חשיבותם של ריבוזומים חופשיים

אחד התפקידים החשובים ביותר של תאים חיים הוא לייצר את החלבונים הדרושים להישרדותו של האורגניזם. חלבונים נותנים צורה ומבנה לאורגניזם וכאנזימים מווסתים את הפעילות הביולוגית. כדי לייצר חלבונים, תא צריך לקרוא ולפרש את המידע הגנטי המאוחסן בחומצה הדאוקסיריב-גרעינית שלו, או ב- DNA. האתרים של סינתזת חלבונים תאיים הם הריבוזומים, שיכולים להיות חופשיים או קשורים. החשיבות של הריבוזום החופשי היא שסינתזת החלבון מתחילה שם.

DNA הוא שרשרת מולקולרית ארוכה המורכבת מקבוצות סוכר ופוספט מתחלפות. אחד מארבעה בסיסי נוקלאוטיד המכילים חנקן - A, C, T ו- G - תלוי על כל סוכר. רצף הבסיסים לאורך גדיל ה- DNA קובע את רצף חומצות האמינו היוצרות חלבונים. חומצה ריבונוקלאית, או RNA, מעבירה עותק משלים של חלק ממולקולת DNA - גן - לריבוזומים, שהם גרגירים זעירים המורכבים מ- RNA וחלבון. RNA דומה ל- DNA אלא שקבוצות הסוכר שלו מכילות אטום חמצן נוסף והוא מחליף את בסיס הנוקלאוטידים U לבסיס ה- T של ה- DNA. הריבוזומים יוצרים חלבונים על פי המידע המאוחסן ב- RNA המסנג'ר, או ה- mRNA.

הכללים לתמלול DNA ל- RNA מציינים התאמה בין בסיסים על הגן לבסיסים על ה- mRNA. לדוגמא, בסיס A בגן מציין בסיס U בגדיל ה- mRNA. באופן דומה, בסיסי T, C ו- G של גן מציינים את בסיסי A, G ו- C, בהתאמה, ב- mRNA. המידע הגנטי הכלול ב- mRNA לובש צורה של שלישיות של בסיסי נוקלאוטיד הנקראים קודונים. לדוגמא, שלישיית ה- DNA TAA יוצרת את שלישיית ה- RNA UTT. גדילי ה- DNA וה- RNA מכילים אפוא מידע משלים, אך ייחודי, המקודד ברצף בסיסי הנוקליאוטידים. כמעט כל שלישיות מקודדות חומצת אמינו ספציפית, אם כי כמה שלישיות מציינות את קצה הגן. מספר שלישיות שונות יכולות לקודד את אותה חומצת אמינו.

התא מייצר ריבוזומים ישירות מ- RNA ריבוזומלי, או rRNA, המקודדים על ידי גנים ספציפיים של ה- DNA. ה- rRNA משלב חלבונים ליצירת יחידות משנה גדולות וקטנות. שתי יחידות המשנה מצטרפות רק במהלך סינתזת החלבון. בתא פרוקריוטי - כלומר תא ללא גרעין מסודר - יחידות המשנה הריבוזום צפות בחופשיות בתוך נוזל התא, או ציטוזול. באיקריוטים, אנזימים בגרעין התא בונים יחידות תת ריבוזום. הגרעין מייצא את יחידות המשנה לציטוזול. חלק מהריבוזומים עשויים להיקשר באופן זמני לאברון תאים הנקרא הרטיקולום האנדופלזמי, או ER, בעת בניית חלבונים, ואילו ריבוזומים אחרים נשארים חופשיים כשהם מסנתזים חלבונים.

יחידת המשנה הקטנה יותר של ריבוזום חופשי אוחזת בחוט mRNA כדי להתחיל בסינתזת חלבונים. יחידת המשנה הגדולה יותר מתחברת ומתחילה לתרגם כל קודון mRNA. זה כרוך בחשיפה ובמיקום של כל קודני mRNA כך שאנזימים יוכלו לזהות ולצרף את חומצת האמינו המתאימה לקודון הנוכחי. מולקולה של RNA העברה, או tRNA, עם אנטי-קודון משלים ננעלת אל יחידת המשנה הגדולה יותר, וחומצת האמינו המיועדת לה נגררת. אז אנזימים מעבירים את חומצת האמינו לשרשרת החלבונים הגדלה, מגרשים את ה- tRNA המושקע לשימוש חוזר וחושפים את קודון ה- mRNA הבא. בסיום הריבוזום משחרר את החלבון החדש ושתי יחידות היחידות מתנתקות.