ვინ აღმოაჩინა რიბოსომის სტრუქტურა?

რიბოსომები ცნობილია, როგორც ყველა უჯრედის პროტეინის შემქმნელი. ცილები აკონტროლებენ და აშენებენ სიცოცხლეს.

ამიტომ, რიბოსომები სიცოცხლისთვის აუცილებელია. 1950-იან წლებში მათი აღმოჩენის მიუხედავად, რამდენიმე ათეული წელი დასჭირდა მანამ, სანამ მეცნიერებმა ნამდვილად გაარკვიეს რიბოსომების სტრუქტურა.

TL; DR (ძალიან გრძელია; არ წავიკითხე)

რიბოსომები, რომლებიც ცნობილია როგორც ყველა უჯრედის ცილოვანი ქარხანა, პირველად აღმოაჩინა ჯორჯ ე. პალადი. ამასთან, რიბოსომების სტრუქტურა ათწლეულების შემდეგ ადა ე-მ დაადგინა. იონათი, თომას ა. შტეიცი და ვენკატრამან რამაკრიშნანი.

რიბოსომები თავიანთ სახელს აწვდიან რიბონუკლეინის მჟავას (RNA) და "სომას" "ribo" - სგან, რაც ლათინურად ნიშნავს "სხეულს".

მეცნიერები განსაზღვრავენ რიბოსომებს, როგორც უჯრედებში ნაპოვნი სტრუქტურას ორგანელები. რიბოსომებს აქვთ ორი ქვედანაყოფი, ერთი დიდი და ერთი მცირე. ბირთვი ქმნის ამ ქვედანაყოფებს, რომლებიც ერთმანეთთან იკეტება. რიბოსომული რნმ და ცილები (რიბოპროტეინები) შეადგინოს რიბოსომა.

ზოგიერთი რიბოსომა მიცურავს შორის ციტოპლაზმა უჯრედის, ხოლო სხვები კი

ორგანიზმიდან გამომდინარე, უჯრედს შეიძლება ჰქონდეს რამდენიმე ათასი ან თუნდაც მილიონობით რიბოსომა. რიბოსომები არსებობს როგორც პროკარიოტულ, ასევე ეუკარიოტულ უჯრედებში. მათი პოვნა ასევე შეიძლება ბაქტერიებში, მიტოქონდრიებსა და ქლოროპლასტებში. რიბოსომები უფრო გავრცელებულია უჯრედებში, რომლებიც საჭიროებენ ცილის მუდმივ სინთეზს, მაგალითად, თავის ტვინის ან პანკრეასის უჯრედებს.

ზოგიერთი რიბოსომა შეიძლება საკმაოდ მასიური იყოს. ეუკარიოტებში მათ შეიძლება ჰქონდეთ 80 ცილა და გაკეთდეს რამდენიმე მილიონი ატომისგან. მათი RNA ნაწილი უფრო მეტ მასას იკავებს, ვიდრე მათი ცილის ნაწილი.

რიბოსომები იღებენ კოდონები, რომლებიც სამი ნუკლეოტიდის სერიაა, მესენჯერი RNA- სგან (mRNA). კოდონი ემსახურება უჯრედის დნმ-ს შაბლონს გარკვეული ცილის შესაქმნელად. შემდეგ რიბოსომები თარგმნიან კოდონებს და ემთხვევა მათ ამინომჟავას გადასცეს RNA (tRNA). ეს ცნობილია როგორც თარგმანი.

რიბოსომას აქვს სამი tRNA– ს სავალდებულო ადგილი: an ამინოაცილი სავალდებულო ადგილი (საიტი) ამინომჟავების შესაერთებლად, ა პეპტიდილი საიტი (P საიტი) და ან გასასვლელი საიტი (E საიტი).

ამ პროცესის შემდეგ, თარგმნილი ამინომჟავა აგებულია ცილოვან ჯაჭვზე, რომელსაც ეწოდება a პოლიპეპტიდი, სანამ რიბოსომები არ დაასრულებენ ცილის მიღების პროცესს. მას შემდეგ, რაც პოლიპეპტიდი ციტოპლაზმაში გამოიყოფა, ის ფუნქციურ ცილად იქცევა. ამ პროცესის გამო, რიბოსომები ხშირად განისაზღვრება, როგორც ცილების ქარხნები. ცილის წარმოების სამ ეტაპს ეწოდება ინიცირება, გახანგრძლივება და თარგმანი.

ეს მანქანური მსგავსი რიბოსომები სწრაფად მუშაობენ, ცალკეულ შემთხვევებში წუთში 200 ამინომჟავას ემიჯნება; პროკარიოტებს შეუძლიათ წამში დაამატოთ 20 ამინომჟავა. რთული ცილების შეგროვებას რამდენიმე საათი სჭირდება. რიბოსომები ქმნიან დაახლოებით 10 მილიარდი ცილის უმეტეს ნაწილს ძუძუმწოვრების უჯრედებში.

დასრულებულმა ცილებმა შესაძლოა თავის მხრივ განიცადონ შემდგომი ცვლილებები ან დასაკეცი; ამას ჰქვია თარგმანის შემდგომი მოდიფიკაცია. ეუკარიოტებში, გოლჯის აპარატი ასრულებს ცილის გამოყოფას. მას შემდეგ, რაც რიბოსომები დაასრულებენ მუშაობას, მათი ქვედანაყოფები ან გადამუშავდება, ან ხდება დემონტაჟი.

ჯორჯ ე. პალადემ პირველად აღმოაჩინა რიბოსომები 1955 წელს. პალადეს რიბოსომის აღწერილობა ასახავდა მათ, როგორც ციტოპლაზმურ ნაწილაკებს, რომლებიც ასოცირდება ენდოპლაზმური ქსელის მემბრანასთან. პალადემ და სხვა მკვლევარებმა აღმოაჩინეს რიბოსომების ფუნქცია, რაც იყო ცილების სინთეზი.

ფრენსის კრიკი გააგრძელებდა ფორმირებას ბიოლოგიის ცენტრალური დოგმა, რომელშიც შეჯამდა სიცოცხლის მშენებლობის პროცესი, რადგან ”დნმ ქმნის RNA– ს პროტეინს”.

მიუხედავად იმისა, რომ ზოგადი ფორმა ელექტრონული მიკროსკოპის სურათების გამოყენებით განისაზღვრა, რიბოსომების რეალური სტრუქტურის დადგენას კიდევ რამდენიმე ათეული წელი დასჭირდება. ეს დიდწილად განპირობებული იყო რიბოსომების შედარებით უზარმაზარი ზომით, რაც ხელს უშლიდა მათი სტრუქტურის ანალიზს ბროლის ფორმით.

მიუხედავად იმისა, რომ პალადემ აღმოაჩინა რიბოსომა, სხვა მეცნიერებმა დაადგინეს მისი სტრუქტურა. სამმა ცალკეულმა მეცნიერმა აღმოაჩინა რიბოსომების სტრუქტურა: ადა ე. იონათი, ვენკატრამან რამაკრიშნანი და თომას ა. სტეიცი ეს სამი მეცნიერი 2009 წელს დაჯილდოვდა ნობელის პრემიით ქიმიის დარგში.

სამგანზომილებიანი რიბოსომის სტრუქტურის აღმოჩენა მოხდა 2000 წელს. ამ გამოცხადებისთვის კარი გახსნა 1939 წელს დაბადებულმა იონათმა. მისი თავდაპირველი მუშაობა ამ პროექტზე 1980-იან წლებში დაიწყო. მან გამოიყენა მიკრობები ცხელი წყაროებიდან მათი რიბოსომების გამოსაყოფად, მკაცრი გარემოში ძლიერი ბუნების გამო. მან შეძლო რიბოზომების კრისტალიზაცია, ამიტომ მათი ანალიზი შესაძლებელი გახდა რენტგენის კრისტალოგრაფიის საშუალებით.

ამან წარმოიშვა წერტილების ნიმუში დეტექტორზე ისე, რომ რიბოსომული ატომების პოზიციები იყოს გამოვლენილი. საბოლოოდ იონათმა აწარმოა მაღალი ხარისხის კრისტალები კრიო-კრისტალგრაფიის გამოყენებით, რაც ნიშნავს რომ რიბოსომული კრისტალები გაყინული იყო, რათა არ დაშლილიყო.

ამის შემდეგ მეცნიერები შეეცადნენ გაერკვიათ "ფაზის კუთხე" წერტილების ნიმუშებისთვის. ტექნოლოგიის გაუმჯობესებისთანავე, პროცედურის დახვეწამ გამოიწვია დეტალების მიღება ერთ – ატომის დონეზე. 1940 წელს დაბადებულმა შტეიტზმა შეძლო გაერკვია, თუ რომელი რეაქციის საფეხურებში შედიოდა რომელი ატომები, კავშირებზე ამინომჟავების. მან იპოვა ფაზის ინფორმაცია რიბოსომის უფრო დიდი განყოფილებისთვის 1998 წელს.

1952 წელს დაბადებული რამაკრიშანი თავის მხრივ მუშაობდა კარგი მოლეკულური რუკისთვის რენტგენის დიფრაქციის ფაზის გადასაჭრელად. მან იპოვა ფაზის ინფორმაცია რიბოსომის უფრო მცირე ქვედანაყოფისთვის.

დღეს რიბოსომის სრული კრისტალგრაფიის შემდგომმა მიღწევებმა გამოიწვია რიბოზომის რთული სტრუქტურების უკეთესი გარჩევა. 2010 წელს მეცნიერებმა წარმატებით გაკრისტალიზეს ეუკარიოტული 80S რიბოსომები Saccharomyces cerevisiae და შეძლეს რენტგენის სტრუქტურის შედგენა ("80S" არის კატეგორიზაციის ტიპი, რომელსაც უწოდებენ სვედბერგის მნიშვნელობას; ამაზე ცოტა ხნის შემდეგ). ამან უფრო მეტი ინფორმაცია გამოიწვია ცილების სინთეზისა და რეგულირების შესახებ.

მცირე ორგანიზმების რიბოსომები ჯერჯერობით დაამტკიცეს, რომ ყველაზე ადვილია მუშაობა რიბოსომის სტრუქტურის დასადგენად. ეს იმიტომ ხდება, რომ თავად რიბოსომები უფრო მცირეა და ნაკლებად რთული. საჭიროა უფრო მეტი გამოკვლევა უმაღლესი ორგანიზმების რიბოსომების სტრუქტურების დადგენაში, მაგალითად, ადამიანებში. მეცნიერები ასევე იმედოვნებენ, რომ უფრო მეტი გაეცნობიან პათოგენების რიბოსომულ სტრუქტურას, დაეხმარებიან დაავადებების წინააღმდეგ ბრძოლაში.

Ტერმინი რიბოზიმი ეხება რიბოსომის ორი ქვედანაყოფიდან უფრო დიდს. რიბოზიმი ფუნქციონირებს როგორც ფერმენტი, აქედან მოდის მისი სახელი. იგი ემსახურება კატალიზატორს ცილების აწყობაში.

სვედბერგის (S) მნიშვნელობებით აღწერილია დანალექების სიჩქარე ცენტრიფუგაში. მეცნიერები ხშირად აღწერენ რიბოსომულ ერთეულებს სვედბერგის მნიშვნელობების გამოყენებით. მაგალითად, პროკარიოტებს აქვთ 70S რიბოსომები, რომლებიც შედგება ერთი ერთეულისგან 50S- ით და ერთი 30S- ით.

ეს არ ემატება ერთმანეთს, რადგან დანალექების სიჩქარე უფრო მეტ ზომას და ფორმას უკავშირდება, ვიდრე მოლეკულურ წონას. ეუკარიოტული უჯრედებიმეორეს მხრივ, შეიცავს 80S რიბოსომებს.

რიბოსომები აუცილებელია მთელი ცხოვრებისათვის, რადგან ისინი ქმნიან ცილებს, რომლებიც უზრუნველყოფენ სიცოცხლეს და მის საშენ მასალას. ადამიანის სიცოცხლისთვის აუცილებელ ზოგიერთ ცილაში შედის ჰემოგლობინი სისხლის წითელ უჯრედებში, ინსულინი და ანტისხეულებისხვა მრავალთა შორის.

მას შემდეგ, რაც მკვლევარებმა გამოავლინეს რიბოსომების სტრუქტურა, ამან ახალი შესაძლებლობები გახსნა კვლევისთვის. კვლევის ერთ-ერთი ასეთი გზაა ახალი ანტიბიოტიკების სამკურნალო საშუალებები. მაგალითად, ახალმა მედიკამენტებმა შეიძლება შეაჩერონ დაავადება, ბაქტერიების რიბოსომების გარკვეული სტრუქტურული კომპონენტების სამიზნეზე.

იონატის, სტეიცისა და რამაკრიშნანის მიერ აღმოჩენილი რიბოსომების სტრუქტურის წყალობით, მკვლევარებმა ახლა იციან ზუსტი ადგილები ამინომჟავებს და იმ ადგილებს, სადაც ცილები ტოვებენ რიბოსომებს. ნულოვანი ადგილი იმ ადგილას, სადაც ანტიბიოტიკები ემატება რიბოსომებს, ბევრად უფრო მაღალ სიზუსტეს ხსნის წამლის მოქმედებაში.

ეს გადამწყვეტია იმ ეპოქაში, როდესაც ადრე მდგრადი ანტიბიოტიკები შეხვდნენ ბაქტერიების ანტიბიოტიკრეზისტენტულ შტამებს. ამიტომ რიბოსომის სტრუქტურის აღმოჩენას დიდი მნიშვნელობა აქვს მედიცინისთვის.