Kas atklāja Ribosomes struktūru?

Ribosomas ir pazīstamas kā visu šūnu olbaltumvielu veidotāji. Olbaltumvielas kontrolē un veido dzīvi.

Tāpēc ribosomas ir būtiskas dzīvībai. Neskatoties uz to atklāšanu pagājušā gadsimta piecdesmitajos gados, pagāja vairākas desmitgades, līdz zinātnieki patiesi izskaidroja ribosomu struktūru.

TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)

Ribosomas, kas pazīstamas kā visu šūnu olbaltumvielu rūpnīcas, vispirms atklāja Džordžs E. Palāde. Tomēr ribosomu struktūru gadu desmitiem vēlāk noteica Ada E. Jonats, Tomass A. Šteics un Venkatramans Ramakrišnans.

Ribosomas iegūst savu nosaukumu no ribonukleīnskābes (RNS) un “soma”, kas ir latīņu valodā “ķermenis”, “ribo”.

Zinātnieki definē ribosomas kā šūnās atrodamu struktūru, ko sauc par vienu no vairākām mazākām šūnu apakškopām organellas. Ribosomām ir divas apakšvienības, viena liela un otra maza. Kodols veido šīs apakšvienības, kas saslēdzas kopā. Ribosomu RNS un olbaltumvielas (riboproteīni) veido ribosomu.

Dažas ribosomas peld starp citoplazma šūnas, bet citi piestiprinās pie

Šūnā atkarībā no organisma var būt vairāki tūkstoši vai pat miljoni ribosomu. Ribosomas pastāv gan prokariotu, gan eikariotu šūnās. Tos var atrast arī baktērijās, mitohondrijos un hloroplastos. Ribosomas ir vairāk izplatītas šūnās, kurām nepieciešama pastāvīga olbaltumvielu sintēze, piemēram, smadzeņu vai aizkuņģa dziedzera šūnās.

Dažas ribosomas var būt diezgan masīvas. Eikariotos tiem var būt 80 olbaltumvielas un tie var sastāvēt no vairākiem miljoniem atomu. Viņu RNS daļa aizņem vairāk masas nekā proteīna daļa.

Ribosomas ņem kodoni, kas ir trīs nukleotīdu sērijas, no messenger RNS (mRNS). Kodons kalpo kā šablons no šūnas DNS, lai iegūtu noteiktu olbaltumvielu. Pēc tam ribosomas pārveido kodonus un pielīdzina tiem aminoskābi no nodot RNS (tRNS). Tas ir pazīstams kā tulkojums.

Ribosomai ir trīs tRNS saistīšanās vietas: an aminoacilgrupa saistīšanās vieta (A vieta) aminoskābju piesaistei, a peptidils vietne (P vietne) un an Izeja vietne (E vietne).

Pēc šī procesa pārtulkotā aminoskābe balstās uz olbaltumvielu ķēdi, ko sauc par a polipeptīds, līdz ribosomas pabeidz olbaltumvielu ražošanu. Kad polipeptīds tiek izlaists citoplazmā, tas kļūst par funkcionālu olbaltumvielu. Šis process ir iemesls, kāpēc ribosomas bieži definē kā olbaltumvielu rūpnīcas. Trīs olbaltumvielu ražošanas stadijas sauc par iniciāciju, pagarinājumu un tulkošanu.

Šīs mašīnveida ribosomas darbojas ātri, dažos gadījumos pievienojot 200 aminoskābes minūtē; prokariotes var pievienot 20 aminoskābes sekundē. Komplekso olbaltumvielu savākšana prasa dažas stundas. Ribosomas veido lielāko daļu no aptuveni 10 miljardiem olbaltumvielu zīdītāju šūnās.

Kompleksās olbaltumvielas savukārt var tikt pakļautas turpmākām izmaiņām vai locīšanai; to sauc pēctulkojuma modifikācija. Eikariotos Golgi aparāts pabeidz olbaltumvielu pirms tās izdalīšanās. Kad ribosomas pabeidz darbu, to apakšvienības vai nu tiek pārstrādātas vai demontētas.

Džordžs E. Pirmo reizi Palade ribosomas atklāja 1955. gadā. Palādes ribosomu aprakstā tās tika attēlotas kā citoplazmas daļiņas, kas saistītas ar endoplazmas retikuluma membrānu. Palade un citi pētnieki atrada ribosomu funkciju, kas bija olbaltumvielu sintēze.

Francis Kriks turpinātu veidot centrālā bioloģijas dogma, kas apkopoja dzīves veidošanas procesu kā “DNS liek RNS padarīt olbaltumvielu”.

Lai gan vispārējā forma tika noteikta, izmantojot elektronu mikroskopijas attēlus, faktiskās ribosomu struktūras noteikšana prasīs vēl vairākus gadu desmitus. Tas lielā mērā bija saistīts ar salīdzinoši milzīgo ribosomu lielumu, kas kavēja to struktūras analīzi kristāla formā.

Kamēr Palāde atklāja ribosomu, citi zinātnieki noteica tās struktūru. Trīs atsevišķi zinātnieki atklāja ribosomu struktūru: Ada E. Jonats, Venkatramans Ramakrišnans un Tomass A. Steits. Šie trīs zinātnieki tika apbalvoti ar Nobela prēmiju ķīmijā 2009. gadā.

Trīsdimensiju ribosomu struktūras atklājums notika 2000. gadā. 1939. gadā dzimušais Jonats atvēra durvis šai atklāsmei. Sākotnējais darbs pie šī projekta sākās 1980. gados. Viņa izmantoja mikrobus no karstajiem avotiem, lai izolētu savas ribosomas, pateicoties to izturīgajam raksturam skarbajā vidē. Viņa spēja kristalizēt ribosomas, lai tās varētu analizēt, izmantojot rentgena kristālogrāfiju.

Tas radīja punktu modeli detektorā, lai varētu noteikt ribosomu atomu atrašanās vietas. Yonath galu galā ražoja augstas kvalitātes kristālus, izmantojot kriokristalogrāfiju, kas nozīmē, ka ribosomu kristāli bija sasaluši, lai palīdzētu viņiem nesadalīties.

Pēc tam zinātnieki mēģināja noskaidrot punktu fāžu leņķi. Uzlabojoties tehnoloģijai, procedūras pilnveidošana noveda pie detaļām viena atoma līmenī. Steits, dzimis 1940. gadā, spēja atklāt, kuri reakcijas soļi ir saistīti ar atomiem, to savienojumos aminoskābes. Viņš 1998. gadā atrada ribosomas lielākās vienības fāzes informāciju.

Savukārt 1952. gadā dzimušais Ramakrišans strādāja, lai atrisinātu rentgena difrakcijas fāzi labai molekulārajai kartei. Viņš atrada fāzes informāciju ribosomas mazākajai apakšvienībai.

Šodien pilnīgas ribosomu kristalogrāfijas turpmākie sasniegumi ir ļāvuši labāk izdalīt ribosomu sarežģītās struktūras. 2010. gadā zinātnieki veiksmīgi kristalizēja eukariotu 80S ribosomas Saccharomyces cerevisiae un varēja kartēt tā rentgena struktūru ("80S" ir kategoriju veids, ko sauc par Svedberga vērtību; īsi par to drīzumā). Tas savukārt ļāva iegūt vairāk informācijas par olbaltumvielu sintēzi un regulēšanu.

Mazāku organismu ribosomas līdz šim ir izrādījušās vienkāršākās, lai noteiktu ribosomu struktūru. Tas ir tāpēc, ka pašas ribosomas ir mazākas un mazāk sarežģītas. Ir vajadzīgi vairāk pētījumu, lai palīdzētu noteikt augstāku organismu ribosomu struktūras, piemēram, cilvēkiem. Zinātnieki arī cer uzzināt vairāk par patogēnu ribosomu struktūru, lai palīdzētu cīņā pret slimībām.

Termiņš ribozīms attiecas uz lielāko no abām ribosomas apakšvienībām. Ribozīms darbojas kā ferments, tāpēc tā nosaukums. Tas kalpo kā olbaltumvielu montāžas katalizators.

Svedbergas (S) vērtības raksturo sedimentācijas ātrumu centrifūgā. Zinātnieki bieži apraksta ribosomu vienības, izmantojot Svedberga vērtības. Piemēram, prokariotiem piemīt 70S ribosomas, kas sastāv no vienas vienības ar 50S un vienas no 30S.

Tie nesummējas, jo sedimentācijas ātrumam ir vairāk sakara ar izmēru un formu, nevis ar molekulmasu. Eikariotu šūnas, no otras puses, satur 80S ribosomas.

Ribosomas ir būtiskas visai dzīvei, jo tās veido olbaltumvielas, kas nodrošina dzīvību, un tās pamatelementus. Dažas cilvēka dzīvībai būtiskas olbaltumvielas ietver sarkano asins šūnu hemoglobīnu, insulīnu un antivielas, starp daudziem citiem.

Kad pētnieki atklāja ribosomu struktūru, tas pavēra jaunas izpētes iespējas. Viena no šādām izpētes iespējām ir jaunas antibiotikas. Piemēram, jaunas zāles var apturēt slimību, mērķējot uz noteiktiem baktēriju ribosomu strukturālajiem komponentiem.

Pateicoties Yonath, Steitz un Ramakrishnan atklātajai ribosomu struktūrai, pētnieki tagad zina precīzas vietas starp aminoskābēm un vietām, kur olbaltumvielas atstāj ribosomas. Nulles noteikšana vietā, kur antibiotikas pievienojas ribosomām, paver daudz lielāku precizitāti narkotiku darbībā.

Tas ir izšķiroši laikmetā, kad agrāk stingrās antibiotikas ir satikušās ar antibiotikām izturīgiem baktēriju celmiem. Tāpēc ribosomu struktūras atklāšanai ir liela nozīme medicīnā.