Ribozom

Rozbalit box

Obsah boxu

Šablona:Infobox - buněčná komponenta Ribozom je malá buněčná organela bez membránového ohraničení, která je nezbytná pro život všech známých organismů. Jeho hlavní a klíčovou funkcí je proteosyntéza (tvorba proteinů), proces známý jako translace. Během translace ribozom "čte" genetickou informaci zakódovanou v molekule mediátorové RNA (mRNA) a na jejím základě spojuje jednotlivé aminokyseliny do dlouhých polypeptidových řetězců, které se následně skládají do funkčních proteinů.

Ribozomy se nacházejí ve vysokých počtech v cytoplazmě všech buněk. U eukaryot jsou buď volně v cytoplazmě, nebo vázané na membrány hrubého endoplazmatického retikula. Menší počet ribozomů se nachází také v mitochondriích (tzv. mitoribozomy) a u rostlin a řas i v chloroplastech (plastoribozomy). Z chemického hlediska se jedná o komplex ribonukleových kyselin a proteinů, proto se řadí mezi ribonukleoproteiny.

⏳ Historie objevu

Ribozomy byly poprvé pozorovány v polovině 50. let 20. století rumunsko-americkým buněčným biologem Georgem Emilem Paladem pomocí elektronového mikroskopu jako husté částice či granule. Termín "ribozom" navrhl vědec Richard B. Roberts na konci 50. let. Za tento objev získali Albert Claude, Christian de Duve a George Emil Palade v roce 1974 společně Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu.

Další významný milník přišel v roce 2009, kdy byla udělena Nobelova cena za chemii Venkatramanu Ramakrishnanovi, Thomasi A. Steitzovi a Adě E. Jonathové za detailní objasnění struktury a funkce ribozomu na atomární úrovni pomocí rentgenové krystalografie. Jejich práce umožnila pochopit, jak ribozomy s obrovskou přesností překládají genetický kód do proteinů.

🏗️ Struktura a složení

Ribozom je komplexní makromolekulární stroj skládající se ze dvou základních podjednotek – menší a větší. Tyto podjednotky se spojují na molekule mRNA na začátku proteosyntézy a po jejím skončení se opět oddělují. Složení ribozomů je zhruba ze dvou třetin tvořeno ribozomální RNA (rRNA) a z jedné třetiny ribozomálními proteiny. Právě rRNA je klíčová pro katalytickou funkci ribozomu, což z něj činí ribozym – molekulu RNA s enzymatickou aktivitou.

Ribozomy a jejich podjednotky se často charakterizují pomocí sedimentačního koeficientu měřeného ve Svedbergových jednotkách (S), který vyjadřuje rychlost jejich sedimentace v ultracentrifuze a nepřímo odráží jejich velikost a tvar.

Rozdíly mezi prokaryotickými a eukaryotickými ribozomy

Ačkoliv je základní funkce ribozomů univerzální, existují mezi prokaryotickými a eukaryotickými buňkami významné rozdíly ve velikosti a složení jejich ribozomů. Tyto rozdíly jsou klíčové pro medicínu, protože umožňují antibiotikům cílit specificky na bakteriální ribozomy a blokovat jejich proteosyntézu, aniž by ovlivnily ribozomy lidské.

• Prokaryotický ribozom (70S): Je menší, s celkovým koeficientem 70S.
  • Malá podjednotka (30S): Obsahuje 16S rRNA a přibližně 21 různých proteinů.
  • Velká podjednotka (50S): Skládá se z 5S rRNA, 23S rRNA a asi 34 proteinů.

• Eukaryotický ribozom (80S): Je větší a komplexnější, s koeficientem 80S.
  • Malá podjednotka (40S): Obsahuje 18S rRNA a zhruba 33 proteinů.
  • Velká podjednotka (60S): Skládá se z 5S rRNA, 5.8S rRNA, 28S rRNA a asi 49 proteinů.

Vazebná místa

Funkční ribozom má jedno vazebné místo pro mRNA a tři hlavní vazebná místa pro transferovou RNA (tRNA), která přináší aminokyseliny:

• A-místo (aminoacylové): Zde se váže nová molekula tRNA nesoucí další aminokyselinu, která má být přidána do řetězce.
• P-místo (peptidylové): Drží tRNA, na kterou je navázán rostoucí polypeptidový řetězec.
• E-místo (exit): Místo, kudy tRNA po odevzdání své aminokyseliny opouští ribozom.

Velkou podjednotkou také prochází tunel, kterým je nově syntetizovaný polypeptidový řetězec chráněn a veden ven z ribozomu.

⚙️ Funkce: Továrna na proteiny

Hlavní funkcí ribozomu je translace, tedy překlad genetické informace z jazyka nukleotidů (v mRNA) do jazyka aminokyselin (v proteinech). Celý proces lze rozdělit do tří fází:

1. Iniciace: Malá ribozomální podjednotka se naváže na molekulu mRNA a pohybuje se po ní, dokud nenajde startovací kodon (obvykle AUG). K tomuto kodonu se připojí iniciační tRNA nesoucí aminokyselinu methionin. Následně se připojí velká ribozomální podjednotka a vytvoří se kompletní funkční ribozom.
2. Elongace: Ribozom se posouvá po mRNA kodon po kodonu. Pro každý kodon přichází do A-místa odpovídající tRNA s aminokyselinou. Katalytické centrum ve velké podjednotce (tvořené rRNA) vytvoří peptidovou vazbu mezi novou aminokyselinou a rostoucím řetězcem v P-místě. Poté se ribozom posune o další kodon, "prázdná" tRNA se přesune do E-místa a opustí ribozom, a cyklus se opakuje.
3. Terminace: Když ribozom narazí na jeden ze tří stop kodonů na mRNA, pro které neexistuje odpovídající tRNA, naváže se na A-místo uvolňovací faktor. Ten způsobí odpojení hotového polypeptidového řetězce od poslední tRNA, a celý komplex (ribozom, mRNA, tRNA) se rozpadne.

Na jedné molekule mRNA může pracovat více ribozomů současně, čímž vzniká struktura zvaná polyzom nebo polyribozom, což výrazně zefektivňuje produkci proteinů.

🧬 Biogeneze ribozomů

Syntéza ribozomů, známá jako ribozomální biogeneze, je pro buňku energeticky velmi náročný a komplexní proces. U eukaryot probíhá převážně v jadérku, husté oblasti uvnitř buněčného jádra. Geny pro většinu molekul rRNA (18S, 5.8S a 28S) jsou přepisovány RNA polymerázou I jako jediný dlouhý prekurzor (pre-rRNA). Tento prekurzor je následně rozštěpen a upraven na finální molekuly rRNA. Gen pro 5S rRNA je přepisován RNA polymerázou III mimo jadérko. Ribozomální proteiny jsou syntetizovány v cytoplazmě na hotových ribozomech a následně importovány do jádra a jadérka, kde se spojují s molekulami rRNA za vzniku ribozomálních podjednotek. Tyto téměř kompletní podjednotky jsou pak exportovány z jádra do cytoplazmy, kde dochází k jejich finálnímu dozrání a zapojení do translace.

🔬 Ribozom pro laiky

Představte si buňku jako obrovské město. V tomto městě je centrální knihovna (jádro), která obsahuje všechny stavební plány pro celé město (to je DNA). Když je potřeba postavit novou budovu (protein), nemůžete si odnést celý originální plán. Místo toho si pořídíte jeho kopii (mRNA).

Tato kopie putuje z knihovny do stavební firmy – a tou je právě ribozom. Ribozom je jako supermoderní 3D tiskárna spojená s montážním robotem. Přečte si instrukce z kopie plánu (mRNA) a podle nich začne stavět.

Stavebním materiálem jsou aminokyseliny, které si můžeme představit jako speciální cihličky. Tyto cihličky na stavbu přivážejí malé nákladní vozy (tRNA). Každý náklaďáček vozí jen jeden typ cihličky a má na sobě kód, který musí přesně pasovat k instrukci na plánu.

Ribozom tedy čte plán (mRNA) a volá si správné náklaďáčky (tRNA) se správnými cihličkami (aminokyselinami). Jakmile náklaďáček dorazí, ribozom vezme jeho cihličku a pevně ji spojí s předchozí. Tímto způsobem postupně skládá dlouhý řetěz z cihliček, přesně podle plánu. Když je celý řetěz hotový (protein), ribozom ho uvolní a ten se sám složí do finální podoby budovy, která může ve městě (buňce) začít plnit svou funkci.

💊 Medicínský a vědecký význam

Ribozomy jsou klíčové pro základní procesy v buňce a jejich poruchy, známé jako ribozomopatie, mohou vést k vážným onemocněním, jako je například Diamondova-Blackfanova anémie.

Díky rozdílům mezi prokaryotickými a eukaryotickými ribozomy jsou bakteriální ribozomy vynikajícím cílem pro mnohá antibiotika (např. tetracykliny, makrolidy). Ta se specificky vážou na bakteriální 70S ribozomy a inhibují různé fáze proteosyntézy, čímž zastavují růst a množení bakterií, aniž by poškozovaly lidské 80S ribozomy.

Sekvence genů pro rRNA jsou ve evoluci velmi konzervativní a mění se jen pomalu. Porovnávání sekvencí rRNA (zejména 16S rRNA u prokaryot) je proto mocným nástrojem ve fylogenetice a taxonomii pro určování evolučních vztahů mezi organismy.

Zdroje

WikiSkripta: Ribozom Wikipedie: Ribozom Štefánek, J. (2011): Medicína, nemoci, studium na 1. LF UK Slovenská Wikipédia: Ribozóm Wikipedie: rRNA Časopis Vesmír: Ribozom – továrna na proteiny Doučuji.eu: Syntéza bílkovin IS MUNI: Struktura a funkce ribozomu Khanova škola: Jádro, membrány, ribozomy, eukaryota a prokaryota WikiSkripta: Translace