من اكتشف هيكل الريبوسوم؟

تُعرف الريبوسومات بأنها صناع البروتين لجميع الخلايا. تتحكم البروتينات وتبني الحياة.

لذلك، الريبوسومات ضرورية للحياة. على الرغم من اكتشافها في الخمسينيات من القرن الماضي ، فقد استغرق الأمر عدة عقود قبل أن يوضح العلماء حقًا بنية الريبوسومات.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)

تم اكتشاف الريبوسومات ، المعروفة باسم مصانع البروتين لجميع الخلايا ، لأول مرة بواسطة جورج إي. باليد. ومع ذلك ، تم تحديد بنية الريبوسومات بعد عقود من قبل Ada E. يوناث ، توماس أ. Steitz و Venkatraman Ramakrishnan.

تحصل الريبوسومات على اسمها من "ريبو" للحمض النووي الريبي (RNA) و "سوما" ، وهي كلمة لاتينية تعني "الجسم".

يعرّف العلماء الريبوسومات على أنها بنية موجودة في الخلايا ، وهي واحدة من عدة مجموعات فرعية خلوية أصغر تسمى العضيات. تحتوي الريبوسومات على وحدتين فرعيتين ، واحدة كبيرة وواحدة صغيرة. تصنع النواة هذه الوحدات الفرعية ، التي تتماسك معًا. RNA الريبوسوم والبروتينات (البروتينات الريبية) تشكل الريبوسوم.

بعض الريبوسومات تطفو بين السيتوبلازم من الخلية ، بينما يرتبط الآخرون بـ الشبكة الإندوبلازمية (ER). تسمى الشبكة الإندوبلازمية المرصعة بالريبوسومات

اعتمادًا على الكائن الحي ، يمكن أن تحتوي الخلية على عدة آلاف أو حتى ملايين الريبوسومات. توجد الريبوسومات في كل من الخلايا بدائية النواة وخلايا حقيقية النواة. يمكن العثور عليها أيضًا في البكتيريا والميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء. تنتشر الريبوسومات بشكل أكبر في الخلايا التي تتطلب تخليقًا ثابتًا للبروتين ، مثل خلايا الدماغ أو البنكرياس.

يمكن أن تكون بعض الريبوسومات ضخمة جدًا. في حقيقيات النوى ، يمكن أن تحتوي على 80 بروتينًا وتتكون من عدة ملايين من الذرات. يأخذ جزء RNA الخاص بهم من الكتلة أكثر من جزء البروتين الخاص بهم.

تأخذ الريبوسومات الكودونات، وهي سلسلة من ثلاثة نيوكليوتيدات ، من الرنا المرسال (mRNA). يعمل الكودون كقالب من الحمض النووي للخلية لصنع بروتين معين. تقوم الريبوسومات بعد ذلك بترجمة الكودونات ومطابقتها مع حمض أميني من نقل الحمض النووي الريبي (الحمض الريبي النووي النقال). هذا هو المعروف باسم ترجمة.

يحتوي الريبوسوم على ثلاثة مواقع ربط الحمض الريبي النووي النقال: أ أمينوسيل موقع الربط (موقع) لربط الأحماض الأمينية ، أ ببتيدل موقع (موقع P) و خروج الموقع (الموقع الإلكتروني).

بعد هذه العملية ، يبني الحمض الأميني المترجم على سلسلة بروتينية تسمى أ بولي ببتيد، حتى تكمل الريبوسومات عملها في صنع البروتين. بمجرد إطلاق عديد الببتيد في السيتوبلازم ، يصبح بروتينًا وظيفيًا. هذه العملية هي السبب وراء تعريف الريبوسومات غالبًا على أنها مصانع بروتين. تسمى المراحل الثلاث لإنتاج البروتين بالبدء والاستطالة والترجمة.

تعمل هذه الريبوسومات الشبيهة بالآلات بسرعة ، حيث تجاور 200 حمض أميني في الدقيقة في بعض الحالات ؛ يمكن أن تضيف بدائيات النوى 20 من الأحماض الأمينية في الثانية. يستغرق تجميع البروتينات المعقدة بضع ساعات. تصنع الريبوسومات معظم ما يقرب من 10 مليارات بروتين في خلايا الثدييات.

قد تخضع البروتينات المكتملة بدورها لمزيد من التغييرات أو الطي ؛ هذا يسمي تعديل آخر ترجمة. في حقيقيات النوى ، فإن جهاز جولجي يكمل البروتين قبل إطلاقه. بمجرد انتهاء الريبوسومات من عملها ، يتم إعادة تدوير وحداتها الفرعية أو تفكيكها.

جورج إي. اكتشف Palade الريبوسومات لأول مرة في عام 1955. وصفها وصف باليد الريبوسوم بأنها جسيمات حشوية مرتبطة بغشاء الشبكة الإندوبلازمية. وجد باليد وباحثون آخرون وظيفة الريبوسومات ، وهي تخليق البروتين.

كان فرانسيس كريك يواصل تشكيل العقيدة المركزية لعلم الأحياء، والتي لخصت عملية بناء الحياة بأن "DNA يجعل الحمض النووي الريبي يصنع البروتين".

بينما تم تحديد الشكل العام باستخدام صور المجهر الإلكتروني ، فقد يستغرق الأمر عدة عقود أخرى لتحديد الهيكل الفعلي للريبوسومات. كان هذا يرجع في جزء كبير منه إلى الحجم الهائل نسبيًا للريبوزومات ، مما أعاق تحليل بنيتها في شكل بلوري.

بينما اكتشف Palade الريبوسوم ، حدد علماء آخرون هيكله. اكتشف ثلاثة علماء منفصلين بنية الريبوسومات: Ada E. يوناث ، فينكاترامان راماكريشنان وتوماس أ. ستيتز. حصل هؤلاء العلماء الثلاثة على جائزة نوبل في الكيمياء عام 2009.

حدث اكتشاف هيكل الريبوسوم ثلاثي الأبعاد في عام 2000. يوناث ، المولود عام 1939 ، فتح الباب لهذا الوحي. بدأ عملها الأولي في هذا المشروع في الثمانينيات. استخدمت ميكروبات من الينابيع الساخنة لعزل ريبوسوماتها ، بسبب طبيعتها القوية في بيئة قاسية. كانت قادرة على بلورة الريبوسومات بحيث يمكن تحليلها عن طريق التصوير البلوري بالأشعة السينية.

أدى هذا إلى إنشاء نمط من النقاط على الكاشف بحيث يمكن اكتشاف مواضع ذرات الريبوسوم. أنتج يوناث في النهاية بلورات عالية الجودة باستخدام علم البلورات بالتبريد ، مما يعني تجميد بلورات الريبوسوم للمساعدة في منعها من الانهيار.

حاول العلماء بعد ذلك توضيح "زاوية الطور" لأنماط النقاط. مع تحسن التكنولوجيا ، أدت التحسينات التي أدخلت على الإجراء إلى التفاصيل على مستوى الذرة الواحدة. كان Steitz ، المولود في عام 1940 ، قادرًا على اكتشاف خطوات التفاعل التي تتضمن أي ذرات ، عند وصلات أحماض أمينية. وجد معلومات المرحلة للوحدة الأكبر للريبوسوم في عام 1998.

راماكريشان ، المولود عام 1952 ، عمل بدوره على حل مرحلة حيود الأشعة السينية للحصول على خريطة جزيئية جيدة. وجد معلومات المرحلة للوحدة الفرعية الأصغر للريبوسوم.

اليوم ، أدت التطورات الإضافية في علم البلورات الريبوسوم الكامل إلى تحسين دقة الهياكل المعقدة للريبوسوم. في عام 2010 ، نجح العلماء في بلورة ريبوسومات 80S حقيقية النواة خميرة الخميرة وتمكنوا من رسم خريطة لهيكل الأشعة السينية ("80S" هو نوع من التصنيف يسمى قيمة Svedberg ؛ المزيد عن هذا قريبًا). وقد أدى هذا بدوره إلى مزيد من المعلومات حول تخليق البروتين وتنظيمه.

أثبتت ريبوسومات الكائنات الحية الأصغر حتى الآن أنها أسهل طريقة للعمل معها لتحديد بنية الريبوسوم. وذلك لأن الريبوسومات نفسها أصغر حجمًا وأقل تعقيدًا. هناك حاجة إلى مزيد من البحث للمساعدة في تحديد هياكل ريبوسومات الكائنات الحية العليا ، مثل تلك الموجودة في البشر. يأمل العلماء أيضًا في معرفة المزيد عن التركيب الريبوزومي لمسببات الأمراض ، للمساعدة في مكافحة المرض.

على المدى الريبوزيم يشير إلى أكبر وحدتين فرعيتين من الريبوسوم. يعمل الريبوزيم كإنزيم ، ومن هنا جاء اسمه. إنه بمثابة محفز في تجميع البروتين.

تصف قيم Svedberg (S) معدل الترسيب في جهاز الطرد المركزي. غالبًا ما يصف العلماء الوحدات الريبوسومية باستخدام قيم Svedberg. على سبيل المثال ، تمتلك بدائيات النوى 70S ريبوسومات تتكون من وحدة واحدة مع 50S وواحدة من 30S.

هذه لا تتراكم لأن معدل الترسيب له علاقة بالحجم والشكل أكثر من ارتباطه بالوزن الجزيئي. الخلايا حقيقية النواة، من ناحية أخرى ، تحتوي على 80S ريبوسومات.

الريبوسومات ضرورية لجميع أشكال الحياة ، لأنها تصنع البروتينات التي تضمن الحياة ولبنات بنائها. بعض البروتينات الأساسية لحياة الإنسان تشمل الهيموجلوبين في خلايا الدم الحمراء والأنسولين و الأجسام المضادة، من بين عدة آخرين.

بمجرد أن كشف الباحثون عن بنية الريبوسومات ، فتحت إمكانيات جديدة للاستكشاف. أحد طرق الاستكشاف هذه هو الأدوية الجديدة للمضادات الحيوية. على سبيل المثال ، قد توقف الأدوية الجديدة المرض عن طريق استهداف مكونات هيكلية معينة لريبوزومات البكتيريا.

بفضل بنية الريبوسومات التي اكتشفها يوناث وستيتز وراماكريشنان ، يعرف الباحثون الآن المواقع الدقيقة بين الأحماض الأمينية والمواقع التي تترك فيها البروتينات الريبوسومات. إن التصفير في المكان الذي تلتصق فيه المضادات الحيوية بالريبوزومات يفتح دقة أعلى بكثير في عمل الدواء.

هذا أمر بالغ الأهمية في عصر كانت فيه المضادات الحيوية القوية سابقًا قد اجتمعت مع سلالات من البكتيريا المقاومة للمضادات الحيوية. لذلك فإن اكتشاف بنية الريبوسوم له أهمية كبيرة في الطب.