โครงสร้างและหน้าที่ของไรโบโซม

เครื่องจักรไรโบนิวคลีโอโปรตีนสองหน่วยย่อยที่ถอดรหัส messenger RNA และสร้างพันธะเปปไทด์ ซึ่งเป็นไรโบไซม์ที่เป็นหัวใจสำคัญของทุกเซลล์

Definition

ไรโบโซมคือเชิงซ้อนไรโบนิวคลีโอโปรตีนขนาดใหญ่สองหน่วยย่อยที่ทำหน้าที่แปลรหัส (translation) โดยเป็นตำแหน่งที่ถอดรหัส mRNA codons เทียบกับ tRNA anticodons และเป็นศูนย์กลางเร่งปฏิกิริยาที่เชื่อมกรดอะมิโนเข้าด้วยกันเป็นพอลิเปปไทด์

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมสถาปัตยกรรมของไรโบโซมและวิธีการที่โครงสร้างนั้นดำเนินการแปลรหัส (translation) โดยกล่าวถึงหน่วยย่อยขนาดเล็กและขนาดใหญ่ องค์ประกอบของ ribosomal RNA และโปรตีน ตำแหน่งการจับ tRNA แบบ A, P และ E ศูนย์ถอดรหัส (decoding centre) และศูนย์ peptidyl transferase นอกจากนี้ยังระบุว่าไรโบโซมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ RNA เป็นหลัก กลไกทีละขั้นตอนของการเริ่มต้น (initiation) การยืดตัว (elongation) และการสิ้นสุด (termination) จะกล่าวถึงในหัวข้อที่เกี่ยวข้อง

Core questions

• หน่วยย่อยของไรโบโซมทั้งสองชนิดประกอบด้วยอะไรบ้างและแต่ละชนิดทำหน้าที่อะไร?
• mRNA และ tRNA จับกับไรโบโซมที่ส่วนใด?
• ไรโบโซมมั่นใจได้อย่างไรว่ามีการเลือก tRNA ที่ถูกต้อง?
• ส่วนใดของไรโบโซมที่เร่งปฏิกิริยาการสร้างพันธะเปปไทด์?

Key theories

ไรโบโซมเป็นไรโบไซม์

การสร้างพันธะเปปไทด์ถูกเร่งปฏิกิริยาโดย ribosomal RNA แทนที่จะเป็นโปรตีน ทำให้ไรโบโซมเป็นเอนไซม์ RNA และสนับสนุนแนวคิดที่ว่าการเร่งปฏิกิริยาโดย RNA มีมาก่อนเอนไซม์โปรตีน

การแบ่งส่วนหน้าที่ของตำแหน่งต่างๆ

การถอดรหัสเกิดขึ้นในหน่วยย่อยขนาดเล็กในขณะที่การเร่งปฏิกิริยาเกิดขึ้นในหน่วยย่อยขนาดใหญ่ และตำแหน่ง A, P และ E จัดการการเข้า การจับเปปทิดิล และการออกของ tRNA ในขณะที่ไรโบโซมเคลื่อนที่ไปตามข้อความ

Mechanisms

หน่วยย่อยขนาดเล็กจะจับกับ mRNA และเป็นที่ตั้งของศูนย์ถอดรหัส ซึ่งจะตรวจสอบการจับคู่ของ codon–anticodon เพื่อให้เฉพาะ aminoacyl-tRNAs ที่จับคู่ถูกต้องเท่านั้นที่ได้รับการยอมรับ หน่วยย่อยขนาดใหญ่ประกอบด้วยศูนย์ peptidyl transferase ซึ่งเกิดจาก ribosomal RNA ทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาการสร้างพันธะเปปไทด์ และอุโมงค์ทางออก (exit tunnel) ซึ่งเป็นทางออกของสายโซ่ที่กำลังเกิดใหม่ Transfer RNAs จะเคลื่อนที่ผ่านตำแหน่ง A (aminoacyl), P (peptidyl) และ E (exit) ในขณะที่ไรโบโซมเคลื่อนที่ไปทีละ codon โดยประสานการถอดรหัสกับการสร้างพันธะ

Clinical relevance

ความแตกต่างทางโครงสร้างระหว่างไรโบโซมของแบคทีเรียและยูคาริโอตถูกนำมาใช้ประโยชน์โดยยาปฏิชีวนะที่มีความสำคัญทางคลินิกหลายชนิด และความบกพร่องของไรโบโซมทำให้เกิดกลุ่มความผิดปกติ; ข้อมูลนี้เสนอเพื่อความสำคัญ ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

History

การวิจัยทางชีวเคมีหลายทศวรรษได้กำหนดหน่วยย่อยและปริมาณ RNA ของไรโบโซม โครงสร้างผลึกความละเอียดสูงในช่วงปี 2000 ได้เปิดเผยสถาปัตยกรรมระดับอะตอมและแสดงให้เห็นว่าศูนย์เร่งปฏิกิริยาคือ RNA ซึ่งเป็นผลงานที่ได้รับการยอมรับจากรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 2009

Key figures

• Ada Yonath
• Venkatraman Ramakrishnan
• Thomas Steitz

Seminal works

• watson2013
• lodish2016

Frequently asked questions

ทำไมไรโบโซมจึงถูกเรียกว่าไรโบไซม์?

เนื่องจากศูนย์เร่งปฏิกิริยาของมัน ซึ่งสร้างพันธะเปปไทด์ ประกอบด้วย ribosomal RNA แทนที่จะเป็นโปรตีน ดังนั้นโมเลกุล RNA จึงทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยา

ตำแหน่ง A, P และ E คืออะไร?

ตำแหน่งการจับ tRNA สามตำแหน่งบนไรโบโซม: ตำแหน่ง A รับ aminoacyl-tRNA ที่เข้ามา ตำแหน่ง P จับเปปไทด์ที่กำลังเติบโต และตำแหน่ง E เป็นที่ที่ tRNA ที่ใช้แล้วออกจากไรโบโซม