Kdo je odkril strukturo Ribosoma?

Ribosomi so znani kot proizvajalci beljakovin vseh celic. Beljakovine nadzorujejo in gradijo življenje.

Zato ribosomi so bistvenega pomena za življenje. Kljub odkritju v petdesetih letih je minilo nekaj desetletij, preden so znanstveniki resnično razjasnili strukturo ribosomov.

TL; DR (predolgo; Nisem prebral)

Ribosome, znane kot tovarne beljakovin vseh celic, je prvi odkril George E. Palada. Vendar je strukturo ribosomov desetletja pozneje določila Ada E. Yonath, Thomas A. Steitz in Venkatraman Ramakrishnan.

Ribosomi so dobili ime po "ribo" ribonukleinske kisline (RNA) in "soma", kar je latinsko za "telo".

Znanstveniki opredeljujejo ribosome kot strukturo, ki jo najdemo v celicah, ki je ena izmed več manjših celičnih podskupin organele. Ribosomi imajo dve podenoti, eno veliko in eno majhno. Nukleolus naredi te podenote, ki se zaklenejo. Ribosomska RNA in beljakovin (riboproteini) tvorijo ribosom.

Nekateri ribosomi plavajo med citoplazmi celice, medtem ko se drugi pritrdijo na endoplazemski retikulum (ER)

Odvisno od organizma ima celica lahko več tisoč ali celo milijone ribosomov. Ribosomi obstajajo tako v prokariontskih kot evkariontskih celicah. Najdemo jih lahko tudi v bakterijah, mitohondrijih in kloroplastih. Ribosomi so bolj razširjeni v celicah, ki zahtevajo stalno sintezo beljakovin, kot so celice možganov ali trebušne slinavke.

Nekateri ribosomi so lahko precej masivni. V evkariontih imajo lahko 80 proteinov in so narejeni iz več milijonov atomov. Njihov del RNA zavzame več mase kot njihov delež beljakovin.

Ribosomi vzamejo kodoni, ki so serije treh nukleotidov, iz prenosne RNA (mRNA). Kodon služi kot predloga iz DNK celice, da tvori določen protein. Ribozomi nato prevedejo kodone in jih povežejo z aminokislino iz prenos RNA (tRNA). To je znano kot prevod.

Ribosom ima tri vezavna mesta za tRNA: an aminoacil vezno mesto (mesto) za pritrditev aminokislin, a peptidil (P stran) in an izhod stran (E stran).

Po tem postopku prevedena aminokislina gradi na beljakovinski verigi, imenovani a polipeptid, dokler ribosomi ne dokončajo svojega dela pri izdelavi beljakovin. Ko se polipeptid sprosti v citoplazmo, postane funkcionalni protein. Zaradi tega so ribosomi pogosto opredeljeni kot tovarne beljakovin. Tri faze proizvodnje beljakovin se imenujejo iniciranje, raztezanje in prevajanje.

Ti stroj podobni ribosomi delujejo hitro in v nekaterih primerih prilepijo 200 aminokislin na minuto; prokarionti lahko dodajo 20 aminokislin na sekundo. Kompleksne beljakovine sestavijo nekaj ur. Ribosomi tvorijo večino od približno 10 milijard beljakovin v celicah sesalcev.

Dokončani proteini se lahko nato spremenijo ali zložijo; to se imenuje post-translacijska sprememba. Pri evkariontih je Golgijev aparat dopolni protein, preden se sprosti. Ko ribosomi končajo svoje delo, se njihove podenote bodisi reciklirajo bodisi razstavijo.

George E. Palade je ribosome prvič odkril leta 1955. Paladin opis ribosoma jih je prikazal kot citoplazmatske delce, ki se povezujejo z membrano endoplazemskega retikuluma. Palade in drugi raziskovalci so ugotovili delovanje ribosomov, to je sintezo beljakovin.

Francis Crick bi nadaljeval z ustanovitvijo osrednja dogma biologije, ki je postopek gradnje življenja povzel kot "DNA naredi RNA naredi beljakovine."

Medtem ko je bila splošna oblika določena z uporabo slik z elektronsko mikroskopijo, bi trajalo še nekaj desetletij, da bi ugotovili dejansko strukturo ribosomov. To je bilo v veliki meri posledica razmeroma velike velikosti ribosomov, kar je zaviralo analizo njihove strukture v kristalni obliki.

Medtem ko je Palade odkril ribosom, so drugi znanstveniki določili njegovo strukturo. Trije ločeni znanstveniki so odkrili strukturo ribosomov: Ada E. Yonath, Venkatraman Ramakrishnan in Thomas A. Steitz. Ti trije znanstveniki so bili leta 2009 nagrajeni z Nobelovo nagrado za kemijo.

Odkritje tridimenzionalne strukture ribosoma se je zgodilo leta 2000. Yonath, rojen leta 1939, je odprl vrata temu razodetju. Njeno začetno delo na tem projektu se je začelo v osemdesetih letih. Za izolacijo njihovih ribosomov je uporabila mikrobe iz vročih vrelcev zaradi njihove močne narave v surovem okolju. Uspela je kristalizirati ribosome, da jih je bilo mogoče analizirati z rentgensko kristalografijo.

To je ustvarilo vzorec pik na detektorju, tako da je bilo mogoče zaznati položaje ribosomskih atomov. Yonath je sčasoma s pomočjo krio-kristalografije ustvaril visokokakovostne kristale, kar pomeni, da so bili ribosomski kristali zamrznjeni, da se jim ne bi razgradili.

Znanstveniki so nato poskušali pojasniti "fazni kot" vzorcev pik. Ko se je tehnologija izboljševala, so izboljšave postopka privedle do podrobnosti na ravni enega atoma. Steitz, rojen leta 1940, je lahko na povezavah odkril, kateri reakcijski koraki vključujejo katere atome amino kisline. Fazne informacije za večjo enoto ribosoma je našel leta 1998.

Ramakrishan, rojen leta 1952, je nato za dober molekularni zemljevid rešil fazo rentgenske difrakcije. Našel je informacije o fazi za manjšo podenoto ribosoma.

Danes je nadaljnji napredek v popolni kristalografiji ribosoma privedel do boljše ločljivosti kompleksnih struktur ribosomov. Leta 2010 so znanstveniki uspešno kristalizirali evkariontske 80S ribosome Saccharomyces cerevisiae in so lahko preslikali njegovo rentgensko strukturo ("80S" je vrsta kategorizacije, imenovana Svedbergova vrednost; o tem kmalu). To pa je privedlo do več informacij o sintezi in regulaciji beljakovin.

Do zdaj se je izkazalo, da je z ribobosomi manjših organizmov najlažje delati pri določanju strukture ribosomov. To je zato, ker so sami ribosomi manjši in manj zapleteni. Potrebnih je več raziskav, ki bi pomagale določiti strukture ribosomov višjih organizmov, na primer tistih pri ljudeh. Znanstveniki upajo tudi, da bodo izvedeli več o ribosomski strukturi patogenov, da bi pomagali v boju proti boleznim.

Izraz ribozim se nanaša na večjo od dveh podenot ribosoma. Ribozim deluje kot encim, od tod tudi njegovo ime. Služi kot katalizator pri sestavljanju beljakovin.

Vrednosti Svedberga (S) opisujejo hitrost sedimentacije v centrifugi. Znanstveniki pogosto opisujejo ribosomske enote z uporabo Svedbergovih vrednosti. Na primer, prokarionti imajo 70S ribosomov, ki so sestavljeni iz ene enote s 50S in ene iz 30S.

Ti se ne seštevajo, ker je stopnja sedimentacije bolj povezana z velikostjo in obliko kot z molekulsko maso. Eukariontske celice, po drugi strani pa vsebujejo 80S ribosome.

Ribosomi so bistvenega pomena za vse življenje, saj tvorijo beljakovine, ki zagotavljajo življenje in njegove gradnike. Nekatere bistvene beljakovine za človeško življenje vključujejo hemoglobin v rdečih krvnih celicah, inzulin in protitelesa, med mnogimi drugimi.

Ko so raziskovalci razkrili strukturo ribosomov, je to odprlo nove možnosti za raziskovanje. Eden takih načinov raziskovanja je nova antibiotična zdravila. Nova zdravila lahko na primer ustavijo bolezen tako, da ciljajo na nekatere strukturne sestavine bakterijskih ribosomov.

Zahvaljujoč strukturi ribosomov, ki so jih odkrili Yonath, Steitz in Ramakrishnan, raziskovalci zdaj poznajo natančna mesta med aminokislinami in mesta, kjer beljakovine zapustijo ribosome. Zero na mestu, kjer se antibiotiki pritrdijo na ribosome, odpira veliko večjo natančnost pri delovanju zdravil.

To je ključnega pomena v dobi, ko so se prej močni antibiotiki srečali z bakterijami, odpornimi na antibiotike. Odkritje strukture ribosoma je zato zelo pomembno za medicino.