Ribosomi: solun proteiinitehdas — rakenne, toiminta ja merkitys

Ribosomi — solun proteiinitehdas: rakenne, toiminta ja merkitys. Selkeä opas ribosomeista, niiden roolista translaatiossa, sijainnista ja vaikutuksesta solun toimintaan.

Ribosomit ovat solun keskeisiä proteiinien valmistajia ja tärkeitä soluelimiä. Ne suorittavat RNA:n translaatiota eli rakentavat proteiineja aminohapoista käyttäen lähetti- RNA:ta mallina. Ribosomeja löytyy kaikista elävistä soluista, sekä prokaryooteista kuin eukaryooteistakin.

Rakenne

Ribosomi on proteiinin ja RNA:n monimutkainen kompleksi. Se koostuu kahdesta alayksiköstä (pienestä ja suuresta), jotka liittyvät toisiinsa translaation aikana. Alayksiköt sisältävät useita ribosomaalisia proteiineja ja ribosomaalista RNA:ta (rRNA), joita syntetisoidaan ja esiasennetaan solun tumassa.

Ribosomien koko ilmoitetaan Svedberg-yksiköissä (S), jotka kuvaavat sedimentaatiokäyttäytymistä. Tyypillisesti prokaryoottien ribosomit ovat noin 70S (koostuvat 50S + 30S), kun taas eukaryoottien ribosomit ovat noin 80S (60S + 40S). Lisäksi mitokondrioissa ja viherhiukkasissa olevat ribosomit muistuttavat prokaryoottien 70S-ribosomeja.

Suurimman alayksikön keskellä sijaitsee peptidyltransferaasikeskus, jossa aminohappojen välille muodostuu peptidisidoksia; tämä katalyyttinen toiminto on suurelta osin rRNA:n varassa, eli ribosomi toimii ribosymina.

Toiminta ja translaatio

Ribosomin päätehtävä on siirtää informaatiota lähetti-RNA:sta proteiinin aminohappojärjestykseksi. Translaatio voidaan jakaa kolmeen päävaiheeseen:

• Initiaatio: pienen alayksikön, mRNA:n ja iniciaattori‑tRNA:n muodostama kompleksi asettuu starttikodonin kohdalle. Sitten suuri alayksikkö kiinnittyy ja ribosomi alkaa käännöksen.
• Elongaatio: siirtäjä-RNA:t (tRNA) tuovat aminohapot ribosomille. Ribosomissa on tyypillisesti kolme paikkaa (A, P ja E), joissa tRNA:t sitoutuvat, peptidisidokset muodostuvat ja ribosomi siirtyy eteenpäin.
• Terminaatio: kun ribosomi kohtaa stop-kodonin, vapautustekijät irrottavat valmiin polypeptidiketjun ja alayksiköt erotetaan toisistaan.

Translaatiossa tarvitaan lukuisia apureita, kuten elongaatio- ja iniciaatiofaktoreita sekä energiaa GTP:n muodossa. Monet proteiinit alkavat taittua jo synteesin aikana (co‑translational folding) ja jotkin lähettipeptidit ohjaavat syntyvän proteiinin kalvolle tai eritettäväksi solusta.

Ribosomien sijainti ja muodostuminen

Ribosomeja voi esiintyä vapaasti solulimassa tai kiinnittyneinä karkeaan endoplasmiseen retikulumiin (RER), jolloin ne osallistuvat erityisesti solun ulkopuolelle tai solukalvoon menevien proteiinien syntyyn. Vapaiden ribosomien tuotteet pysyvät yleensä sytoplasmassa tai kuljetetaan tietyille organelleille.

Ribosomien rRNA syntetisoidaan tumassa sijaitsevassa nukleolissa, ja siellä myös äännealojen alkukoostumus ja osa ribosomaalisista proteiineista yhdistetään. Valmiit alayksiköt kulkeutuvat tumasta solulimaan ydinhuokosten kautta; ydin ympäröi tuman ydinkuorella, joka säätelee aineiden kulkua.

Eroja prokaryoottien ja eukaryoottien välillä

Prokaryoottien ja eukaryoottien ribosomien koko ja koostumus eroavat, mikä on tärkeää myös lääketieteellisesti. Monet antibiootit kohdistuvat bakteerien ribosomeihin estäen translaation ilman, että ne vaikuttavat (tai vaikuttavat vähemmän) ihmisen eukaryoottisiin ribosomeihin. Esimerkkejä antibiooteista, jotka estävät ribosomitoimintaa, ovat tetrasykliinit, makrolidit, aminoglykosidit ja kloramfenikoli.

Merkitys terveydelle ja biotieteille

Ribosomit ovat välttämättömiä kaiken elämän kannalta: ilman toimintakykyisiä ribosomeja solu ei pysty tuottamaan proteiineja. Virheet ribosomeissa tai niiden tuotantoketjussa voivat johtaa sairauksiin (ns. ribosomopatiat), ja ribosomien toiminnan säätelyllä on merkitystä esimerkiksi syövässä ja vanhenemisessa. Lisäksi ribosomeja hyödynnetään bioteknologiassa ja laboratoriokokeissa in vitro -translaation tutkimuksessa.

Lisätietoja

Ribosomit eivät vain rakenna proteiineja — ne osallistuvat myös laadunvalvontaan, proteiinien oikeaan taittumiseen ja ohjaukseen solun eri lokaatioihin. Ribosomien monimutkainen rakenne ja toimintamekanismit ovat olleet intensiivisen tutkimuksen kohteena, ja uutta tietoa syntyy jatkuvasti, mikä auttaa ymmärtämään sekä perusbiologiaa että kehittämään uusia lääkkeitä.

Ribosomeja esiintyy laajalti solussa: sekä solulimassa että sytoplasmassa, ja niiden tuotanto alkaa tumassa, erityisesti nukleolissa, jonka ympärillä on ydinkuori ja josta ylijäämät kulkevat ydinhuokosten kautta ulos soluun.

Ribosomin rakenne

Ribosomit koostuvat kahdesta osasta: pienestä ribosomaalisesta alayksiköstä, joka lukee mRNA:ta, ja suuresta alayksiköstä, joka yhdistää aminohappoja polypeptidiketjuksi. Kumpikin alayksikkö koostuu yhdestä tai useammasta ribosomaalisesta RNA-molekyylistä (rRNA) ja erilaisista proteiineista.

Eukaryooteilla on 80S-ribosomit, jotka koostuvat pienestä (40S) ja suuresta (60S) alayksiköstä. Niiden pienessä alayksikössä on 16S RNA-alayksikkö (joka koostuu 1540 nukleotidista), joka on sitoutunut 21 proteiiniin. Suuressa alayksikössä on 5S RNA (120 nukleotidia), 28S RNA (4700 nukleotidia), 5,8S RNA (160 nukleotidia) alayksiköt ja 46 proteiinia.

Kuva 2 : Suuri (punainen) ja pieni (sininen) alayksikkö sopivat yhteen.

Kysymyksiä ja vastauksia

Q: Mitä ovat ribosomit?

K: Mistä ribosomeja löytyy?

K: Miten ribosomeja valmistetaan?

K: Mihin ribosomit siirtyvät valmistuttuaan?

K: Mikä on ribosomien tehtävä?

K: Kuinka monta ribosomia tarvitaan kussakin solussa?

K: Miten solut saavat tarvittavan määrän ribosomeja?

Hae kirjaimella