Wie heeft de structuur van ribosoom ontdekt?

Ribosomen staan ​​bekend als de eiwitmakers van alle cellen. Eiwitten controleren en bouwen het leven op.

daarom, ribosomen zijn essentieel voor het leven. Ondanks hun ontdekking in de jaren vijftig duurde het tientallen jaren voordat wetenschappers de structuur van ribosomen echt ophelderden.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Ribosomen, bekend als de eiwitfabrieken van alle cellen, werden voor het eerst ontdekt door George E. Palade. De structuur van ribosomen werd echter decennia later bepaald door Ada E. Yonath, Thomas A. Steitz en Venkatraman Ramakrishnan.

Ribosomen ontlenen hun naam aan de "ribo" van ribonucleïnezuur (RNA) en "soma", wat Latijn is voor "lichaam".

Wetenschappers definiëren ribosomen als een structuur die wordt aangetroffen in cellen, een van de verschillende kleinere cellulaire subsets die organellen. Ribosomen hebben twee subeenheden, een grote en een kleine. De nucleolus maakt deze subeenheden, die aan elkaar vastklikken. ribosomaal RNA en eiwitten (riboproteïnen) vormen een ribosoom.

Sommige ribosomen zweven tussen de cytoplasma van de cel, terwijl andere zich hechten aan de endoplasmatisch reticulum (ER). Het endoplasmatisch reticulum bezaaid met ribosomen heet ruw endoplasmatisch reticulum (RER); de glad endoplasmatisch reticulum (SER) heeft geen ribosomen bevestigd.

Afhankelijk van het organisme kan een cel enkele duizenden of zelfs miljoenen ribosomen hebben. Ribosomen komen voor in zowel prokaryote als eukaryote cellen. Ze zijn ook te vinden in bacteriën, mitochondriën en chloroplasten. Ribosomen komen vaker voor in cellen die constante eiwitsynthese vereisen, zoals hersen- of pancreascellen.

Sommige ribosomen kunnen behoorlijk massief zijn. Bij eukaryoten kunnen ze 80 eiwitten bevatten en uit enkele miljoenen atomen bestaan. Hun RNA-gedeelte neemt meer van de massa in beslag dan hun eiwitgedeelte.

Ribosomen nemen codons, die series van drie nucleotiden zijn, van boodschapper-RNA (mRNA). Een codon dient als een sjabloon van het DNA van de cel om een ​​bepaald eiwit te maken. Ribosomen vertalen vervolgens de codons en matchen ze met een aminozuur van overdracht RNA (tRNA). Dit staat bekend als vertaling.

Het ribosoom heeft drie tRNA-bindingsplaatsen: an aminoacyl bindingsplaats (A-site) voor het aanhechten van aminozuren, a peptidyl site (P-site) en an Uitgang plaats (E-plaats).

Na dit proces bouwt het vertaalde aminozuur voort op een eiwitketen genaamd a polypeptidetotdat de ribosomen hun werk van het maken van een eiwit voltooien. Zodra het polypeptide is vrijgegeven in het cytoplasma, wordt het een functioneel eiwit. Dit proces is de reden waarom ribosomen vaak worden gedefinieerd als eiwitfabrieken. De drie stadia van eiwitproductie worden initiatie, verlenging en translatie genoemd.

Deze machine-achtige ribosomen werken snel, in sommige gevallen grenzend aan 200 aminozuren per minuut; prokaryoten kunnen 20 aminozuren per seconde toevoegen. Complexe eiwitten hebben een paar uur nodig om te assembleren. Ribosomen maken de meeste van de ongeveer 10 miljard eiwitten in de cellen van zoogdieren.

Voltooide eiwitten kunnen op hun beurt verdere veranderingen of vouwing ondergaan; dit heet post-translationele modificatie. Bij eukaryoten is de Golgi-apparaat voltooit het eiwit voordat het wordt vrijgegeven. Zodra ribosomen hun werk hebben voltooid, worden hun subeenheden gerecycled of ontmanteld.

George E. Palade ontdekte voor het eerst ribosomen in 1955. Palade's ribosoombeschrijving schilderde ze af als cytoplasmatische deeltjes die geassocieerd waren met het membraan van het endoplasmatisch reticulum. Palade en andere onderzoekers vonden de functie van ribosomen, namelijk eiwitsynthese.

Francis Crick zou verder gaan met het vormen van de centraal dogma van de biologie, die het proces van het opbouwen van leven samenvatte als "DNA maakt RNA maakt eiwit."

Terwijl de algemene vorm werd bepaald met behulp van elektronenmicroscopiebeelden, zou het nog enkele decennia duren om de werkelijke structuur van ribosomen te bepalen. Dit was grotendeels te wijten aan de relatief immense grootte van ribosomen, die de analyse van hun structuur in een kristalvorm belemmerde.

Terwijl Palade het ribosoom ontdekte, bepaalden andere wetenschappers de structuur ervan. Drie afzonderlijke wetenschappers ontdekten de structuur van ribosomen: Ada E. Yonath, Venkatraman Ramakrishnan en Thomas A. Steitz. Deze drie wetenschappers werden in 2009 beloond met de Nobelprijs voor de Scheikunde.

De ontdekking van een driedimensionale ribosoomstructuur vond plaats in 2000. Yonath, geboren in 1939, opende de deur voor deze openbaring. Haar eerste werk aan dit project begon in de jaren tachtig. Ze gebruikte microben uit warmwaterbronnen om hun ribosomen te isoleren, vanwege hun robuuste karakter in een barre omgeving. Ze was in staat ribosomen te kristalliseren, zodat ze via röntgenkristallografie konden worden geanalyseerd.

Dit genereerde een patroon van stippen op een detector, zodat de posities van ribosomale atomen konden worden gedetecteerd. Yonath produceerde uiteindelijk hoogwaardige kristallen met behulp van cryo-kristallografie, wat betekent dat de ribosomale kristallen werden bevroren om te voorkomen dat ze afbreken.

Wetenschappers probeerden vervolgens de "fasehoek" voor de patronen van stippen op te helderen. Naarmate de technologie verbeterde, leidden verfijningen van de procedure tot details op het niveau van één atoom. Steitz, geboren in 1940, kon ontdekken welke reactiestappen bij welke atomen betrokken waren, bij de verbindingen van aminozuren. Hij vond de fase-informatie voor de grotere eenheid van het ribosoom in 1998.

Ramakrishan, geboren in 1952, werkte op zijn beurt aan het oplossen van de fase van röntgendiffractie voor een goede moleculaire kaart. Hij vond de fase-informatie voor de kleinere subeenheid van het ribosoom.

Tegenwoordig hebben verdere vorderingen in de volledige ribosoomkristallografie geleid tot een betere resolutie van complexe ribosoomstructuren. In 2010 kristalliseerden wetenschappers met succes de eukaryote 80S-ribosomen van Saccharomyces cerevisiae en waren in staat om de röntgenstructuur in kaart te brengen ("80S" is een type categorisatie dat een Svedberg-waarde wordt genoemd; hierover binnenkort meer). Dit leidde op zijn beurt tot meer informatie over eiwitsynthese en -regulatie.

Ribosomen van kleinere organismen zijn tot nu toe het gemakkelijkst gebleken om mee te werken om de ribosoomstructuur te bepalen. Dit komt omdat de ribosomen zelf kleiner en minder complex zijn. Er is meer onderzoek nodig om de structuren van de ribosomen van hogere organismen, zoals die bij mensen, te helpen bepalen. Wetenschappers hopen ook meer te weten te komen over de ribosomale structuur van ziekteverwekkers, om te helpen bij de bestrijding van ziekten.

De voorwaarde ribozym verwijst naar de grootste van de twee subeenheden van een ribosoom. Een ribozym functioneert als een enzym, vandaar de naam. Het dient als een katalysator in eiwitassemblage.

Svedberg (S)-waarden beschrijven de sedimentatiesnelheid in een centrifuge. Wetenschappers beschrijven ribosomale eenheden vaak met behulp van Svedberg-waarden. Prokaryoten bezitten bijvoorbeeld 70S-ribosomen die bestaan ​​uit één eenheid met 50S en één van 30S.

Deze tellen niet op omdat de sedimentatiesnelheid meer te maken heeft met grootte en vorm dan met molecuulgewicht. Eukaryotische cellenbevatten daarentegen 80S-ribosomen.

Ribosomen zijn essentieel voor al het leven, want ze maken de eiwitten die het leven en de bouwstenen ervan verzekeren. Enkele essentiële eiwitten voor het menselijk leven zijn hemoglobine in rode bloedcellen, insuline en antistoffen, onder vele anderen.

Toen onderzoekers de structuur van ribosomen onthulden, opende dit nieuwe mogelijkheden voor verkenning. Een van die pistes is voor nieuwe antibiotische geneesmiddelen. Nieuwe medicijnen kunnen bijvoorbeeld de ziekte stoppen door zich te richten op bepaalde structurele componenten van de ribosomen van bacteriën.

Dankzij de structuur van ribosomen ontdekt door Yonath, Steitz en Ramakrishnan, weten onderzoekers nu precieze locaties tussen aminozuren en de locaties waar eiwitten ribosomen verlaten. Door op de locatie te bepalen waar antibiotica zich aan ribosomen hechten, ontstaat een veel hogere precisie in de werking van geneesmiddelen.

Dit is cruciaal in een tijdperk waarin voorheen krachtige antibiotica antibioticaresistente bacteriestammen hebben ontmoet. De ontdekking van de ribosoomstructuur is daarom van groot belang voor de geneeskunde.