Molekulare Ausdrücke Zellbiologie: Ribosomen

Alle lebenden Zellen enthalten Ribosomen, winzige Organellen, die aus etwa 60 Prozent ribosomaler RNA (rRNA) und 40 Prozent Protein bestehen. Obwohl sie im Allgemeinen als Organellen beschrieben werden, ist es wichtig zu beachten, dass Ribosomen nicht an eine Membran gebunden sind und viel kleiner sind als andere Organellen. Einige Zelltypen können einige Millionen Ribosomen enthalten, aber mehrere tausend sind typischer., Die Organellen erfordern die Verwendung eines Elektronenmikroskops, um visuell detektiert zu werden.

Ribosomen sind hauptsächlich an das endoplasmatische Retikulum und die Kernhülle gebunden sowie frei im gesamten Zytoplasma verstreut, je nachdem, ob es sich um Pflanzen, Tiere oder Bakterien handelt. Die Organellen dienen als Proteinproduktionsmaschinen für die Zelle und sind folglich am häufigsten in Zellen, die bei der Proteinsynthese aktiv sind, wie Bauchspeicheldrüse und Gehirnzellen., Einige der von Ribosomen synthetisierten Proteine sind für den internen Gebrauch der Zelle bestimmt, insbesondere solche, die von freien Ribosomen produziert werden. Viele der von gebundenen Ribosomen produzierten Proteine werden jedoch außerhalb der Zelle transportiert.

Bei Eukaryoten ist die rRNA in Ribosomen in vier Stränge und bei Prokaryoten in drei Stränge unterteilt. Eukaryote Ribosomen werden im Nukleolus produziert und zusammengesetzt., Ribosomale Proteine treten in den Nukleolus ein und kombinieren sich mit den vier rRNA-Strängen, um die beiden ribosomalen Untereinheiten (eine kleine und eine große) zu bilden, aus denen das fertige Ribosom besteht (siehe Abbildung 1). Die Ribosomeneinheiten verlassen den Kern durch die Kernporen und vereinigen sich einmal im Zytoplasma zum Zweck der Proteinsynthese. Wenn die Proteinproduktion nicht durchgeführt wird, werden die beiden Untereinheiten eines Ribosoms getrennt.

Im Jahr 2000 wurde die vollständige dreidimensionale Struktur der großen und kleinen Untereinheiten eines Ribosoms festgestellt., Evidenz basiert auf dieser Struktur verrät, wie lange angenommen, dass es die rRNA, bietet das Ribosom mit seiner grundlegenden Bildung und Funktionalität, die keine Proteine. Anscheinend helfen die Proteine in einem Ribosom, strukturelle Lücken zu schließen und die Proteinsynthese zu verbessern, obwohl der Prozess in Abwesenheit stattfinden kann, wenn auch mit einer viel langsameren Geschwindigkeit.

Die Einheiten eines Ribosoms werden oft durch ihre Svedberg (s) – Werte beschrieben, die auf ihrer Sedimentationsrate in einer Zentrifuge basieren., Die Ribosomen in einer eukaryotischen Zelle haben im Allgemeinen einen Svedberg-Wert von 80S und bestehen aus 40s-und 60s-Untereinheiten. Prokaryotische Zellen hingegen enthalten 70S-Ribosomen, von denen jedes aus einer 30s-und einer 50s-Untereinheit besteht. Wie diese Werte zeigen, sind Svedberg-Einheiten nicht additiv, so dass die Werte der beiden Untereinheiten eines Ribosoms nicht zum Svedberg-Wert der gesamten Organelle addieren. Dies liegt daran, dass die Sedimentationsrate eines Moleküls von seiner Größe und Form abhängt und nicht einfach von seinem Molekulargewicht.,

Die Proteinsynthese erfordert zusätzlich zur rRNA die Unterstützung von zwei anderen Arten von RNA-Molekülen. Messenger-RNA (mRNA) liefert die Vorlage von Anweisungen aus der zellulären DNA zum Aufbau eines bestimmten Proteins. Transfer RNA (tRNA) bringt die Proteinbausteine, Aminosäuren, auf das Ribosom., Es gibt drei benachbarte tRNA-Bindungsstellen auf einem Ribosom: die Aminoacyl-Bindungsstelle für ein tRNA-Molekül, das an die nächste Aminosäure im Protein gebunden ist (wie in Abbildung 1 dargestellt), die Peptidyl-Bindungsstelle für das zentrale tRNA-Molekül, das die wachsende Peptidkette enthält, und eine Austrittsbindungsstelle, um gebrauchte tRNA-Moleküle aus dem Ribosom zu entladen.

Sobald die Protein-Backbone-Aminosäuren polymerisiert sind, setzt das Ribosom das Protein frei und es wird in Prokaryoten zum Zytoplasma oder in Eukaryoten zum Golgi-Apparat transportiert., Dort werden die Proteine vervollständigt und innerhalb oder außerhalb der Zelle freigesetzt. Ribosomen sind sehr effiziente Organellen. Ein einzelnes Ribosom in einer eukaryotischen Zelle kann jede Sekunde 2 Aminosäuren zu einer Proteinkette hinzufügen. In Prokaryoten können Ribosomen noch schneller arbeiten und einem Polypeptid jede Sekunde etwa 20 Aminosäuren hinzufügen.

Neben den bekanntesten zellulären Stellen von Ribosomen finden sich die Organellen auch in Mitochondrien und den Chloroplasten von Pflanzen., Diese Ribosomen unterscheiden sich insbesondere in Größe und Zusammensetzung als andere Ribosomen in eukaryotischen Zellen und ähneln eher denen in Bakterien und Blaualgenzellen. Die Ähnlichkeit von mitochondrialen und chloroplastischen Ribosomen mit prokaryotischen Ribosomen wird im Allgemeinen als starker unterstützender Beweis dafür angesehen, dass sich Mitochondrien und Chloroplasten aus angestammten Prokaryoten entwickelten.