ใครเป็นผู้ค้นพบโครงสร้างของไรโบโซม?

ไรโบโซมเป็นที่รู้จักในฐานะผู้ผลิตโปรตีนของทุกเซลล์ โปรตีนควบคุมและสร้างชีวิต

ดังนั้น, ไรโบโซม มีความจำเป็นต่อชีวิต แม้จะมีการค้นพบในปี 1950 แต่ต้องใช้เวลาหลายทศวรรษกว่าที่นักวิทยาศาสตร์จะอธิบายโครงสร้างของไรโบโซมได้อย่างแท้จริง

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

ไรโบโซม หรือที่รู้จักในชื่อโรงงานผลิตโปรตีนของทุกเซลล์ ถูกค้นพบครั้งแรกโดย George E. พาเลด. อย่างไรก็ตาม โครงสร้างของไรโบโซมถูกกำหนดโดย Ada E. โยนาธ, โธมัส เอ. Steitz และ Venkatraman Ramakrishnan

ไรโบโซมได้ชื่อมาจาก “ไรโบ” ของกรดไรโบนิวคลีอิก (RNA) และ “โสม” ซึ่งเป็นภาษาละติน แปลว่า “ร่างกาย”

นักวิทยาศาสตร์กำหนดไรโบโซมเป็นโครงสร้างที่พบในเซลล์ หนึ่งในเซลล์ย่อยเล็กๆ หลายชุดที่เรียกว่า ออร์แกเนลล์. ไรโบโซมมีสองหน่วยย่อย หนึ่งหน่วยใหญ่และหนึ่งหน่วยเล็ก นิวเคลียสสร้างหน่วยย่อยเหล่านี้ซึ่งล็อคเข้าด้วยกัน ไรโบโซม RNA และโปรตีน (ไรโบโปรตีน) ประกอบเป็นไรโบโซม

ไรโบโซมบางตัวลอยอยู่ท่ามกลาง ไซโตพลาสซึม ของเซลล์ ในขณะที่เซลล์อื่นๆ ยึดติดกับ เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม (ER). เอ็นโดพลาสมิกเรติคูลัมที่พันด้วยไรโบโซมเรียกว่า เอ็นโดพลาสมิกเรติคูลัมหยาบ (RER); เอ็นโดพลาสมิกเรติคูลัมเรียบ (SER) ไม่มีไรโบโซมติดอยู่

เซลล์สามารถมีไรโบโซมได้หลายพันหรือหลายล้านตัว ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสิ่งมีชีวิต ไรโบโซมมีอยู่ทั้งในเซลล์โปรคาริโอตและยูคาริโอต พวกเขายังสามารถพบได้ในแบคทีเรีย ไมโทคอนเดรีย และคลอโรพลาสต์ ไรโบโซมเป็นที่แพร่หลายมากขึ้นในเซลล์ที่ต้องการการสังเคราะห์โปรตีนอย่างต่อเนื่อง เช่น เซลล์สมองหรือตับอ่อน

ไรโบโซมบางตัวอาจมีขนาดค่อนข้างใหญ่ ในยูคาริโอต พวกมันสามารถมีโปรตีนได้ 80 ชนิดและประกอบด้วยอะตอมหลายล้านอะตอม ส่วน RNA ของพวกมันใช้มวลมากกว่าส่วนโปรตีน

ไรโบโซมใช้ codonsซึ่งเป็นชุดของนิวคลีโอไทด์สามชุดจาก messenger RNA (mRNA) codon ทำหน้าที่เป็นแม่แบบจาก DNA ของเซลล์เพื่อสร้างโปรตีนบางชนิด จากนั้นไรโบโซมจะแปลโคดอนและจับคู่พวกมันกับกรดอะมิโนจาก โอน RNA (tRNA). นี้เรียกว่า การแปล.

ไรโบโซมมีจุดจับ tRNA สามจุด: an อะมิโนอะซิล ไซต์ที่มีผลผูกพัน (ไซต์) สำหรับการติดกรดอะมิโน a เปปทิดิล ไซต์ (ไซต์ P) และ an ทางออก ไซต์ (ไซต์ E)

หลังจากกระบวนการนี้ กรดอะมิโนที่แปลแล้วจะสร้างบนสายโปรตีนที่เรียกว่า a โพลีเปปไทด์จนกว่าไรโบโซมจะสร้างโปรตีนจนเสร็จ เมื่อโพลีเปปไทด์ถูกปล่อยเข้าสู่ไซโตพลาสซึม มันจะกลายเป็นโปรตีนที่ใช้งานได้ กระบวนการนี้เป็นสาเหตุที่ทำให้ไรโบโซมมักถูกกำหนดให้เป็นโรงงานโปรตีน การผลิตโปรตีนสามขั้นตอนเรียกว่าการเริ่มต้น การยืดตัว และการแปล

ไรโบโซมที่คล้ายเครื่องจักรเหล่านี้ทำงานได้อย่างรวดเร็ว โดยยึดกรดอะมิโน 200 ตัวต่อนาทีในบางกรณี โปรคาริโอตสามารถเพิ่มกรดอะมิโนได้ 20 ชนิดต่อวินาที โปรตีนที่ซับซ้อนใช้เวลาสองสามชั่วโมงในการรวบรวม ไรโบโซมสร้างโปรตีนส่วนใหญ่ประมาณ 10 พันล้านชิ้นในเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม

โปรตีนที่สมบูรณ์อาจได้รับการเปลี่ยนแปลงหรือพับเพิ่มเติม นี้เรียกว่า ดัดแปลงหลังการแปล. ในยูคาริโอต เครื่องมือกอลจิ ทำให้โปรตีนสมบูรณ์ก่อนที่จะถูกปล่อยออกมา เมื่อไรโบโซมทำงานเสร็จ หน่วยย่อยของพวกมันจะถูกนำกลับมาใช้ใหม่หรือรื้อถอน

จอร์จ อี. Palade ค้นพบไรโบโซมครั้งแรกในปี 1955 คำอธิบายไรโบโซมของ Palade แสดงให้เห็นว่าพวกมันเป็นอนุภาคไซโตพลาสซึมที่เกี่ยวข้องกับเยื่อหุ้มของเอนโดพลาสมิกเรติเคิล Palade และนักวิจัยคนอื่นๆ พบหน้าที่ของไรโบโซม ซึ่งเป็นการสังเคราะห์โปรตีน

ฟรานซิส คริก จะยังคงก่อตั้ง หลักคำสอนทางชีววิทยาซึ่งสรุปกระบวนการสร้างชีวิตว่า “DNA ทำให้ RNA สร้างโปรตีน”

ในขณะที่กำหนดรูปร่างทั่วไปโดยใช้ภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน จะต้องใช้เวลาอีกหลายทศวรรษในการพิจารณาโครงสร้างที่แท้จริงของไรโบโซม สาเหตุส่วนใหญ่มาจากขนาดของไรโบโซมที่ค่อนข้างใหญ่ ซึ่งขัดขวางการวิเคราะห์โครงสร้างของพวกมันในรูปแบบคริสตัล

ในขณะที่พาเลดค้นพบไรโบโซม นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ได้กำหนดโครงสร้างของมัน นักวิทยาศาสตร์สามคนแยกกันค้นพบโครงสร้างของไรโบโซม: Ada E. Yonath, Venkatraman Ramakrishnan และ Thomas A. สไตซ์ นักวิทยาศาสตร์สามคนนี้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 2552

การค้นพบโครงสร้างไรโบโซมสามมิติเกิดขึ้นในปี 2543 Yonath เกิดในปี 1939 เปิดประตูรับการเปิดเผยนี้ งานแรกของเธอในโครงการนี้เริ่มขึ้นในทศวรรษ 1980 เธอใช้จุลินทรีย์จากน้ำพุร้อนเพื่อแยกไรโบโซมออกจากกัน เนื่องจากลักษณะที่แข็งแรงของพวกมันในสภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวย เธอสามารถตกผลึกไรโบโซมเพื่อให้สามารถวิเคราะห์ได้ผ่านทางผลึกศาสตร์เอ็กซ์เรย์

สิ่งนี้สร้างรูปแบบของจุดบนเครื่องตรวจจับเพื่อให้สามารถตรวจจับตำแหน่งของอะตอมไรโบโซมได้ ในที่สุด Yonath ก็ผลิตคริสตัลคุณภาพสูงโดยใช้ cryo-crystallography ซึ่งหมายความว่าผลึกไรโบโซมถูกแช่แข็งเพื่อช่วยไม่ให้แตกตัว

นักวิทยาศาสตร์จึงพยายามอธิบาย "มุมเฟส" สำหรับรูปแบบของจุด เมื่อเทคโนโลยีดีขึ้น การปรับแต่งขั้นตอนทำให้เกิดรายละเอียดในระดับอะตอมเดี่ยว Steitz เกิดในปี 1940 สามารถค้นพบขั้นตอนของปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับอะตอมที่การเชื่อมต่อของ กรดอะมิโน. เขาพบข้อมูลเฟสสำหรับหน่วยที่ใหญ่กว่าของไรโบโซมในปี 2541

รามกฤษณะ เกิดในปี 2495 ทำงานเพื่อแก้ปัญหาการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์สำหรับแผนที่โมเลกุลที่ดี เขาพบข้อมูลเฟสสำหรับหน่วยย่อยที่เล็กกว่าของไรโบโซม

วันนี้ ความก้าวหน้าเพิ่มเติมในผลึกศาสตร์ของไรโบโซมแบบเต็มได้นำไปสู่ความละเอียดที่ดีขึ้นของโครงสร้างที่ซับซ้อนของไรโบโซม ในปี 2010 นักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จในการตกผลึกของไรโบโซม 80S ยูคาริโอตของ Saccharomyces cerevisiae และสามารถแมปโครงสร้างเอ็กซ์เรย์ของมันได้ ("80S" เป็นประเภทของการจัดหมวดหมู่ที่เรียกว่าค่า Svedberg เพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ในไม่ช้า) สิ่งนี้นำไปสู่ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการสังเคราะห์และการควบคุมโปรตีน

จนถึงขณะนี้ ไรโบโซมของสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการทำงานเพื่อกำหนดโครงสร้างไรโบโซม เนื่องจากไรโบโซมเองนั้นเล็กกว่าและซับซ้อนน้อยกว่า จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อช่วยกำหนดโครงสร้างของไรโบโซมของสิ่งมีชีวิตที่สูงขึ้น เช่น ในมนุษย์ นักวิทยาศาสตร์ยังหวังว่าจะได้เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับโครงสร้างไรโบโซมของเชื้อโรค เพื่อช่วยในการต่อสู้กับโรค

คำว่า ไรโบไซม์ หมายถึงหน่วยย่อยที่ใหญ่กว่าของสองหน่วยย่อยของไรโบโซม ไรโบไซม์ทำหน้าที่เป็นเอนไซม์ จึงเป็นที่มาของชื่อ ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในการประกอบโปรตีน

ค่า Svedberg (S) อธิบายอัตราการตกตะกอนในเครื่องหมุนเหวี่ยง นักวิทยาศาสตร์มักอธิบายหน่วยของไรโบโซมโดยใช้ค่า Svedberg ตัวอย่างเช่น โปรคาริโอตมีไรโบโซม 70S ที่ประกอบด้วยหนึ่งหน่วยที่มี 50S และหนึ่งใน 30S

สิ่งเหล่านี้ไม่ได้รวมกันเพราะอัตราการตกตะกอนเกี่ยวข้องกับขนาดและรูปร่างมากกว่าน้ำหนักโมเลกุล เซลล์ยูคาริโอตในทางกลับกัน มีไรโบโซม 80S

ไรโบโซมมีความจำเป็นต่อทุกชีวิต เพราะพวกมันสร้างโปรตีนที่รับประกันชีวิตและโครงสร้างของมัน โปรตีนที่จำเป็นสำหรับชีวิตมนุษย์ ได้แก่ ฮีโมโกลบินในเซลล์เม็ดเลือดแดง อินซูลิน และ แอนติบอดีท่ามกลางคนอื่น ๆ อีกมากมาย

เมื่อนักวิจัยเปิดเผยโครงสร้างของไรโบโซม ก็ได้เปิดโอกาสใหม่ๆ ในการสำรวจ แนวทางหนึ่งในการสำรวจดังกล่าวคือการใช้ยาปฏิชีวนะชนิดใหม่ ตัวอย่างเช่น ยาใหม่อาจหยุดโรคโดยกำหนดเป้าหมายองค์ประกอบโครงสร้างบางอย่างของไรโบโซมของแบคทีเรีย

ด้วยโครงสร้างของไรโบโซมที่ค้นพบโดย Yonath, Steitz และ Ramakrishnan นักวิจัยจึงทราบตำแหน่งที่แม่นยำระหว่างกรดอะมิโนกับตำแหน่งที่โปรตีนปล่อยไรโบโซม การระบุตำแหน่งที่ยาปฏิชีวนะยึดติดกับไรโบโซมเป็นศูนย์จะทำให้ยามีความแม่นยำสูงขึ้นมาก

นี่เป็นสิ่งสำคัญในยุคที่ยาปฏิชีวนะตัวแข็งก่อนหน้านี้ได้พบกับแบคทีเรียที่ดื้อต่อยาปฏิชีวนะ การค้นพบโครงสร้างไรโบโซมจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการแพทย์