מי גילה את מבנה הריבוזום?

תוֹכֶן

• TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
• תיאור ריבוזומים
• שכיחות ריבוזומים
• ריבוזומים הם מפעלי חלבון
• מי גילה ריבוזומים?
• גילוי מבנה ריבוזום
• מהו ריבוזמה?
• סיווג ריבוזומים לפי ערכי Svedberg
• חשיבותו של מבנה הריבוזום

ריבוזומים ידועים כיצרני החלבונים של כל התאים. חלבונים שולטים ובונים חיים.

לכן ריבוזומים חיוניים לחיים. למרות גילוים בשנות החמישים, עברו כמה עשרות שנים עד שהמדענים הבינו באמת את מבנה הריבוזומים.

TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)

ריבוזומים, המכונים מפעלי החלבון של כל התאים, התגלו לראשונה על ידי ג'ורג 'אי פאלאד. עם זאת, מבנה הריבוזומים נקבע עשרות שנים מאוחר יותר על ידי עדה יונת, תומאס א. סטיץ וונקטראמן רמאקרישנן.

תיאור ריבוזומים

ריבוזומים מקבלים את שמם מה"ריבו "של חומצה ריבונוקלאית (RNA) ו"סומה", שהיא הלטינית ל"גוף ".

מדענים מגדירים ריבוזומים כמבנה שנמצא בתאים, אחד מכמה קבוצות משנה תאיות קטנות יותר הנקראות אברונים. ריבוזומים יש שתי יחידות משנה, אחת גדולה ואחת קטנה. הגרעין מייצר יחידות משנה אלה הננעלות זו לזו. RNA ריבוזומלי וחלבונים (ריבופרוטאינים) מרכיב ריבוזום.

חלק מהריבוזומים צפים בין הציטופלזמה של התא, בעוד שאחרים נקשרים לתכנית האנדופלסמה (ER). נקרא לתכנית הרשתית האנדופלסמית המשובצת בריבוזומים תכנית אנדופלמטית גסה (RER); ה תשתית אנדופלמטית חלקה (SER) אין ריבוזומים מחוברים.

שכיחות ריבוזומים

תלוי באורגניזם, תא יכול להכיל כמה אלפי ואף מיליוני ריבוזומים. ריבוזומים קיימים בתאים פרוקריוטיים וגם באוקריוטים. ניתן למצוא אותם גם בחיידקים, מיטוכונדריה וכלורופלסטים. ריבוזומים נפוצים יותר בתאים הדורשים סינתזת חלבון מתמדת, כמו תאי מוח או לבלב.

חלק מהריבוזומים יכולים להיות מסיביים למדי. באוקריוטות הם יכולים להכיל 80 חלבונים ולהיות עשויים מכמה מיליוני אטומים. חלק ה- RNA שלהם תופס יותר מהמסה מאשר חלק החלבון שלהם.

ריבוזומים הם מפעלי חלבון

ריבוזומים לוקחים קודונים, שהם סדרה של שלושה נוקליאוטידים, מ- RNA messenger (mRNA). קודון משמש כתבנית מ- DNA של התא לייצור חלבון מסוים. הריבוזומים מתרגמים את הקודונים ומתאימים אותם לחומצה אמינית מ להעביר RNA (tRNA). זה ידוע בשם תרגום.

לריבוזום שלושה אתרי קשירת tRNA: an aminoacyl אתר מחייב (אתר) להצמדת חומצות אמינו, א פפטידיל אתר (P אתר) ו- an יציאה אתר (אתר E).

לאחר תהליך זה, חומצת האמינו המתורגמת בונה על שרשרת חלבונים הנקראת א פוליפפטידעד שהריבוזומים יסיימו את עבודתם של ייצור חלבון. ברגע שהפוליפפטיד משתחרר לציטופלזמה הוא ממשיך להיות חלבון פונקציונלי. תהליך זה הוא הסיבה שהריבוזומים מוגדרים לרוב כמפעלים לחלבון. שלושת שלבי ייצור החלבון נקראים התחלה, התארכות ותרגום.

ריבוזומים דמויי מכניים פועלים במהירות, ובמקרים מסוימים סמוכים ל -200 חומצות אמינו בדקה; פרוקריוטות יכולות להוסיף 20 חומצות אמינו בשנייה. לוקח כמה שעות להרכבה של חלבונים מורכבים. הריבוזומים מייצרים את רוב כ -10 מיליארד החלבונים בתאי היונקים.

חלבונים שהושלמו עשויים בתורם לעבור שינויים או קיפול נוסף; זה נקרא שינוי שלאחר התרגום. באוקריוטות, ה- מערכת גולג'י משלים את החלבון לפני שהוא משתחרר. ברגע שהריבוזומים מסיימים את עבודתם, יחידות היחידות שלהם ממוחזרות או מפורקות.

מי גילה ריבוזומים?

פלאד ג'ורג 'א. גילה לראשונה את הריבוזומים בשנת 1955. תיאור הריבוזום של פאלאד הציג אותם כחלקיקים ציטופלסמיים שקשורים לממברנה של תכנית הרשת האנדופלסמית. Palade וחוקרים אחרים מצאו את תפקידם של ריבוזומים, שהיה סינתזת חלבון.

פרנסיס קריק היה ממשיך להקים את הדוגמה המרכזית של הביולוגיה, אשר סיכמה את תהליך בניית החיים כ- "DNA גורם ל- RNA לייצר חלבון."

בעוד שהצורה הכללית נקבעה באמצעות תמונות מיקרוסקופיות אלקטרוניות, ייקח כמה עשורים נוספים לקביעת המבנה בפועל של ריבוזומים. זה נבע בחלקו הגדול מהגודל העצום יחסית של ריבוזומים, שעיכב את ניתוח מבנהם בצורה גבישית.

גילוי מבנה ריבוזום

בעוד שפלאד גילה את הריבוזום, מדענים אחרים קבעו את מבנהו. שלושה מדענים נפרדים גילו את מבנה הריבוזומים: עדה א. יונת, Venkatraman Ramakrishnan ותומס A. Steitz. שלושת המדענים הללו זכו בפרס נובל לכימיה בשנת 2009.

הגילוי של מבנה ריבוזומי תלת ממדי התרחש בשנת 2000. יונת, ילידת 1939, פתחה את הדלת להתגלות זו. עבודתה הראשונית בפרויקט זה החלה בשנות השמונים. היא השתמשה בחיידקים ממעיינות חמים כדי לבודד את הריבוזומים שלהם, בגלל אופיים החזק בסביבה קשה. היא הצליחה לגבש ריבוזומים כך שניתן יהיה לנתח אותם באמצעות גבישי רנטגן.

זה יצר דפוס של נקודות בגלאי כך שניתן יהיה לאתר את עמדות האטומים הריבוזומליים. יונת ייצרה בסופו של דבר גבישים איכותיים בעזרת קריו-קריסטלוגרפיה, כלומר גבישי הריבוזומל הוקפאו כדי לעזור להם להתפרק.

לאחר מכן ניסו המדענים להבהיר את "זווית הפאזה" עבור דפוסי הנקודות. ככל שהטכנולוגיה השתפרה, השכלולים לנוהל הובילו לפרטים ברמת האטום היחיד. סטיץ, יליד 1940, הצליח לגלות אילו שלבי תגובה היו כרוכים באילו אטומים, בקשרים של חומצות אמינו. הוא מצא את מידע השלבים ליחידה הגדולה יותר של הריבוזום בשנת 1998.

רמאקרישאן, יליד 1952, בתורו פעל לפתור את שלב ההפרדה של הרנטגן למפה מולקולרית טובה. הוא מצא את המידע על שלב היחידה הקטנה יותר של הריבוזום.

כיום, התקדמות נוספת בקריסטלוגרפיה ריבוזומית מלאה הביאה לרזולוציה טובה יותר של מבנים מורכבים של ריבוזומים. בשנת 2010 גיששו המדענים בהצלחה את ריבוזומי ה- 80S האוקריוטים של Saccharomyces cerevisiae והצליחו למפות את מבנה הרנטגן שלו ("80S" הוא סוג של סיווג הנקרא ערך Svedberg; עוד על כך בקרוב). זה בתורו הוביל למידע נוסף על סינתזת חלבון ורגולציה.

ריבוזומים של אורגניזמים קטנים יותר הוכיחו עד כה כקל ביותר לעבוד איתם לקביעת מבנה הריבוזום. הסיבה לכך היא שהריבוזומים עצמם קטנים ופחות מורכבים. יש צורך במחקר נוסף שיעזור לקבוע את המבנים של ריבוזומים של אורגניזמים גבוהים יותר, כמו אלה שבאדם. מדענים מקווים גם ללמוד עוד על המבנה הריבוזומלי של פתוגנים, כדי לסייע במאבק נגד מחלות.

מהו ריבוזמה?

התנאי ריבוזמה מתייחס לגדול מבין שתי יחידות המשנה של ריבוזום. ריבוזזים מתפקד כאנזים ומכאן שמו. זה משמש כזרז בהרכבת חלבונים.

סיווג ריבוזומים לפי ערכי Svedberg

ערכי Svedberg (S) מתארים את קצב המשקעים בצנטריפוגה. מדענים מתארים לרוב יחידות ריבוזומליות תוך שימוש בערכי סבבדברג. לדוגמה, פרוקריוטים כוללים 70S ריבוזומים המורכבים מיחידה אחת עם 50S ואחת של 30S.

אלה אינם מסתכמים מכיוון שקצב המשקעים קשור יותר לגודל ולצורה מאשר למשקל המולקולרי. לעומת זאת, תאים אוקריוטים מכילים ריבוזומים של 80S.

חשיבותו של מבנה הריבוזום

ריבוזומים חיוניים לכל החיים, שכן הם מייצרים את החלבונים המבטיחים את החיים ואת אבני הבניין שלהם. כמה חלבונים חיוניים לחיי אדם כוללים המוגלובין בתאי דם אדומים, אינסולין ונוגדנים, בקרב רבים אחרים.

לאחר שחשפו החוקרים את מבנה הריבוזומים, הוא נפתח בפני אפשרויות חדשות לחקר. דרך אחת לחקירה כזו היא לתרופות אנטיביוטיות חדשות. לדוגמה, תרופות חדשות עשויות להפסיק מחלות על ידי מיקוד לרכיבים מבניים מסוימים של ריבוזומים של חיידקים.

הודות למבנה של ריבוזומים שהתגלו על ידי יונת, סטיץ ורמקרישנן, החוקרים יודעים כיום מיקומים מדויקים בין חומצות אמינו והמיקומים שבהם החלבונים משאירים את הריבוזומים. אפס במקום בו אנטיביוטיקה נקשרת לריבוזומים פותח דיוק גבוה בהרבה בפעילות תרופתית.

זה קריטי בעידן בו אנטיביוטיקה לשעבר הייתה נפגשת עם זנים עמידים לאנטיביוטיקה של חיידקים. לגילוי מבנה הריבוזום אפוא חשיבות רבה לרפואה.