Σημασία των ελεύθερων ριβοσωμάτων

Μία από τις πιο σημαντικές λειτουργίες των ζωντανών κυττάρων είναι η παραγωγή των πρωτεϊνών που είναι απαραίτητες για την επιβίωση ενός οργανισμού. Οι πρωτεΐνες δίνουν σχήμα και δομή σε έναν οργανισμό και, ως ένζυμα, ρυθμίζουν τη βιολογική δραστηριότητα. Για την παραγωγή πρωτεϊνών, ένα κύτταρο πρέπει να διαβάσει και να ερμηνεύσει τις γενετικές πληροφορίες που είναι αποθηκευμένες στο δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ ή στο DNA του. Οι θέσεις σύνθεσης κυτταρικής πρωτεΐνης είναι τα ριβοσώματα, τα οποία μπορεί να είναι ελεύθερα ή δεσμευμένα. Η σημασία του ελεύθερου ριβοσώματος είναι ότι η σύνθεση πρωτεϊνών ξεκινά εκεί.

Το DNA είναι μια μακρά μοριακή αλυσίδα αποτελούμενη από εναλλασσόμενες ομάδες σακχάρου και φωσφορικών. Μία από τις τέσσερις πιθανές νουκλεοτιδικές βάσεις που περιέχουν άζωτο - A, C, T και G - κρέμεται από κάθε ζάχαρη. Η αλληλουχία των βάσεων κατά μήκος του κλώνου DNA καθορίζει την αλληλουχία αμινοξέων που σχηματίζουν πρωτεΐνες. Το ριβονουκλεϊκό οξύ, ή RNA, μεταδίδει ένα συμπληρωματικό αντίγραφο ενός τμήματος ενός μορίου DNA - ενός γονιδίου - σε ριβοσώματα, τα οποία είναι μικροσκοπικοί κόκκοι αποτελούμενοι από RNA και πρωτεΐνες. Το RNA μοιάζει με DNA εκτός του ότι οι ομάδες σακχάρου του περιέχουν ένα επιπλέον άτομο οξυγόνου και αντικαθιστά τη βάση νουκλεοτιδίων U με τη βάση Τ του DNA. Τα ριβοσώματα δημιουργούν πρωτεΐνες σύμφωνα με τις πληροφορίες που είναι αποθηκευμένες στο αγγελιοφόρο RNA ή στο mRNA.

Οι κανόνες για την μεταγραφή του DNA σε RNA καθορίζουν την αντιστοιχία μεταξύ βάσεων στο γονίδιο και βάσεων στο mRNA. Για παράδειγμα, μια βάση Α σε ένα γονίδιο καθορίζει μια βάση U στον κλώνο mRNA. Ομοίως, οι βάσεις T, C και G ενός γονιδίου καθορίζουν τις βάσεις A, G και C, αντίστοιχα, στο mRNA. Οι γενετικές πληροφορίες που περιέχονται στο mRNA λαμβάνουν τη μορφή τριπλών βάσεων νουκλεοτιδίων που ονομάζονται κωδικόνια. Για παράδειγμα, το τριάδα DNA ΤΑΑ δημιουργεί το τριπλό RNA UTT. Οι κλώνοι DNA και RNA συνεπώς περιέχουν συμπληρωματικές, αλλά μοναδικές, πληροφορίες που κωδικοποιούνται στην αλληλουχία νουκλεοτιδικών βάσεων. Σχεδόν κάθε τρίδυμο κωδικοποιεί ένα συγκεκριμένο αμινοξύ, αν και μερικά τρίδυμα καθορίζουν το τέλος ενός γονιδίου. Αρκετά διαφορετικά τρίδυμα μπορούν να κωδικοποιήσουν το ίδιο αμινοξύ.

Το κύτταρο παράγει ριβοσώματα απευθείας από ριβοσωματικό RNA ή rRNA, που κωδικοποιείται από συγκεκριμένα γονίδια DNA. Το rRNA συνδυάζεται με πρωτεΐνες για να σχηματίσει μεγάλες και μικρές υπομονάδες. Οι δύο υπομονάδες ενώνονται μόνο κατά τη σύνθεση πρωτεϊνών. Σε ένα προκαρυωτικό κύτταρο - δηλαδή, ένα κύτταρο χωρίς οργανωμένο πυρήνα - οι ριβοσωμικές υπομονάδες επιπλέουν ελεύθερα εντός του κυτταρικού υγρού ή κυτοσόλης. Στα ευκαρυωτικά, τα ένζυμα στον πυρήνα ενός κυττάρου δημιουργούν υπομονάδες ριβοσώματος. Στη συνέχεια, ο πυρήνας εξάγει τις υπομονάδες στο κυτοσόλιο. Μερικά από τα ριβοσώματα μπορεί προσωρινά να συνδέονται με ένα οργανικό κύτταρο που ονομάζεται ενδοπλασματικό δίκτυο, ή ER, όταν δημιουργούν πρωτεΐνες, ενώ άλλα ριβοσώματα παραμένουν ελεύθερα καθώς συνθέτουν πρωτεΐνες.

Η μικρότερη υπομονάδα ενός ελεύθερου ριβοσώματος αρπάζει ένα σκέλος mRNA για να ξεκινήσει η σύνθεση πρωτεϊνών. Στη συνέχεια, η μεγαλύτερη υπομονάδα συνδέεται και αρχίζει να μεταφράζει κάθε κωδικόνιο mRNA. Αυτό συνεπάγεται την έκθεση και τοποθέτηση κάθε κωδικονίου mRNA έτσι ώστε τα ένζυμα να μπορούν να αναγνωρίσουν και να συνδέσουν το αμινοξύ που αντιστοιχεί στο τρέχον κωδικόνιο. Ένα μόριο RNA μεταφοράς, ή tRNA, με ένα συμπληρωματικό αντι-κωδικόνιο κλειδώνει στη μεγαλύτερη υπομονάδα, το οριζόμενο αμινοξύ του σε ρυμούλκηση. Στη συνέχεια, τα ένζυμα μεταφέρουν το αμινοξύ στην αναπτυσσόμενη πρωτεΐνη αλυσίδα, αποβάλλουν το χρησιμοποιημένο tRNA για επαναχρησιμοποίηση και εκθέτουν το επόμενο κωδικόνιο mRNA. Όταν τελειώσει, το ριβόσωμα απελευθερώνει τη νέα πρωτεΐνη και οι δύο υπομονάδες διαχωρίζονται.