ساختار و عملکرد ریبوزوم

ریبوزوم ماشین بزرگ ریبونوکلئوپروتئینی است که عمل ترجمه را انجام می‌دهد، یعنی RNA پیام‌رسان را می‌خواند و پروتئین‌ها را سنتز می‌کند. این ماشین که از RNA ریبوزومی و پروتئین‌های متعدد سازمان‌یافته در دو زیرواحد ساخته شده است، هم کدون‌ها را رمزگشایی می‌کند و هم تشکیل پیوند پپتیدی را کاتالیز می‌کند.

Definition

ریبوزوم یک کمپلکس ریبونوکلئوپروتئینی دو زیرواحدی است که زیرواحد کوچک آن کدون‌های RNA پیام‌رسان را رمزگشایی می‌کند و زیرواحد بزرگ آن از طریق RNA ریبوزومی خود، تشکیل پیوند پپتیدی را کاتالیز می‌کند و بدین ترتیب ریبوزوم را به یک ریبوزیم تبدیل می‌کند.

Scope

این موضوع معماری دو زیرواحدی ریبوزوم، ترکیب RNA ریبوزومی و پروتئینی آن، مرکز رمزگشایی در زیرواحد کوچک و مرکز پپتیدیل ترانسفراز در زیرواحد بزرگ، جایگاه‌های A، P و E برای RNAهای ناقل، و این یافته که کاتالیز توسط RNA انجام می‌شود را پوشش می‌دهد. این یک موضوع ساختاری و مکانیکی است، نه یک راهنمای بالینی.

Core questions

• اجزاء و معماری کلی ریبوزوم چیست؟
• رمزگشایی و تشکیل پیوند پپتیدی در کجا اتفاق می‌افتد؟
• چرا ریبوزوم یک ریبوزیم محسوب می‌شود؟
• ریبوزوم‌های باکتریایی و یوکاریوتی چه تفاوت‌هایی دارند؟

Key concepts

• زیرواحدهای کوچک و بزرگ ریبوزومی
• RNA ریبوزومی (rRNA) و پروتئین‌های ریبوزومی
• مرکز رمزگشایی (زیرواحد کوچک)
• مرکز پپتیدیل ترانسفراز (زیرواحد بزرگ)
• جایگاه‌های A، P و E برای RNAهای ناقل
• پلی‌زوم‌ها
• جایگاه‌های اتصال آنتی‌بیوتیک

Key theories

ریبوزوم یک ریبوزیم است

ساختارهای اتمی زیرواحد بزرگ هیچ زنجیره جانبی پروتئینی را در جایگاه کاتالیزوری نشان ندادند، که نشان می‌دهد RNA ریبوزومی مرکز پپتیدیل ترانسفراز را تشکیل می‌دهد و تشکیل پیوند پپتیدی را کاتالیز می‌کند.

Mechanisms

ریبوزوم از یک زیرواحد کوچک تشکیل شده است که RNA پیام‌رسان را متصل می‌کند و جفت‌شدن کدون-آنتی‌کدون را در مرکز رمزگشایی خود نظارت می‌کند، و یک زیرواحد بزرگ که مرکز پپتیدیل ترانسفراز و تونلی را در خود جای داده است که از طریق آن زنجیره در حال سنتز خارج می‌شود. RNAهای ناقل سه جایگاه را اشغال می‌کنند: جایگاه‌های آمینواسیل (A)، پپتیدیل (P) و خروج (E) که هر دو زیرواحد را در بر می‌گیرند و با طویل شدن و جابجایی ریبوزوم، از طریق آن‌ها حرکت می‌کنند. ساختارهای با وضوح بالا از زیرواحدهای باکتریایی و ریبوزوم‌های کامل، و بعدها از ریبوزوم یوکاریوتی، نشان دادند که RNA ریبوزومی هم مراکز رمزگشایی و هم مراکز کاتالیزوری را تشکیل می‌دهد و ریبوزوم را به عنوان یک ماشین مبتنی بر RNA تثبیت می‌کند؛ بسیاری از این ساختارها همچنین محل اتصال آنتی‌بیوتیک‌ها را نیز مشخص کردند. چندین ریبوزوم می‌توانند به طور همزمان یک RNA پیام‌رسان را ترجمه کنند و پلی‌زوم‌ها را تشکیل دهند.

Clinical relevance

از آنجا که تعداد زیادی از آنتی‌بیوتیک‌های مهم بالینی به ریبوزوم‌های باکتریایی متصل شده و آن‌ها را مهار می‌کنند، و از آنجا که نقص در بیوژنز ریبوزوم باعث گروهی از اختلالات معروف به ریبوزوموپاتی‌ها می‌شود، ساختار ریبوزوم برای فارماکولوژی ضد میکروبی و برخی بیماری‌ها حیاتی است. این مدخل ساختار و عملکرد را توضیح می‌دهد و مبنایی برای تصمیم‌گیری‌های تشخیصی یا درمانی فردی نیست.

Evidence & guidelines

تصویر ساختاری که در اینجا خلاصه شده است، بر اساس مطالعات کریستالوگرافی اشعه ایکس و کرایو-میکروسکوپی الکترونی ریبوزوم‌های باکتریایی و یوکاریوتی استوار است که در ادبیات مروری اصلی تثبیت شده‌اند.

History

ریبوزوم‌ها در اواسط قرن بیستم به عنوان جایگاه‌های سنتز پروتئین شناسایی شدند، اما معماری دقیق آن‌ها تنها در حدود سال 2000 آشکار شد، زمانی که ساختارهای بلوری زیرواحدهای بزرگ و کوچک باکتریایی، و سپس ریبوزوم کامل 70S همراه با mRNA و tRNA، حل شدند. ریبوزوم یوکاریوتی در سال 2011 با وضوح بالا حل شد، و پیشرفت‌ها در کرایو-میکروسکوپی الکترونی از آن زمان ریبوزوم را در بسیاری از حالت‌های عملکردی به تصویر کشیده‌اند.

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

ریبوزوم از چه چیزی ساخته شده است؟

ریبوزوم از RNA ریبوزومی و بسیاری از پروتئین‌های ریبوزومی که در دو زیرواحد سازماندهی شده‌اند، ساخته شده است؛ RNA هم مرکز رمزگشایی و هم مرکز کاتالیزوری پپتیدیل ترانسفراز را تشکیل می‌دهد.

چرا بسیاری از آنتی‌بیوتیک‌ها ریبوزوم را هدف قرار می‌دهند؟

ریبوزوم‌های باکتریایی به اندازه کافی با ریبوزوم‌های انسانی متفاوت هستند که داروها می‌توانند به جایگاه‌های عملکردی روی ریبوزوم باکتریایی متصل شده و سنتز پروتئین را به طور انتخابی مسدود کنند، به همین دلیل ریبوزوم یک هدف اصلی برای آنتی‌بیوتیک‌ها است.