Ribozómy – čo sú a ako tvoria bielkoviny: stavba a funkcia

Ribozómy – čo sú a ako tvoria bielkoviny: stručný prehľad stavby, funkcie, translácie RNA a ich kľúčová úloha v bunkovej syntéze proteínov.

Ribozómy sú dôležité bunkové organely, ktorých hlavnou úlohou je syntéza bielkovín. Vykonávajú proces nazývaný transláciu RNA, pri ktorom z jednotlivých aminokyselín zostavujú proteíny podľa informácie obsiahnutej v messengerovej RNA (mRNA) ako predlohy. Ribozómy sa nachádzajú vo všetkých živých bunkách — prokaryotoch aj eukaryotoch.

Stavba ribozómu

Ribozóm je komplex zložený z ribozomálnych RNA (rRNA) a bielkovín. Skladá sa z dvoch podjednotiek — veľkej a malej — ktoré sa pri translácii spoja. Podjednotky sa označujú podľa Svedbergových jednotiek (sedimentačná rýchlosť): u prokaryotov ide o 70S ribozóm, tvorený 50S (veľká) a 30S (malá) podjednotkou; u eukaryotov sú to 80S ribozómy, zložené z 60S a 40S podjednotiek. rRNA nie je len štruktúrnou zložkou — aktívne sa podieľa na katalýze vytvárania peptidovej väzby (peptidyltransferázová aktivita), preto sú ribozómy považované za ribozýmy.

Ako ribozómy vytvárajú bielkoviny (translácia)

Prehľad hlavných fáz translácie:

• Iniciácia — malá podjednotka ribozómu sa viaže na mRNA, rozpozná iniciačný kodón (zvyčajne AUG) spolu s iniciačnou tRNA a iniciačnými faktormi; potom sa pridá veľká podjednotka.
• Elongácia — tRNA prináša aminokyseliny do A (amino) miesta, rastúci peptid je viazaný v P (peptidyl) mieste; peptidyltransferázová reakcia presunie peptid na novú aminokyselinu a ribozóm sa posunie o jednu trojicu nukleotidov (kodón).
• Terminácia — pri stretnutí stopkodónu sa viažu uvoľňovacie faktory, peptid sa uvoľní a podjednotky sa disociujú.

Pri translácii ribozóm zabezpečuje presné čítanie genetickej informácie, kontrolu čítania rámca a správne zostavenie sekvencie aminokyselín do funkčného polypeptidu.

Kde sa ribozómy nachádzajú v bunke

Ribozómy môžu byť:

• voľné v cytoplazme — syntetizujú proteíny určené pre cytoplazmu, jadro alebo mitochondrie;
• pripravené na drsnom endoplazmatickom retikule (RER) — viažu sa na membránu RER a syntetizujú proteíny smerované do membrán, do endomembránového systému alebo na sekréciu;
• v mitochondriách a chloroplastoch — tieto organely majú vlastné ribozómy podobné prokaryotickým, ktoré syntetizujú niektoré svoje proteíny.

Ribozómy môžu byť rozptýlené po cytoplazme alebo zhromaždené do polysómov (polyribozómov), kde jedna mRNA súčasne slúži ako predloha pre viacero ribozómov, čím sa urýchľuje syntéza bielkovín.

Tvorba ribozómov (biogenéza)

Ribozomy sa začínajú zostavovať v jadrách eukaryotických buniek. Nukleolus je miesto v jadre, kde sa transkribujú rRNA gény a kde prebieha predbežné skladanie rRNA s ribozomálnymi proteínmi. rRNA (väčšinou transkribovaná RNA polymerázou I, 5S rRNA RNA polymerázou III) sa spája s ribozomálnymi proteínmi, ktoré sú syntetizované v cytoplazme a importované do jadra; výsledné prekurzorové podjednotky sú následne exportované jadrovými pórmi do cytoplazmy, kde prejdú finálnou maturáciou a spájajú sa pri translácii. Jadro je chránené jadrovým obalom a prepúšťa molekuly von cez jadrové póry.

Význam pre medicínu a biotechnológie

Ribozómy sú cieľom mnohých antibiotík, ktoré selektívne blokujú bakteriálne ribozómy (pri zachovaní relatívne menšieho vplyvu na eukaryotické). Príklady skupín antibiotík ovplyvňujúcich ribozómy sú tetracyklíny, makrolidy alebo aminoglykozidy. Mutácie alebo poruchy v ribozomálnych proteínoch či v rRNA môžu viesť k chorobám spojeným so zmenenou syntézou bielkovín alebo k bunkovej dysfunkcii.

Dôležité poznatky

• Ribozómy sú univerzálne — vyskytujú sa v každej živej bunke.
• Ribozomálna rRNA vykonáva katalytickú funkciu pri tvorbe peptidovej väzby (ribozýmová aktivita).
• V bunke môže byť stovky tisíc až milióny ribozómov v závislosti od typu bunky a jej metabolickej aktivity.

Úlohou ribozómu je teda nielen mechanická montáž aminokyselín do reťazca, ale aj presná interpretácia genetickej informácie, kontrola kvality proteínov a spolupráca s mnohými pomocnými faktormi, čo robí z ribozómov centrálny stroj bunkovej biológie.

Štruktúra ribozómu

Ribozómy sa skladajú z dvoch častí: malej ribozomálnej podjednotky, ktorá číta mRNA, a veľkej podjednotky, ktorá spája aminokyseliny do polypeptidového reťazca. Každá podjednotka sa skladá z jednej alebo viacerých molekúl ribozomálnej RNA (rRNA) a rôznych bielkovín.

Eukaryoty majú ribozómy 80S, z ktorých každý sa skladá z malej (40S) a veľkej (60S) podjednotky. Ich malá podjednotka má podjednotku 16S RNA (pozostávajúcu z 1540 nukleotidov), na ktorú sa viaže 21 proteínov. Veľká podjednotka má podjednotky 5S RNA (120 nukleotidov), 28S RNA (4700 nukleotidov), 5,8S RNA (160 nukleotidov) a 46 proteínov.

Obrázok 2 : Veľká (červená) a malá (modrá) podjednotka sa k sebe hodia

Otázky a odpovede

Otázka: Čo sú to ribozómy?

Otázka: Kde sa ribozómy nachádzajú?

Otázka: Ako sa ribozómy vytvárajú?

Otázka: Kam sa ribozómy presúvajú po ich vytvorení?

Otázka: Čo je úlohou ribozómov?

Otázka: Koľko ribozómov je potrebných v každej bunke?

Otázka: Ako bunky získajú potrebný počet ribozómov?

Hľadajte podľa písmena