מה התפקיד שמשחק הריבוזום בתרגום?

ריבוזומים הם מבני חלבון מגוונים ביותר הנמצאים בכל התאים. באורגניזמים פרוקריוטיים, הכוללים את בַּקטֶרִיָה ו ארכאה תחומים, ריבוזומים "צפים" חופשיים בציטופלזמה של התאים. בתוך ה אוקריוטה תחום, הריבוזומים נמצאים גם הם חופשיים בציטופלזמה, אך רבים אחרים קשורים לחלק מהאברונים של תאים אוקריוטיים אלה, המרכיבים את עולמות החי, הצומח והפטרייה.

ייתכן שתראה מקורות מסוימים המתייחסים לריבוזומים כאל אברונים, בעוד שאחרים טוענים כי היעדרם של קרום מסביב וקיומם בפרוקריוטים פוסל אותם מסטטוס זה. דיון זה מניח כי הריבוזומים נבדלים למעשה מאברונים.

תפקיד הריבוזומים הוא ייצור חלבונים. הם עושים זאת בתהליך המכונה תִרגוּם, הכוללת לקיחת הוראות המקודדות בחומצה ריבונוקלאית מסנג'ר (mRNA) ושימוש בהן להרכבת חלבונים מ חומצות אמינו.

תאים פרוקריוטים הם התאים הפשוטים ביותר, ותא בודד כמעט מהווה את כל האורגניזם הוא סוג זה של יצורים חיים, המשתרע על תחומי הסיווג הטקסונומיים ארכאה ו בַּקטֶרִיָה. כאמור, לכל התאים יש ריבוזומים. תאים פרוקריוטיים מכילים גם שלושה אלמנטים אחרים המשותפים לכל התאים: DNA (חומצה דאוקסיריבונוקלאית), קרום תאים וציטופלזמה.

קרא עוד על ההגדרה, המבנה והתפקוד של פרוקריוטים.

מכיוון שלפרוקריוטים יש צרכים מטבוליים נמוכים יותר מאשר לאורגניזמים מורכבים יותר, יש להם צפיפות נמוכה יחסית של ריבוזומים בתוכם, מכיוון שהם לא צריכים להשתתף בתרגום של כמה שיותר חלבונים שונים תאים עושים.

תאים איקריוטיים, נמצא בצמחים, בעלי חיים ופטריות המרכיבים את התחום אוקריוטה, הם הרבה יותר מורכבים מעמיתיהם הפרוקריוטים. בנוסף לארבעת מרכיבי התאים החיוניים המפורטים לעיל, לתאים אלה יש גרעין ומספר מבנים אחרים הקשורים לקרום הנקראים אברונים. לאחד האברונים הללו, הרטיקולום האנדופלזמי, יש קשר אינטימי עם הריבוזומים, כפי שתראו.

על מנת שהתרגום יתרחש, צריך להיות גדיל של mRNA לתרגום. mRNA, בתורו, יכול להיות נוכח רק אם התעתיק התרחש.

תַעֲתוּק הוא התהליך בו רצף בסיס הנוקליאוטידים של ה- DNA של האורגניזם מקודד את הגנים שלו, או אורכי DNA המתאימים לתוצר חלבון ספציפי, במולקולה הקשורה ל- RNA. לנוקלאוטידים ב- DNA יש את הקיצורים A, C, G ו- T, בעוד ש- RNA כולל את השלושה הראשונים של אלה, אך תחליפים U ל- T.

כאשר גדיל כפול ה- DNA מתפרק לשני גדילים, תעתיק יכול להתרחש לאורך אחד מהם. זה עושה זאת בצורה צפויה, שכן A ב- DNA מועתק ל- U ב- mRNA, C ל- G, G ל- C ו- T ל- A. ה- mRNA משאיר לאחר מכן את ה- DNA (ובאיקריוטים, הגרעין; בפרוקריוטים, ה- DNA יושב בציטופלזמה בכרומוזום יחיד, קטן בצורת טבעת) ועובר דרך הציטופלזמה עד שנתקל בריבוזום, שם מתחיל התרגום.

מטרת הריבוזומים היא לשמש אתרי תרגום. לפני שהם יכולים לעזור בתיאום משימה זו, הם צריכים להרכיב אותם, מכיוון שהריבוזומים קיימים רק בצורתם התפקודית כאשר הם פועלים באופן פעיל כיצרני חלבונים. בנסיבות מנוחה, הריבוזומים מתפרקים לא זוג יחידות משנה, אחת גדולה ואחת קטנה.

בכמה תאי יונקים יש עד 10 מיליון ריבוזומים מובחנים. באיקריוטים, חלק מאלה נמצאים מחוברים לרטיקולום האנדופלזמי (ER), וכתוצאה מכך מה שמכונה רשתית אנדופלזמית גסה (RER). בנוסף, ניתן למצוא ריבוזומים במיטוכונדריה של האאוקריוטים ובכלורופלסטים של תאי הצמח.

ישנם ריבוזומים שיכולים להצמיד חומצות אמינו, היחידות החוזרות של חלבונים, זו לזו במהירות של 200 לדקה, או מעל שלוש לשנייה. יש להם אתרי קשירה מרובים בגלל המולקולות המרובות שמשתתפות בתרגום, כולל העברת RNA (tRNA), mRNA, חומצות אמינו ושרשרת הפוליפפטיד ההולכת וגדלה אליה מחוברות חומצות האמינו.

ריבוזומים מתוארים בדרך כלל כחלבונים. כשני שלישים ממסת הריבוזומים, לעומת זאת, מורכבים ממעין RNA הנקרא, באופן הולם, RNA ריבוזומלי (rRNA). הם אינם מוקפים בקרום פלזמה כפול, כמו גם אברונים והתא בכללותו. לעומת זאת, יש להם קרום משלהם.

גודלן של יחידות משנה ריבוזומליות נמדד לא באופן מוחלט במסה אלא בכמות הנקראת יחידת סוודברג (S). אלה מתארים את תכונות השקיעה של יחידות המשנה. לריבוזומים יש יחידת משנה 30S ותת יחידת 50S. הגדול מבין השניים מתפקד בעיקר כזרז במהלך התרגום, ואילו הקטן פועל בעיקר כמפענח.

ישנם כ -80 חלבונים שונים בריבוזומים של האאוקריוטים, מהם 50 ומעלה ייחודיים לריבוזומים. כאמור, חלבונים אלה מהווים כשליש מהמסה הכוללת של הריבוזומים. הם מיוצרים בגרעין שבתוך הגרעין ואז מיוצאים לציטופלזמה.

קרא עוד על ההגדרה, המבנה והתפקוד של הריבוזומים.

חלבונים הם שרשראות ארוכות של חומצות אמינו, מתוכם יש 20 זנים שונים. חומצות אמינו מקושרות יחד ליצירת שרשראות אלה על ידי אינטראקציות המכונות קשרי פפטיד.

כל חומצות האמינו מכילות שלושה אזורים: קבוצת אמינו, קבוצת חומצות קרבוקסיליות ושרשרת צדדית, המוגדרת בדרך כלל "שרשרת ה- R" בשפת הביוכימאים. קבוצת האמינו וקבוצת החומצה הקרבוקסילית אינן משתנות; לפיכך, טבעה של שרשרת ה- R הוא הקובע את המבנה וההתנהגות הייחודיים של חומצת האמינו.

כמה חומצות אמינו הן הידרופילי בגלל שרשראות הצד שלהם, כלומר הם "מחפשים" מים; אחרים הם הידרופובי ולעמוד באינטראקציות עם מולקולות מקוטבות. זה נוטה להכתיב כיצד חומצות האמינו בחלבון יורכבו בחלל תלת מימדי לאחר שהחלבון יהיה שרשרת הפוליפפטיד הופכת להיות ארוכה מספיק כדי שהאינטראקציות בין חומצות אמינו שאינן שכנות יהפכו ל נושא.

MRNA נכנס נקשר לריבוזומים כדי להתחיל בתהליך התרגום. באיקריוטים, גדיל יחיד של mRNA מקודד חלבון אחד בלבד, בעוד שבפרוקריוטים, גדיל mRNA יכול לכלול מספר גנים ולכן קוד למוצרי חלבון מרובים. במהלך שלב חניכה, מתיונין היא תמיד חומצת האמינו המקודדת לראשונה, בדרך כלל לפי רצף הבסיס AUG. למעשה, כל חומצת אמינו מקודדת על ידי רצף ספציפי בעל שלושה בסיסים ב- mRNA (ולפעמים יותר מקודדים של רצף אחד עבור אותה חומצת אמינו).

תהליך זה מופעל על ידי אתר "עגינה" ביחידת המשנה הקטנה. כאן, הן ה- methionyl-tRNA (מולקולת ה- RNA המיוחדת שמעבירה מתיונין) והן ה- mRNA נקשרים לריבוזום. קרוב יותר אחד לשני ומאפשר ל- mRNA לכוון את מולקולות ה- tRNA הנכונות (יש 20, אחת לכל חומצת אמינו) לְהַגִיעַ. זהו אתר "A". בנקודה אחרת נמצא אתר "P", שם שרשרת הפוליפפטיד הגדלה נותרת קשורה לריבוזום.

ככל שהתרגום מתקדם מעבר להתחלה עם מתיונין, כפי שכל חומצת אמינו נכנסת חדשה היא שהוזמן לאתר "A" על ידי קודון ה- mRNA, הוא מועבר עד מהרה לשרשרת הפוליפפטיד ב "P" אתר (שלב התארכות). זה מאפשר לקודון שלושת הגרעינים הבאים ברצף ה- mRNA לקרוא למתחם חומצות האמינו הבא tRNA, וכן הלאה. בסופו של דבר החלבון הושלם ומשתחרר מהריבוזום (שלב סיום).

סיום הוא יזום על ידי קודוני עצירה (UAA, UAG או UGA) שאין להם tRNAs תואמים, אלא במקום זאת גורמי שחרור אותות לשים קץ לסינתזת החלבון. הפוליפפטיד נשלח ושתי יחידות הריבוזומליות נפרדות.