Struktur und Funktion des Ribosoms

Das Ribosom ist die große Ribonukleoprotein-Maschine, die die Translation durchführt, indem sie Boten-RNA abliest und Proteine synthetisiert. Es besteht aus ribosomaler RNA und vielen Proteinen, die in zwei Untereinheiten angeordnet sind, und dekodiert sowohl Codons als auch katalysiert die Peptidbindung.

Definition

Das Ribosom ist ein Ribonukleoprotein-Komplex aus zwei Untereinheiten, dessen kleine Untereinheit Boten-RNA-Codons dekodiert und dessen große Untereinheit die Peptidbindung durch ihre ribosomale RNA katalysiert, wodurch das Ribosom zu einem Ribozym wird.

Scope

Dieses Thema behandelt die Zwei-Untereinheiten-Architektur des Ribosoms, seine ribosomale RNA- und Proteinzusammensetzung, das Dekodierungszentrum auf der kleinen Untereinheit und das Peptidyltransferasezentrum auf der großen Untereinheit, die A-, P- und E-Transfer-RNA-Stellen sowie die Erkenntnis, dass die Katalyse durch RNA erfolgt. Es handelt sich um ein strukturelles und mechanistisches Thema, nicht um eine klinische Leitlinie.

Core questions

• Welche Komponenten und welche Gesamtarchitektur hat das Ribosom?
• Wo finden die Dekodierung und die Peptidbindung statt?
• Warum wird das Ribosom als Ribozym betrachtet?
• Wie unterscheiden sich bakterielle und eukaryotische Ribosomen?

Key concepts

• Kleine und große ribosomale Untereinheiten
• Ribosomale RNA (rRNA) und ribosomale Proteine
• Dekodierungszentrum (kleine Untereinheit)
• Peptidyltransferasezentrum (große Untereinheit)
• A-, P- und E-Transfer-RNA-Stellen
• Polysomen
• Antibiotika-Bindungsstellen

Key theories

Das Ribosom ist ein Ribozym

Atomare Strukturen der großen Untereinheit zeigten keine Proteinseitenketten am katalytischen Zentrum, was darauf hindeutet, dass ribosomale RNA das Peptidyltransferasezentrum bildet und die Peptidbindung katalysiert.

Mechanisms

Das Ribosom besteht aus einer kleinen Untereinheit, die Boten-RNA bindet und die Codon-Anticodon-Paarung in ihrem Dekodierungszentrum überwacht, und einer großen Untereinheit, die das Peptidyltransferasezentrum und einen Tunnel enthält, durch den die naszierende Kette austritt. Transfer-RNAs besetzen drei Stellen, die Aminoacyl- (A), Peptidyl- (P) und Exit- (E) Stellen, die beide Untereinheiten umfassen, und bewegen sich durch diese, während das Ribosom elongiert und translokiert. Hochauflösende Strukturen bakterieller Untereinheiten und kompletter Ribosomen, und später des eukaryotischen Ribosoms, zeigten, dass ribosomale RNA sowohl die Dekodierungs- als auch die katalytischen Zentren bildet, wodurch das Ribosom als RNA-basierte Maschine etabliert wurde; viele dieser Strukturen kartierten auch, wo Antibiotika binden. Mehrere Ribosomen können eine Boten-RNA gleichzeitig translatieren und so Polysomen bilden.

Clinical relevance

Da zahlreiche klinisch wichtige Antibiotika an bakterielle Ribosomen binden und diese hemmen, und da Defekte in der Ribosomenbiogenese eine Gruppe von Erkrankungen, die sogenannten Ribosomopathien, verursachen, ist die Ribosomenstruktur von zentraler Bedeutung für die antimikrobielle Pharmakologie und bestimmte Krankheiten. Dieser Eintrag erläutert Struktur und Funktion und ist keine Grundlage für individuelle diagnostische oder therapeutische Entscheidungen.

Evidence & guidelines

Das hier zusammengefasste strukturelle Bild basiert auf röntgenkristallographischen und kryo-elektronenmikroskopischen Studien bakterieller und eukaryotischer Ribosomen, die in der einschlägigen Übersichts-Literatur konsolidiert sind.

History

Ribosomen wurden Mitte des 20. Jahrhunderts als Orte der Proteinsynthese identifiziert, aber ihre detaillierte Architektur wurde erst um 2000 bekannt, als Kristallstrukturen der großen und kleinen bakteriellen Untereinheiten und dann des kompletten 70S-Ribosoms mit mRNA und tRNA gelöst wurden. Das eukaryotische Ribosom wurde 2011 hochauflösend aufgelöst, und Fortschritte in der Kryo-Elektronenmikroskopie haben seitdem das Ribosom in vielen funktionellen Zuständen erfasst.

Key figures

• Thomas Steitz
• V. Ramakrishnan
• Ada Yonath
• Marat Yusupov
• Joachim Frank

Seminal works

• nissen-2000
• carter-2000
• selmer-2006
• ben-shem-2011

Frequently asked questions

Woraus besteht das Ribosom?

Das Ribosom besteht aus ribosomaler RNA und vielen ribosomalen Proteinen, die in zwei Untereinheiten organisiert sind; die RNA bildet sowohl das Dekodierungszentrum als auch das katalytische Peptidyltransferasezentrum.

Warum zielen viele Antibiotika auf das Ribosom ab?

Bakterielle Ribosomen unterscheiden sich ausreichend von menschlichen Ribosomen, sodass Medikamente selektiv an funktionelle Stellen des bakteriellen Ribosoms binden und die Proteinsynthese blockieren können, weshalb das Ribosom ein wichtiges Antibiotika-Ziel ist.