Съдържание
- TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
- Описание на Рибозомите
- Разпространението на рибозомите
- Рибозомите са протеинови фабрики
- Кой откри рибозомите?
- Откриването на рибозомната структура
- Какво е рибозим?
- Категоризиране на рибозоми по ценности на Сведберг
- Значението на структурата на Рибосома
Рибозомите са известни като производители на протеини на всички клетки. Протеините контролират и изграждат живота.
Следователно рибозомите са от съществено значение за живота. Въпреки откритието им през 50-те години минаха десетилетия, преди учените да изяснят истински структурата на рибозомите.
TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
Рибозомите, известни като протеиновите фабрики на всички клетки, бяха открити за първи път от Джордж Е. Паладе. Структурата на рибозомите обаче е определена десетилетия по-късно от Ада Е. Йонат, Томас А. Щайц и Венкатраман Рамакришнан.
Описание на Рибозомите
Рибозомите получават името си от „рибо“ на рибонуклеинова киселина (РНК) и „сома“, което на латиница е „тяло“.
Учените определят рибозомите като структура, намираща се в клетките, една от няколко по-малки клетъчни подмножества органели, Рибозомите имат две субединици, една голяма и една малка. Нуклеолът прави тези субединици, които се заключват. Рибосомна РНК и протеини (riboproteins) съставят рибозома.
Някои рибозоми плават сред цитоплазмата на клетката, докато други се прикрепят към ендоплазмения ретикулум (ER). Нарича се ендоплазмен ретикулум, обрасъл с рибозоми груб ендоплазмен ретикулум (RER); на гладък ендоплазмен ретикулум (SER) няма прикачени рибозоми.
Разпространението на рибозомите
В зависимост от организма, една клетка може да има няколко хиляди или дори милиони рибозоми. Рибозомите съществуват както в прокариотни, така и в еукариотни клетки. Те могат да бъдат открити и в бактерии, митохондрии и хлоропласти. Рибозомите са по-разпространени в клетките, които изискват постоянен синтез на протеини, като клетки на мозъка или панкреаса.
Някои рибозоми могат да бъдат доста масивни. В еукариотите те могат да имат 80 протеина и да бъдат изградени от няколко милиона атома. Тяхната РНК част заема повече от масата, отколкото тяхната протеинова част.
Рибозомите са протеинови фабрики
Рибозомите вземат кодони, които са серия от три нуклеотида, от messenger RNA (mRNA). Кодон служи като шаблон от ДНК на клетката, за да направи определен протеин. След това рибозомите превеждат кодоните и ги съвпадат с аминокиселина от трансферна РНК (ТРНК). Това е известно като превод.
Рибозомата има три места за свързване на тРНК: an аминоацил сайт за свързване (Сайт) за свързване на аминокиселини, a пептидилен сайт (P сайт) и an изход сайт (E сайт).
След този процес преведената аминокиселина се изгражда върху протеинова верига, наречена a полипептид, докато рибозомите не завършат работата си по производството на протеин. След като полипептидът се освободи в цитоплазмата, той се превръща в функционален протеин. Този процес е причина рибозомите често да се определят като протеинови фабрики. Трите етапа на производството на протеин се наричат иницииране, удължаване и транслация.
Тези машинообразни рибозоми работят бързо, като в някои случаи се присъединяват 200 аминокиселини в минута; прокариотите могат да добавят 20 аминокиселини в секунда. Сложните протеини отнемат няколко часа, за да се съберат. Рибозомите правят повечето от приблизително 10 милиарда протеини в клетките на бозайниците.
Завършените протеини от своя страна могат да претърпят допълнителни промени или сгъване; това се казва след транслационна модификация, В еукариотите апарат на Голджи завършва протеина преди да се освободи. След като рибозомите завършат работата си, техните субедини или се рециклират, или се демонтират.
Кой откри рибозомите?
Джордж Е. Паладе за първи път открива рибозоми през 1955 г. Описанието на рибозомата на Палад ги представя като цитоплазмени частици, които се свързват с мембраната на ендоплазмения ретикулум. Palade и други изследователи откриха функцията на рибозомите, която беше синтез на протеин.
Франсис Крик ще продължи да оформя централна догма на биологията, която обобщи процеса на изграждане на живота като „ДНК прави РНК прави протеин.“
Докато общата форма се определя с помощта на изображения с електронна микроскопия, ще са необходими още няколко десетилетия, за да се определи действителната структура на рибозомите. Това се дължи в голяма степен на сравнително огромния размер на рибозомите, който инхибира анализа на структурата им в кристална форма.
Откриването на рибозомната структура
Докато Паладе открива рибозомата, други учени определят нейната структура. Три отделни учени откриха структурата на рибозомите: Ада Е. Йонат, Венкатраман Рамакришнан и Томас А. Щайц. Тези трима учени бяха наградени с Нобелова награда за химия през 2009 г.
Откриването на триизмерната рибозомна структура стана през 2000 г. Йонат, роден през 1939 г., отвори вратата за това разкритие. Първоначалната й работа по този проект започва през 80-те години. Тя използва микроби от горещи извори, за да изолира рибозомите си, поради здравата им природа в сурова среда. Тя успя да кристализира рибозомите, така че те да бъдат анализирани чрез рентгенова кристалография.
Това генерира модел на точки върху детектор, така че да могат да бъдат открити позициите на рибозомни атоми. В крайна сметка Йонат произвежда висококачествени кристали, използвайки криокристалография, което означава, че рибозомалните кристали са замразени, за да не се разрушат.
След това учените се опитаха да изяснят „фазовия ъгъл“ за моделите на точки. С подобряването на технологиите усъвършенстването на процедурата доведе до подробности на едноатомно ниво. Роденият през 1940 г. Щайц успя да открие кои реакционни стъпки включват кои атоми при връзките на аминокиселини. Той откри фазовата информация за по-голямата единица на рибозомата през 1998 г.
Рамакришан, роден през 1952 г., от своя страна работи за решаването на фазата на рентгенова дифракция за добра молекулна карта. Той намери фазовата информация за по-малката субединица на рибозомата.
Днес по-нататъшният напредък в пълната кристалография на рибозомата доведе до по-добро разрешаване на сложните структури на рибозомите. През 2010 г. учените успешно кристализират еукариотичните 80S рибозоми на Saccharomyces cerevisiae и успяха да картографират неговата рентгенова структура („80S“ е вид категоризация, наречена стойност на Svedberg; повече за това наскоро). Това от своя страна доведе до повече информация за синтеза и регулирането на протеините.
Досега рибозомите на по-малки организми се оказват най-лесните за работа за определяне на структурата на рибозомите. Това е така, защото самите рибозоми са по-малки и не толкова сложни. Необходими са повече изследвания, за да се определи структурата на рибозомите на висшите организми, като тези при хората. Учените се надяват също да научат повече за рибозомната структура на патогените, за да помогнат в борбата с болестите.
Какво е рибозим?
Терминът рибозим се отнася до по-голямата от двете субединици на рибозома. Рибозимът функционира като ензим, оттук и името му. Той служи като катализатор при сглобяването на протеини.
Категоризиране на рибозоми по ценности на Сведберг
Стойностите на Svedberg (S) описват скоростта на утаяване в центрофуга. Учените често описват рибозомни единици, използвайки стойностите на Сведберг. Например, прокариотите притежават 70S рибозоми, които са съставени от една единица с 50S и една от 30S.
Те не се сумират, тъй като скоростта на утаяване има повече общо с размера и формата, отколкото с молекулното тегло. Еукариотичните клетки, от друга страна, съдържат 80S рибозоми.
Значението на структурата на Рибосома
Рибозомите са от съществено значение за целия живот, тъй като те правят протеините, които осигуряват живота и неговите градивни елементи. Някои основни протеини за човешкия живот включват хемоглобин в червените кръвни клетки, инсулин и антитела, наред с много други.
След като изследователите разкриха структурата на рибозомите, тя отвори нови възможности за изследване. Един такъв път на изследване е за новите антибиотични лекарства. Например, новите лекарства могат да спрат болестта, като се насочат към определени структурни компоненти на рибозомите на бактериите.
Благодарение на структурата на рибозомите, открити от Йонат, Щаиц и Рамакришнан, изследователите вече знаят точните места между аминокиселините и местата, където протеините напускат рибозомите. Нулирането на мястото, където антибиотиците се прикрепят към рибозомите, отваря много по-голяма точност при действие на лекарството.
Това е от решаващо значение в епоха, в която предишните устойчиви антибиотици са се срещали с устойчиви на антибиотици щамове на бактерии. Откриването на рибозомната структура е от голямо значение за медицината.