Kto objavil štruktúru ribozómu?

Ribozómy sú známe ako tvorcovia bielkovín všetkých buniek. Bielkoviny riadia a budujú život.

Preto ribozómy sú pre život nevyhnutné. Napriek ich objavu v 50. rokoch trvalo niekoľko desaťročí, kým vedci skutočne objasnili štruktúru ribozómov.

TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)

Ribozómy, známe ako továrne na výrobu bielkovín všetkých buniek, prvýkrát objavil George E. Palade. Štruktúru ribozómov však určila o desaťročia neskôr Ada E. Yonath, Thomas A. Steitz a Venkatraman Ramakrishnan.

Názov ribozómov je „ribo“ ribonukleovej kyseliny (RNA) a „soma“, čo je latinský výraz pre „telo“.

Vedci definujú ribozómy ako štruktúru nachádzajúcu sa v bunkách, jednu z niekoľkých menších bunkových podskupín nazývaných organely. Ribozómy majú dve podjednotky, jednu veľkú a jednu malú. Jadro vytvára tieto podjednotky, ktoré sa navzájom spájajú. Ribozomálna RNA a bielkoviny (riboproteíny) tvoria ribozóm.

Niektoré ribozómy plávajú medzi cytoplazma bunky, zatiaľ čo iné sa pripájajú k endoplazmatické retikulum (ER)

V závislosti od organizmu môže mať bunka niekoľko tisíc alebo dokonca milióny ribozómov. Ribozómy existujú v prokaryotických aj eukaryotických bunkách. Môžu sa tiež nachádzať v baktériách, mitochondriách a chloroplastoch. Ribozómy sú rozšírenejšie v bunkách, ktoré vyžadujú stálu syntézu bielkovín, ako sú bunky mozgu alebo pankreasu.

Niektoré ribozómy môžu byť dosť masívne. V eukaryotoch môžu obsahovať 80 proteínov a byť vyrobené z niekoľkých miliónov atómov. Ich časť RNA zaberá viac hmoty ako časť bielkovín.

Ribozómy zaberajú kodóny, ktoré sú radami troch nukleotidov z messengerovej RNA (mRNA). Kodón slúži ako šablóna z DNA bunky na výrobu určitého proteínu. Ribozómy potom preložia kodóny a spoja ich s aminokyselinou z prenosová RNA (tRNA). Toto je známe ako preklad.

Ribozóm má tri väzbové miesta pre tRNA: an aminoacyl väzbové miesto (A site) na pripojenie aminokyselín, a peptidyl stránka (stránka P) a an východ stránka (stránka E).

Po tomto procese sa preložená aminokyselina buduje na proteínovom reťazci nazývanom a polypeptid, kým ribozómy nedokončia svoju prácu pri tvorbe proteínu. Len čo sa polypeptid uvoľní do cytoplazmy, stane sa z neho funkčný proteín. Tento proces je dôvodom, prečo sú ribozómy často definované ako továrne na výrobu bielkovín. Tri stupne produkcie proteínov sa nazývajú iniciácia, predĺženie a translácia.

Tieto ribozómy podobné strojom pracujú rýchlo a v niektorých prípadoch susedia s 200 aminokyselinami za minútu; prokaryoty môžu pridať 20 aminokyselín za sekundu. Zostavenie zložitých proteínov trvá niekoľko hodín. Ribozómy tvoria väčšinu z približne 10 miliárd proteínov v bunkách cicavcov.

Kompletné proteíny môžu zase podliehať ďalším zmenám alebo skladaniu; toto sa volá posttranslačná úprava. V eukaryotoch sa Golgiho aparát dokončí proteín skôr, ako sa uvoľní. Akonáhle ribozómy dokončia svoju prácu, ich podjednotky sa buď recyklujú, alebo demontujú.

George E. Palade prvýkrát objavila ribozómy v roku 1955. Paladeov ribozómový popis ich vykreslil ako cytoplazmatické častice spojené s membránou endoplazmatického retikula. Palade a ďalší vedci zistili funkciu ribozómov, ktorou bola syntéza bielkovín.

Francis Crick by pokračoval vo formovaní ústredná dogma biológie, ktorý zhrnul proces budovania života ako „DNA robí RNA z proteínu.“

Zatiaľ čo sa všeobecný tvar určoval pomocou snímok elektrónovej mikroskopie, stanovenie skutočnej štruktúry ribozómov by trvalo ešte niekoľko desaťročí. To bolo z veľkej časti spôsobené pomerne veľkou veľkosťou ribozómov, ktorá inhibovala analýzu ich štruktúry v kryštalickej forme.

Zatiaľ čo Palade objavil ribozóm, ďalší vedci určili jeho štruktúru. Traja samostatní vedci objavili štruktúru ribozómov: Ada E. Yonath, Venkatraman Ramakrishnan a Thomas A. Steitz. Títo traja vedci boli v roku 2009 odmenení Nobelovou cenou za chémiu.

K objavu trojrozmernej štruktúry ribozómov došlo v roku 2000. Yonath, narodený v roku 1939, otvoril dvere tomuto odhaleniu. Jej počiatočné práce na tomto projekte sa začali v 80. rokoch. Na izoláciu ribozómov použila mikróby z horúcich prameňov, a to kvôli ich robustnej povahe v drsnom prostredí. Dokázala kryštalizovať ribozómy, aby ich bolo možné analyzovať pomocou röntgenovej kryštalografie.

Týmto sa na detektore vygeneroval obrazec bodov, aby bolo možné detegovať polohy ribozomálnych atómov. Yonath nakoniec vyrobil vysoko kvalitné kryštály pomocou kryokryštalografie, čo znamená, že ribozomálne kryštály boli zmrazené, aby sa zabránilo ich rozpadu.

Vedci sa potom pokúsili objasniť „fázový uhol“ pre vzorce bodiek. Keď sa technológia zlepšovala, zdokonalenia postupu viedli k detailom na úrovni jedného atómu. Steitz, narodený v roku 1940, bol schopný zistiť, ktoré reakčné kroky zahŕňali ktoré atómy, v spojeniach aminokyseliny. Informácie o fáze pre väčšiu jednotku ribozómu našiel v roku 1998.

Ramakrishan, narodený v roku 1952, zase pracoval na riešení fázy röntgenovej difrakcie pre dobrú molekulárnu mapu. Našiel fázové informácie pre menšiu podjednotku ribozómu.

Dnes viedli ďalšie pokroky v úplnej kryštalografii ribozómov k lepšiemu rozlíšeniu štruktúr komplexu ribozómov. V roku 2010 vedci úspešne kryštalizovali eukaryotické 80S ribozómy z Saccharomyces cerevisiae a boli schopní zmapovať jeho röntgenovú štruktúru („80S“ je typ kategorizácie nazývaný Svedbergova hodnota; viac o tomto v krátkosti). To zase viedlo k ďalším informáciám o syntéze a regulácii bielkovín.

S ribozómami menších organizmov sa zatiaľ najľahšie pracuje pri určovaní štruktúry ribozómov. Je to tak preto, lebo samotné ribozómy sú menšie a menej zložité. Je potrebný ďalší výskum, ktorý by pomohol určiť štruktúry ribozómov vyšších organizmov, ako sú napríklad tie u ľudí. Vedci tiež dúfajú, že sa dozvedia viac o ribozomálnej štruktúre patogénov, aby pomohli v boji proti chorobám.

Termín ribozým sa týka väčšej z dvoch podjednotiek ribozómu. Ribozým funguje ako enzým, odtiaľ pochádza aj jeho názov. Slúži ako katalyzátor pri zostavovaní bielkovín.

Hodnoty Svedberg (S) popisujú rýchlosť sedimentácie v centrifúge. Vedci často popisujú ribozomálne jednotky pomocou Svedbergových hodnôt. Napríklad prokaryoty obsahujú 70S ribozómy, ktoré pozostávajú z jednej jednotky s 50S a jednej z 30S.

Nezhromažďujú sa, pretože rýchlosť sedimentácie súvisí skôr s veľkosťou a tvarom ako s molekulovou hmotnosťou. Eukaryotické bunky, na druhej strane obsahujú 80S ribozómy.

Ribozómy sú nevyhnutné pre celý život, pretože vytvárajú proteíny, ktoré zabezpečujú život a jeho stavebné kamene. Niektoré základné bielkoviny pre ľudský život zahŕňajú hemoglobín v červených krvinkách, inzulín a protilátky, medzi mnohými ďalšími.

Akonáhle vedci odhalili štruktúru ribozómov, otvorilo to nové možnosti prieskumu. Jednou z takýchto možností skúmania sú nové antibiotické lieky. Napríklad nové lieky môžu zastaviť ochorenie zameraním na určité štrukturálne zložky ribozómov baktérií.

Vďaka štruktúre ribozómov, ktorú objavili Yonath, Steitz a Ramakrishnan, vedci teraz vedia presné polohy medzi aminokyselinami a miesta, kde proteíny opúšťajú ribozómy. Nulovanie na miesto, kde sa antibiotiká pripájajú k ribozómom, otvára oveľa vyššiu presnosť účinku liečiva.

To je rozhodujúce v ére, keď sa predtým známe antibiotiká stretli s kmeňmi baktérií rezistentných na antibiotiká. Objavenie štruktúry ribozómov má preto pre medicínu veľký význam.