Struktur und Funktion des Ribosoms

Die aus zwei Untereinheiten bestehende Ribonukleoprotein-Maschine, die Messenger-RNA entschlüsselt und Peptidbindungen bildet – ein Ribozym im Herzen jeder Zelle.

Definition

Das Ribosom ist der große Ribonukleoprotein-Komplex aus zwei Untereinheiten, der die Translation durchführt, indem er die Stellen bereitstellt, die mRNA-Codons mit tRNA-Anticodons entschlüsseln, und das katalytische Zentrum, das Aminosäuren zu einem Polypeptid verbindet.

Scope

Dieses Thema behandelt die Architektur des Ribosoms und wie diese Struktur die Translation durchführt. Es befasst sich mit den kleinen und großen Untereinheiten, ihrer ribosomalen RNA- und Proteinzusammensetzung, den A-, P- und E-tRNA-Bindungsstellen, dem Decodierungszentrum und dem Peptidyltransferasezentrum. Es etabliert das Ribosom als RNA-basierten Katalysator; die schrittweise Mechanik von Initiation, Elongation und Termination wird in einem Begleitthema behandelt.

Core questions

• Woraus bestehen die beiden ribosomalen Untereinheiten und welche Funktion hat jede?
• Wo am Ribosom binden mRNA und tRNAs?
• Wie stellt das Ribosom sicher, dass die richtige tRNA ausgewählt wird?
• Welcher Teil des Ribosoms katalysiert die Peptidbindungsbildung?

Key theories

Das Ribosom ist ein Ribozym

Die Peptidbindungsbildung wird durch ribosomale RNA und nicht durch Protein katalysiert, was das Ribosom zu einem RNA-Enzym macht und die Vorstellung unterstützt, dass RNA-basierte Katalyse den Proteinenzymen vorausging.

Funktionelle Kompartimentierung der Stellen

Die Decodierung erfolgt in der kleinen Untereinheit, während die Katalyse in der großen Untereinheit stattfindet, und die A-, P- und E-Stellen organisieren den Eintritt, das Halten des Peptidyls und den Austritt der tRNAs, während sich das Ribosom entlang der Botschaft bewegt.

Mechanisms

Die kleine Untereinheit bindet mRNA und beherbergt das Decodierungszentrum, wo die Codon-Anticodon-Paarung überwacht wird, sodass nur korrekt passende Aminoacyl-tRNAs akzeptiert werden. Die große Untereinheit enthält das Peptidyltransferasezentrum, das aus ribosomaler RNA besteht und die Peptidbindungsbildung katalysiert, sowie den Austrittstunnel, durch den die naszierende Kette austritt. Transfer-RNAs bewegen sich durch die A- (Aminoacyl), P- (Peptidyl) und E- (Exit) Stellen, während das Ribosom Codon für Codon translokiert und die Decodierung mit der Bindungsbildung koordiniert.

Clinical relevance

Strukturelle Unterschiede zwischen bakteriellen und eukaryotischen Ribosomen werden von vielen klinisch wichtigen Antibiotika genutzt, und ribosomale Defekte verursachen eine Gruppe von Erkrankungen; dies wird als Bedeutung und nicht als klinische Leitlinie angeboten.

History

Jahrzehntelange biochemische Forschung definierte die Untereinheiten und den RNA-Gehalt des Ribosoms; hochauflösende Kristallstrukturen um das Jahr 2000 enthüllten die atomare Architektur und zeigten, dass das katalytische Zentrum aus RNA besteht, eine Arbeit, die mit dem Nobelpreis für Chemie 2009 gewürdigt wurde.

Key figures

• Ada Yonath
• Venkatraman Ramakrishnan
• Thomas Steitz

Seminal works

• watson2013
• lodish2016

Frequently asked questions

Warum wird das Ribosom als Ribozym bezeichnet?

Weil sein katalytisches Zentrum, das Peptidbindungen bildet, aus ribosomaler RNA und nicht aus Protein besteht, sodass ein RNA-Molekül die Katalyse durchführt.

Was sind die A-, P- und E-Stellen?

Drei tRNA-Bindungsstellen am Ribosom: Die A-Stelle nimmt die eingehende Aminoacyl-tRNA auf, die P-Stelle hält das wachsende Peptid, und die E-Stelle ist der Ort, an dem die verbrauchte tRNA austritt.