Inhoud
- TL; DR (te lang; niet gelezen)
- Een beschrijving van ribosomen
- De prevalentie van ribosomen
- Ribosomen zijn eiwitfabrieken
- Wie heeft ribosomen ontdekt?
- De ontdekking van ribosoomstructuur
- Wat is een ribozym?
- Ribosomen categoriseren op basis van Svedberg-waarden
- Het belang van de structuur van het ribosoom
Ribosomen staan bekend als de eiwitmakers van alle cellen. Eiwitten beheersen en bouwen leven.
Daarom zijn ribosomen essentieel voor het leven. Ondanks hun ontdekking in de jaren 1950, duurde het enkele decennia voordat wetenschappers de structuur van ribosomen echt ophelderden.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Ribosomen, bekend als de eiwitfabrieken van alle cellen, werden voor het eerst ontdekt door George E. Palade. De structuur van ribosomen werd echter decennia later bepaald door Ada E. Yonath, Thomas A. Steitz en Venkatraman Ramakrishnan.
Een beschrijving van ribosomen
Ribosomen ontlenen hun naam aan de 'ribo' van ribonucleïnezuur (RNA) en 'soma', wat Latijn is voor 'lichaam'.
Wetenschappers definiëren ribosomen als een structuur in cellen, een van de verschillende kleinere cellulaire subsets genoemd organellen. Ribosomen hebben twee subeenheden, een grote en een kleine. De nucleolus maakt deze subeenheden, die aan elkaar vergrendelen. Ribosomaal RNA en eiwitten (riboproteins) maak een ribosoom.
Sommige ribosomen zweven tussen het cytoplasma van de cel, terwijl andere zich hechten aan het endoplasmatisch reticulum (ER). Het endoplasmatisch reticulum bezaaid met ribosomen wordt genoemd ruw endoplasmatisch reticulum (RER); de glad endoplasmatisch reticulum (SER) heeft geen ribosomen.
De prevalentie van ribosomen
Afhankelijk van het organisme kan een cel enkele duizenden of zelfs miljoenen ribosomen bevatten. Ribosomen bestaan in zowel prokaryotische als eukaryotische cellen. Ze kunnen ook worden gevonden in bacteriën, mitochondriën en chloroplasten. Ribosomen komen vaker voor in cellen die een constante eiwitsynthese vereisen, zoals hersen- of pancreascellen.
Sommige ribosomen kunnen behoorlijk massief zijn. In eukaryoten kunnen ze 80 eiwitten hebben en bestaan uit meerdere miljoenen atomen. Hun RNA-gedeelte neemt meer van de massa in dan hun eiwitgedeelte.
Ribosomen zijn eiwitfabrieken
Ribosomen nemen codons, die reeksen van drie nucleotiden zijn, van messenger RNA (mRNA). Een codon dient als een sjabloon uit het DNA van de cel om een bepaald eiwit te maken. Ribosomen vertalen vervolgens de codons en matchen ze met een aminozuur van overdracht RNA (TRNA). Dit staat bekend als vertaling.
Het ribosoom heeft drie tRNA-bindingsplaatsen: een aminoacyl bindingsplaats (een plaats) voor het binden van aminozuren, a peptidyl site (P-site) en een Uitgang site (E-site).
Na dit proces bouwt het vertaalde aminozuur voort op een eiwitketen genaamd a polypeptide, totdat de ribosomen hun werk van het maken van een eiwit voltooien. Als het polypeptide eenmaal in het cytoplasma is afgegeven, wordt het een functioneel eiwit. Dit proces is waarom ribosomen vaak worden gedefinieerd als eiwitfabrieken. De drie stadia van eiwitproductie worden initiatie, verlenging en translatie genoemd.
Deze machineachtige ribosomen werken snel en grenzen in sommige gevallen aan 200 aminozuren per minuut; prokaryoten kunnen 20 aminozuren per seconde toevoegen. Complexe eiwitten hebben een paar uur nodig om te assembleren. Ribosomen maken de meeste van de ongeveer 10 miljard eiwitten in de cellen van zoogdieren.
Voltooide eiwitten kunnen op hun beurt verdere veranderingen of vouwen ondergaan; dit heet post-translationele aanpassing. In eukaryotes, de Golgi-apparaat voltooit het eiwit voordat het wordt vrijgegeven. Zodra ribosomen hun werk hebben voltooid, worden hun subeenheden gerecycled of gedemonteerd.
Wie heeft ribosomen ontdekt?
George E. Palade ontdekte voor het eerst ribosomen in 1955. Palade's ribosoombeschrijving schilderde ze af als cytoplasmatische deeltjes die geassocieerd zijn met het membraan van het endoplasmatisch reticulum. Palade en andere onderzoekers vonden de functie van ribosomen, wat de eiwitsynthese was.
Francis Crick zou vervolgens de centraal dogma van de biologie, die het proces van het opbouwen van leven samenvatte als "DNA maakt RNA maakt eiwit."
Hoewel de algemene vorm werd bepaald met behulp van elektronenmicroscopiebeelden, zou het nog enkele decennia duren om de werkelijke structuur van ribosomen te bepalen. Dit was grotendeels te wijten aan de relatief immense grootte van ribosomen, die de analyse van hun structuur in kristalvorm remden.
De ontdekking van ribosoomstructuur
Terwijl Palade het ribosoom ontdekte, bepaalden andere wetenschappers de structuur ervan. Drie afzonderlijke wetenschappers ontdekten de structuur van ribosomen: Ada E. Yonath, Venkatraman Ramakrishnan en Thomas A. Steitz. Deze drie wetenschappers werden in 2009 beloond met de Nobelprijs voor de chemie.
De ontdekking van een driedimensionale ribosoomstructuur vond plaats in 2000. Yonath, geboren in 1939, opende de deur voor deze openbaring. Haar eerste werk aan dit project begon in de jaren tachtig. Ze gebruikte microben uit warmwaterbronnen om hun ribosomen te isoleren, vanwege hun robuuste karakter in een barre omgeving. Ze was in staat ribosomen te kristalliseren zodat ze konden worden geanalyseerd via röntgenkristallografie.
Dit genereerde een patroon van stippen op een detector zodat de posities van ribosomale atomen konden worden gedetecteerd. Yonath produceerde uiteindelijk hoogwaardige kristallen met behulp van cryokristallografie, wat betekent dat de ribosomale kristallen werden ingevroren om te voorkomen dat ze afbreken.
Wetenschappers probeerden vervolgens de "fasehoek" voor de stippenpatronen op te helderen. Naarmate de technologie verbeterde, leidden verfijningen van de procedure tot details op het niveau van één atoom. Steitz, geboren in 1940, was in staat om te ontdekken welke reactiestappen welke atomen betroffen, bij de verbindingen van aminozuren. Hij vond de fase-informatie voor de grotere eenheid van het ribosoom in 1998.
Ramakrishan, geboren in 1952, werkte op zijn beurt om de fase van röntgendiffractie op te lossen voor een goede moleculaire kaart. Hij vond de fase-informatie voor de kleinere subeenheid van het ribosoom.
Vandaag hebben verdere vorderingen in volledige ribosoomkristallografie geleid tot een betere resolutie van ribosoomcomplexstructuren. In 2010 kristalliseerden wetenschappers met succes de eukaryote 80S-ribosomen van Saccharomyces cerevisiae en konden de röntgenstructuur in kaart brengen ("80S" is een soort categorisatie die een Svedberg-waarde wordt genoemd; meer hierover binnenkort). Dit leidde op zijn beurt tot meer informatie over eiwitsynthese en -regulatie.
Ribosomen van kleinere organismen zijn tot nu toe het gemakkelijkst gebleken om mee te werken om de ribosoomstructuur te bepalen. Dit komt omdat de ribosomen zelf kleiner en minder complex zijn. Meer onderzoek is nodig om de structuren van de ribosomen van hogere organismen, zoals die bij mensen, te helpen bepalen. Wetenschappers hopen ook meer te weten te komen over de ribosomale structuur van ziekteverwekkers, om te helpen bij de strijd tegen ziekten.
Wat is een ribozym?
De voorwaarde ribozym verwijst naar de grootste van de twee subeenheden van een ribosoom. Een ribozym fungeert als een enzym, vandaar de naam. Het dient als een katalysator in eiwitassemblage.
Ribosomen categoriseren op basis van Svedberg-waarden
Svedberg (S) -waarden beschrijven de sedimentatiesnelheid in een centrifuge. Wetenschappers beschrijven vaak ribosomale eenheden met behulp van Svedberg-waarden. Prokaryoten bezitten bijvoorbeeld 70S ribosomen die bestaan uit één eenheid met 50S en één van 30S.
Deze kloppen niet omdat de bezinkingssnelheid meer te maken heeft met grootte en vorm dan met het molecuulgewicht. Eukaryotische cellen bevatten daarentegen 80S ribosomen.
Het belang van de structuur van het ribosoom
Ribosomen zijn essentieel voor al het leven, want ze maken de eiwitten die zorgen voor het leven en zijn bouwstenen. Sommige essentiële eiwitten voor het menselijk leven zijn onder andere hemoglobine in rode bloedcellen, insuline en antilichamen.
Nadat onderzoekers de structuur van ribosomen hadden onthuld, opende dit nieuwe mogelijkheden voor exploratie. Een van die manieren van onderzoek is voor nieuwe antibiotica. Nieuwe medicijnen kunnen bijvoorbeeld de ziekte stoppen door zich te richten op bepaalde structurele componenten van de ribosomen van bacteriën.
Dankzij de structuur van ribosomen ontdekt door Yonath, Steitz en Ramakrishnan, weten onderzoekers nu precieze locaties tussen aminozuren en de locaties waar eiwitten ribosomen verlaten. Naderen op de locatie waar antibiotica zich aan ribosomen hechten, opent een veel hogere precisie bij de werking van geneesmiddelen.
Dit is van cruciaal belang in een tijdperk waarin voorheen krachtige antibiotica te maken hebben gehad met antibioticaresistente bacteriestammen. De ontdekking van ribosoomstructuur is daarom van groot belang voor de geneeskunde.