Ribosomi - celični organeli za sintezo beljakovin in prevajanje RNK

Ribosomi: celični stroj za sintezo beljakovin in prevajanje mRNA/RNK. Poglobljeno o strukturi, funkciji v prokariontih in evkariontih ter mehanizmu prevajanja.

Ribosomi so ključni celični organel, odgovorni za prevajanje RNA in sintezo beljakovin. Pri tem iz aminokislin zgradijo verigo beljakovin, pri čemer kot predlogo uporabljajo sporočilno RNA. Ribosome najdemo v vseh živih celicah — tako v prokariontih kot v evkariontih.

Ribosom je sestavljen iz beljakovin in več molekul RNK (ribosomske RNK ali rRNK). Izhaja iz zapletenega procesa sestavljanja, ki pri evkariontih poteka v jedrcu: rRNK se transkribira v jedrcu, ki leži v središču jedra, in se tam združi z beljakovinami, kasneje pa se sestavljeni delci izvozijo skozi jedrne pore v citoplazmo. Jedro je zaščiteno z jedrno ovojnico, skozi jedrne pore pa prepušča molekule in sestavljene kompleksne delce ven.

Struktura in velikost

Ribosom je sestavljen iz dveh podenot — velike in male — ki se med prevajanjem združita. Velikost se meri v Svedbergovih enotah (S):

• Pri prokariontih je tipičen ribosom 70S (sestavljen iz 50S in 30S podenote).
• Pri evkariontih so ribosomi večji, običajno 80S (60S in 40S podenoti).

Ribosomska rRNK tvori jedro strukturne in funkcionalne enote; dejansko je peptidil transferazno središče, ki katalizira tvorbo peptidne vezi — to pomeni, da ima ribosom ribozimske lastnosti (katalitično delovanje opravlja RNK).

Lokacija v celici

Ribosome lahko najdemo kot:

• prosto v citoplazmi (sintetizirajo beljakovine, ki delujejo v citoplazmi ali organelih),
• vezane na grobi endoplazemski retikulum (grobi ER, tudi imenovan ergastoplazma) — tam sintetizirajo beljakovine, ki so namenjene za izvoz, v celično membrano ali v endomembranske kompartmentе.

Poleg tega imajo mitohondriji in kloroplasti svoje ribosome (spominjajo na bakterijske), saj ti organeli izvirajo iz prokariontskih prednikov.

Sinteza in sestavljanje ribosomov

• rRNK se transkribira iz DNK v jedru (v jedrcu), beljakovine ribosoma pa se prevedejo v citoplazmi in nato uvozijo v jedro.
• V jedrcu (nucleolusu) poteka proces zorenja in sestavljanja podenot; po izboljšavi se podenote izvozijo v citoplazmo, kjer se združijo v aktivne ribosome ob srečanju z mRNA.

Funkcija pri prevajanju

Glavna naloga ribosoma je prevajanje mRNA v beljakovinsko verigo. Proces poteka v treh glavnih korakih:

• Iniciacija: mala podenota prepozna začetek prevajanja na mRNA, pri čemer sodelujejo iniciacijski faktorji in iniciacijska tRNK.
• Elongacija: ribosom poteka po mRNA, vsaka tri nukleotidna skupina (kodon) določi, katera tRNK z ustrezno aminokislino se pritrdi; peptidne vezi povezujejo aminokislinske enote v naraščajočo verigo.
• Terminacija: ko ribosom doseže stop-kodon, prevajanje konča in novo sintetizirana beljakovina se sprosti.

Ribosom posreduje pravilno ujemanje med kodonom na mRNA in antikodonom na tRNK, s čimer zagotavlja natančnost prevajanja.

Pomen v biologiji in medicini

• Ribosomi so bistveni za rast in delovanje celic; njihova aktivnost močno vpliva na hitrost sinteze beljakovin in na hitrost rasti celice.
• Zaščitne aplikacije: številni antibiotiki ciljajo na bakterijske ribosome (ker se razlikujejo od evkariontskih), denimo tetraciklini, makrolidi in aminoglikozidi — s tem zavirajo bakterijsko prevajanje, ne da bi neposredno škodovali evkariontskim ribosomom.
• Napake v biosintezi in sestavi ribosomov so povezane z boleznimi (ribosomopatije) in imajo lahko vpliv na razvoj in celične funkcije.

Dodatne značilnosti

• V celici je število ribosomov zelo spremenljivo: bakterije lahko vsebujejo na stotine do tisoče ribosomov, hitro delujoče evkariontske celice pa stotine tisoč ali celo milijone.
• Ribosomi omogočajo tudi sočasno prepisovanje in prevajanje v prokariontih (mRNA prevaja takoj, ko nastane), medtem ko je pri evkariontih prevajanje ločeno v času in prostoru.
• Ribosomska funkcija je tesno povezana s celičnim nadzorom kakovosti — defektne mRNA ali nepopolne polipeptide hitro prepoznajo mehanizmi za razgradnjo.

Ribosomi so torej več kot le »tovarne« za beljakovine: so kompleksni biokemični stroji z natančno urejenimi procesi sestavljanja, regulacije in interakcije z ostalimi celičnimi sistemi.

Struktura ribosomov

Ribosomi so sestavljeni iz dveh delov: majhne ribosomske podenote, ki bere mRNA, in velike podenote, ki povezuje aminokisline v polipeptidno verigo. Vsaka podenota je sestavljena iz ene ali več molekul ribosomalne RNK (rRNA) in različnih beljakovin.

Evkarionti imajo ribosome 80S, ki jih sestavljata mala (40S) in velika (60S) podenota. Njihova mala podenota ima podenoto 16S RNA (sestavljeno iz 1540 nukleotidov), na katero je vezanih 21 beljakovin. Velika podenota ima podenote 5S RNA (120 nukleotidov), 28S RNA (4700 nukleotidov), 5,8S RNA (160 nukleotidov) in 46 beljakovin.

Slika 2: Velika (rdeča) in mala (modra) podenota se ujemata

Vprašanja in odgovori

V: Kaj so ribosomi?

V: Kje najdemo ribosome?

V: Kako nastanejo ribosomi?

V: Kam se ribosomi premaknejo, ko so narejeni?

V: Kaj je naloga ribosomov?

V: Koliko ribosomov potrebuje vsaka celica?

V: Kako celice pridobijo potrebno število ribosomov?

Išči po črki