ما هي العملية التي تنفذها الريبوسومات؟

الريبوسومات هي هياكل داخل الخلايا لها وظيفة حاسمة واحدة: صنع البروتينات.

تتكون الريبوسومات نفسها من حوالي ثلث البروتين بالكتلة. ويتكون الثلثان الآخران من شكل متخصص من الحمض النووي الريبي (RNA) يسمى RNA الريبوسوم، أو الرنا الريباسي. (قريبًا ، ستلتقي بالعضوين الرئيسيين الآخرين في عائلة RNA ، mRNA و tRNA.)

الريبوسومات هي واحدة من أربعة كيانات متميزة توجد في جميع الخلايا ، مهما كانت الخلايا بسيطة. الثلاثة الآخرون هم الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) ، أ غشاء الخلية و السيتوبلازم.

في أبسط الكائنات تسمى بدائيات النوى، الريبوسومات تطفو بحرية في السيتوبلازم ؛ في أكثر تعقيدا حقيقيات النواة، توجد في السيتوبلازم ولكن أيضًا في عدد قليل من الأماكن الأخرى.

كما لوحظ، بدائيات النوى - الكائنات الحية وحيدة الخلية التي تشكل مجالات البكتيريا والعتائق - تمتلك الهياكل الأربعة المشتركة للجميع الخلايا.

هؤلاء هم:

• الحمض النووي: هذا الحمض النووي يحمل كل من المعلومات الجينية عن الكائن الأصلي ، الذي ينتقل إلى الأجيال اللاحقة. يستخدم "الكود" أيضًا في صنع البروتينات من خلال عمليات النسخ والترجمة المتسلسلة.
• غشاء الخلية: هذا الغشاء البلازمي المزدوج ، الذي يتكون من طبقة ثنائية الفوسفوليبيد ، هو غشاء قابل للنفاذ بشكل انتقائي ، مما يسمح لبعض الجزيئات بالمرور دون عوائق بينما تمنع دخول الآخرين. يوفر الشكل والحماية لجميع الخلايا.
• السيتوبلازم: يسمى أيضًا السيتوسول ، السيتوبلازم عبارة عن مصفوفة هلامية من الماء والبروتينات التي تعمل كمواد داخلية للخلية. هناك عدد من التفاعلات الهامة تحدث هنا ، وهذا هو المكان الذي توجد فيه معظم الريبوسومات.
• الريبوسومات: توجد في السيتوبلازم لجميع الكائنات الحية وفي أماكن أخرى في حقيقيات النوى ، هذه هي "مصانع" البروتين في الخلايا ، وتتكون من وحدتين فرعيتين. أنها تحتوي على المواقع حيث ترجمة يحدث.

حقيقيات النواة تحتوي على خلايا أكثر تعقيدًا العضيات، والتي يحيط بها نفس النوع من غشاء البلازما المزدوج الذي يحيط بالخلية ككل (غشاء الخلية). بعض هذه العضيات ، وأبرزها الشبكة الأندوبلازمية، تستضيف عددًا كبيرًا من الريبوسومات. البلاستيدات الخضراء من النباتات لديهم ، كما يفعل الميتوكوندريا لجميع حقيقيات النوى.

تشبه الشبكة الإندوبلازمية (ER) "طريقًا سريعًا" بين نواة الخلية والسيتوبلازم ، وحتى غشاء الخلية نفسه. إنه ينقل منتجات البروتين حوله ، وهذا هو السبب في أنه من المفيد للريبوزومات ، التي تصنع تلك البروتينات ، أن تكون متجاورة مع ER.

عندما يتم رؤية الريبوسومات مرتبطة بـ ER ، يتم استدعاء النتيجة ER الخام (RER). يسمى ER الذي لم يمسه الريبوسومات سلس ER (SER).

ترجمة هي الخطوة الأخيرة في عملية تنفيذ الخلية للتعليمات الجينية. يبدأ ، بمعنى ما ، بصنع الحمض النووي رسول RNA (مرنا) في عملية تسمى النسخ. الرنا المرسال هو نوع من "صورة معكوسة" للحمض النووي الذي تم نسخه منه ، لكنه يحتوي على نفس المعلومات. ثم يعلق mRNA نفسه بالريبوسومات.

يتم ربط mRNA على الريبوسوم بواسطة جزيئات معينة من نقل الحمض النووي الريبي (الحمض الريبي النووي النقال) الذي يرتبط بواحد واحد فقط من الأحماض الأمينية العشرين الموجودة في الطبيعة. الذي حمض أميني يتم جلب المخلفات إلى الموقع - أي الحمض الريبي النووي النقال يصل - يتم تحديده من خلال تسلسل قاعدة النيوكليوتيدات على حبلا مرنا.

يحتوي mRNA على أربعة قواعد (A و C و G و U) ، والمعلومات الخاصة بحمض أميني معين موجودة في ثلاث قواعد متتالية ، تسمى ثلاثي الكودون (أو في بعض الأحيان فقط كودون) ، مثل ACG و CCU وما إلى ذلك. هذا يعني أن هناك 4³، أو 64 ، أكواد مختلفة. هذا أكثر من كافٍ لترميز 20 من الأحماض الأمينية ، ولهذا السبب يتم ترميز بعض الأحماض الأمينية بأكثر من كودون واحد (التكرار).

الأحماض الأمينية هي اللبنات الأساسية للبروتينات. حيث تتكون البروتينات من بوليمرات الأحماض الأمينية وتسمى أيضًا بولي ببتيدات، الأحماض الأمينية هي مونومرات هذه السلاسل.

(يعتبر التمييز بين عديد ببتيد وبروتين عشوائيًا إلى حد كبير).

تشتمل الأحماض الأمينية على ذرة كربون مركزية مرتبطة بأربعة مكونات متميزة: ذرة الهيدروجين (H) ، ومجموعة أمينية (NH₂) ، وهي مجموعة حمض الكربوكسيل (COOH) وسلسلة الجانب R التي تعطي كل حمض أميني صيغته الفريدة وخصائصه الكيميائية المميزة. بعض السلاسل الجانبية لها انجذاب للماء وجزيئات قطبية كهربائية أخرى ، بينما تتصرف السلاسل الجانبية للأحماض الأمينية الأخرى بطريقة معاكسة.

يتضمن تخليق البروتينات ، وهو ببساطة إضافة الأحماض الأمينية من طرف إلى طرف ، ربط المجموعة الأمينية لحمض أميني واحد بمجموعة الكربوكسيل التالية. وهذا ما يسمى ب ارتباط الببتيد، ويؤدي إلى فقدان جزيء الماء.

يمكن القول أن الريبوسومات تتكون من بروتين نووي، كما هو موضح أعلاه ، يتم تجميعها من مزيج غير متكافئ من الرنا الريباسي والبروتينات. تتكون من وحدتين فرعيتين يتم تصنيفهما من حيث سلوك الترسيب: كبير ، 50S الوحدة الفرعية وصغير 30S الوحدة الفرعية. ("S" هنا تعني وحدات Svedberg.)

تحتوي الوحدة الفرعية الكبيرة على 34 بروتينًا مختلفًا ، إلى جانب نوعين من الرنا الريباسي ، نوع 23S ونوع 5S. تحتوي الوحدة الفرعية الصغيرة على 21 بروتينًا مختلفًا ونوعًا من الرنا الريباسي الذي يسجل الدخول في 16 ثانية. بروتين واحد فقط مشترك في كلتا الوحدتين.

مكونات الوحدات الفرعية هي نفسها مصنوعة في النواة داخل نوى بدائيات النوى. ثم يتم نقلها من خلال ثقب في الغلاف النووي إلى السيتوبلازم.

لا توجد الريبوسومات في شكلها المُجمَّع بالكامل حتى يُطلب منهم القيام بوظائفهم. أي أن الوحدات الفرعية تقضي كل "وقت فراغها" بمفردها. لذلك عندما تكون الترجمة جارية في جزء معين من خلية معينة ، تبدأ وحدات الريبوسوم الفرعية في المنطقة المجاورة في التعرف عليها مرة أخرى.

يتعلق الكثير من وظيفة الوحدة الفرعية الأكبر بـ الحفز، أو تسريع التفاعلات الكيميائية. هذا هو عادة من اختصاص بروتينات تسمى الانزيمات، ولكن الجزيئات الحيوية الأخرى تعمل أحيانًا كمحفزات أيضًا ، وأجزاء من الوحدة الفرعية الريبوسومية الكبيرة هي مثال. هذا يجعل المكون الوظيفي أ الريبوزيم.

على النقيض من ذلك ، يبدو أن الوحدة الفرعية الصغيرة لديها وظيفة وحدة فك ترميز أكثر ، حيث تحصل على الترجمة بعد البداية مراحل من خلال قفل الوحدة الفرعية الكبيرة اليمنى في المكان الصحيح في الوقت المناسب ، وحمل ما يحتاجه الزوج إلى مشهد.

للترجمة ثلاث مراحل رئيسية: البدء والاستطالة و نهاية. لتلخيص كل جزء من أجزاء النسخ هذه باختصار:

المبادرة: في هذه الخطوة ، يرتبط mRNA الوارد بنقطة على الوحدة الفرعية الصغيرة للريبوسوم. يؤدي كودون مرنا محدد إلى بدء بدء بواسطة الحمض الريبي النووي النقال- ميثيونين. ينضم إلى هناك بتركيبة معينة من الحمض الريبي النووي الريبي والأحماض الأمينية التي يحددها تسلسل مرنا القواعد النيتروجينية. يتصل هذا المجمع بالوحدة الفرعية الريبوسومية الكبيرة.

استطالة: في هذه الخطوة ، يتم تجميع البولي ببتيدات. عندما يضيف كل مركب حمض أميني-tRNA وارد حمضه الأميني إلى موقع الربط ، يتم نقل هذا إلى بقعة قريبة على الريبوسوم ، موقع ربط ثانٍ يحمل سلسلة الأحماض الأمينية المتنامية (أي بولي ببتيد). وهكذا يتم "تسليم" الأحماض الأمينية الواردة من نقطة إلى أخرى على الريبوسوم.

نهاية: عندما يكون mRNA في نهاية رسالته ، فإنه يشير إلى ذلك بتسلسل أساسي معين يشير إلى "توقف". يؤدي هذا إلى تراكم "عوامل الإطلاق" التي تمنع ارتباط المزيد من الأحماض الأمينية بـ بولي ببتيد. اكتمل الآن تخليق البروتين في هذا الموقع الريبوزومي.