מי גילה את המבנה של ריבוזום?

הריבוזומים ידועים כיצרני החלבונים של כל התאים. חלבונים שולטים ובונים חיים.

לָכֵן, ריבוזומים חיוניים לחיים. למרות גילוים בשנות החמישים, לקח כמה עשורים עד שהמדענים הבהירו באמת את מבנה הריבוזומים.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

ריבוזומים, הידועים כמפעלי החלבונים של כל התאים, התגלו לראשונה על ידי ג'ורג 'אי. ארמון. עם זאת, מבנה הריבוזומים נקבע כעבור עשרות שנים על ידי עדה ע '. יונת, תומאס א. שטייץ וונקטרמן ראמאקרישנן.

הריבוזומים מקבלים את שמם מ"ריבו "של חומצה ריבונוקלאית (RNA) ו"סומה", שהוא לטיני עבור "גוף".

מדענים מגדירים ריבוזומים כמבנה שנמצא בתאים, אחד מכמה קבוצות משנה סלולריות קטנות יותר הנקראות אברונים. לריבוזומים יש שתי יחידות משנה, אחת גדולה ואחת קטנה. הגרעין מייצר יחידות משנה אלה הננעלות זו בזו. RNA ריבוזומלי וחלבונים (ריבופרוטאינים) מרכיבים ריבוזום.

חלק מהריבוזומים צפים בין ציטופלזמה של התא, בעוד שאחרים מתחברים ל רשתית אנדופלזמית (ER). נקרא הרטיקולום האנדופלזמי המשובץ בריבוזומים רשתית אנדופלזמית גסה (RER); ה רשתית אנדופלזמית חלקה (SER) אין ריבוזומים מחוברים.

בהתאם לאורגניזם, בתא יכולים להיות כמה אלפי ואף מיליוני ריבוזומים. ריבוזומים קיימים בתאים פרוקריוטיים וגם בתאים אוקריוטיים. הם יכולים להימצא גם בחיידקים, במיטוכונדריה ובכלורופלסטים. ריבוזומים שכיחים יותר בתאים הדורשים סינתזת חלבונים מתמדת, כמו תאי מוח או לבלב.

יש ריבוזומים שיכולים להיות מסיביים למדי. באיקריוטים, הם יכולים להכיל 80 חלבונים ולהיות עשויים מכמה מיליוני אטומים. חלק ה- RNA שלהם תופס יותר מהמסה מאשר חלק החלבון שלהם.

ריבוזומים לוקחים קודונים, שהם סדרה של שלושה נוקלאוטידים, מ- RNA שליח (mRNA). קודון משמש כתבנית מה- DNA של התא לייצור חלבון מסוים. לאחר מכן ריבוזומים מתרגמים את הקודונים ומתאימים אותם לחומצת אמינו מ העברת RNA (tRNA). זה ידוע בשם תִרגוּם.

לריבוזום שלושה אתרי קשירת tRNA: an אמינוציל אתר קשירה (אתר) להצמדת חומצות אמינו, א פפטידיל אתר (אתר P) ו- יְצִיאָה אתר (אתר E).

לאחר תהליך זה, חומצת האמינו המתורגמת בונה על שרשרת חלבונים הנקראת a פוליפפטיד, עד שהריבוזומים מסיימים את מלאכתם לייצור חלבון. ברגע שהפוליפפטיד משוחרר לציטופלזמה, הוא ממשיך להיות חלבון פונקציונלי. תהליך זה הוא מדוע ריבוזומים מוגדרים לעיתים קרובות כמפעלי חלבונים. שלושת שלבי ייצור החלבון נקראים התחלה, התארכות ותרגום.

הריבוזומים המכונתיים האלה עובדים במהירות, ובמקרים מסוימים הם צמודים ל 200 חומצות אמינו לדקה; פרוקריוטים יכולים להוסיף 20 חומצות אמינו לשנייה. להרכבת חלבונים מורכבים לוקח כמה שעות. הריבוזומים מייצרים את מרבית 10 מיליארד החלבונים בתאי היונקים.

חלבונים שהושלמו עשויים לעבור בתורם שינויים או קיפולים נוספים; זה נקרא שינוי לאחר תרגום. באיקריוטים, ה מערכת גולג'י משלים את החלבון לפני שהוא משתחרר. לאחר שהריבוזומים מסיימים את עבודתם, יחידות המשנה שלהם ממוחזרות או מפורקות.

ג'ורג 'א. פאלדה גילתה לראשונה ריבוזומים בשנת 1955. תיאור הריבוזום של Palade הציג אותם כחלקיקים ציטופלזמיים שקשורים לקרום הרטיקולום האנדופלזמי. פאלדה וחוקרים אחרים מצאו את הפונקציה של הריבוזומים, שהייתה סינתזת חלבונים.

פרנסיס קריק המשיך להקים את דוגמה מרכזית של ביולוגיה, שסיכם את תהליך בניית החיים כ- "DNA גורם ל- RNA לייצר חלבון".

בעוד שהצורה הכללית נקבעה באמצעות תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים, ייקח כמה עשורים נוספים כדי לקבוע את המבנה האמיתי של הריבוזומים. זה נבע במידה רבה מהגודל העצום יחסית של הריבוזומים, שעכב את ניתוח מבנהם בצורה גבישית.

בעוד שפאלדה גילתה את הריבוזום, מדענים אחרים קבעו את מבנהו. שלושה מדענים נפרדים גילו את מבנה הריבוזומים: עדה ע. יונת, וונקטרמן ראמאקרישנן ותומאס א. שטייץ. שלושת המדענים הללו זכו בפרס נובל לכימיה בשנת 2009.

גילוי מבנה הריבוזום התלת מימדי התרחש בשנת 2000. יונת, ילידת 1939, פתחה את הדלת לגילוי זה. עבודתה הראשונית בפרויקט זה החלה בשנות השמונים. היא השתמשה בחיידקים ממעיינות חמים כדי לבודד את הריבוזומים שלהם, בשל אופיים החזק בסביבה קשה. היא הצליחה להתגבש ריבוזומים כדי שניתן יהיה לנתח אותם באמצעות גבישי רנטגן.

זה יצר דפוס של נקודות על גלאי כך שניתן יהיה לזהות את מיקומם של אטומים ריבוזומליים. בסופו של דבר יינתה יונת גבישים איכותיים תוך שימוש בקריו-קריסטלוגרפיה, כלומר הקריסטלים הריבוזומליים הוקפאו כדי למנוע את פירוקם.

מדענים ניסו אז להבהיר את "זווית הפאזה" לדפוסי הנקודות. ככל שהטכנולוגיה השתפרה, החידודים בהליך הובילו לפרטים ברמת האטום היחיד. שטייץ, יליד 1940, הצליח לגלות באילו צעדים התגובה מעורבים אילו אטומים, בקשרים של חומצות אמינו. הוא מצא את מידע השלב ליחידה הגדולה יותר של הריבוזום בשנת 1998.

רמאקרישאן, יליד 1952, פעל בתורו לפתור את שלב עקיפת הרנטגן למפה מולקולרית טובה. הוא מצא את מידע השלב עבור יחידת המשנה הקטנה יותר של הריבוזום.

כיום, התקדמות נוספת בקריסטלוגרפיה מלאה של הריבוזום הובילה לרזולוציה טובה יותר של מבנים מורכבים של הריבוזום. בשנת 2010, התגבשו מדענים בהצלחה את הריבוזומים ה 80S האוקריוטים של Saccharomyces cerevisiae והצליחו למפות את מבנה הרנטגן שלו ("80S" הוא סוג של סיווג שנקרא ערך סוודברג; עוד על כך בקרוב). זה בתורו הוביל למידע נוסף על סינתזת ויסות חלבונים.

ריבוזומים של אורגניזמים קטנים יותר הוכיחו עד כה את העבודה הקלה ביותר לקביעת מבנה הריבוזום. הסיבה לכך היא שהריבוזומים עצמם קטנים יותר ופחות מורכבים. יש צורך במחקר נוסף בכדי לסייע בקביעת המבנים של הריבוזומים של אורגניזמים גבוהים יותר, כמו אלה שבבני אדם. מדענים גם מקווים ללמוד עוד על המבנה הריבוזומלי של פתוגנים, כדי לסייע במאבק נגד מחלות.

התנאי ריבוזים מתייחס לגדולה משתי יחידות היחידות של הריבוזום. ריבוזים מתפקד כאנזים ומכאן שמו. הוא משמש כזרז בהרכבת חלבונים.

ערכי Svedberg (S) מתארים את קצב השקיעה בצנטריפוגה. מדענים מתארים לעתים קרובות יחידות ריבוזומליות המשתמשות בערכי סוודברג. לדוגמה, פרוקריוטים מחזיקים בריבוזומים של 70S המורכבים מיחידה אחת עם 50S ואחת מ- 30S.

אלה אינם מסתכמים מכיוון שקצב השקיעה קשור לגודל ולצורה יותר ממשקל מולקולרי. תאים איקריוטיים, לעומת זאת, מכילים ריבוזומים 80S.

הריבוזומים חיוניים לכל החיים, מכיוון שהם מייצרים את החלבונים המבטיחים חיים ואבני הבניין שלהם. כמה חלבונים חיוניים לחיי אדם כוללים המוגלובין בתאי דם אדומים, אינסולין ו נוגדנים, יחד עם רבים אחרים.

לאחר שחוקרים חשפו את מבנה הריבוזומים, הוא פתח אפשרויות חדשות לחקר. דרך חקירה כזו היא לתרופות אנטיביוטיות חדשות. לדוגמה, תרופות חדשות עשויות לעצור את המחלה על ידי מיקוד למרכיבים מבניים מסוימים של הריבוזומים של החיידקים.

בזכות מבנה הריבוזומים שגילו יונת, שטייץ ורמקרישנן, החוקרים יודעים כיום מיקומים מדויקים בין חומצות אמינו למיקומים בהם חלבונים עוזבים את הריבוזומים. איפוס המיקום בו האנטיביוטיקה מתחברת לריבוזומים פותח דיוק גבוה בהרבה בפעולת התרופות.

זה קריטי בעידן שבו אנטיביוטיקה חסונה לשעבר נפגשה עם זנים עמידים לאנטיביוטיקה של חיידקים. לכן לגילוי מבנה הריבוזום יש חשיבות רבה לרפואה.