomstruktur er derfor af stor betydning for medicinen.