Ribosome

Ein Ribosom ist ein Komplex aus RNA und Protein, der in jeder Zelle vorkommt und für die Herstellung von Proteinen verantwortlich ist. Es liest die genetischen Anweisungen der Boten-RNA (mRNA) und fügt mit Hilfe der Transfer-RNA (tRNA) Aminosäuren in der richtigen Reihenfolge zu einer Polypeptidkette zusammen. Jedes Ribosom besteht aus zwei Teilen: einer großen und einer kleinen Untereinheit, die beide aus ribosomaler RNA (rRNA) und zahlreichen ribosomalen Proteinen aufgebaut sind.

Obwohl Ribosomen in Größe, Zusammensetzung und Organisation zwischen Bakterien, Archaeen und Eukaryoten variieren, teilen sie alle eine Kernstruktur, die auf einen gemeinsamen evolutionären Ursprung hinweist. Spezielle Ribosomen gibt es auch in eukaryotischen Mitochondrien und, bei Pflanzen und Algen, in Chloroplasten. Ribosomen werden durch einen Prozess namens Ribosomenbiogenese aufgebaut, der die Herstellung und Prozessierung der rRNA sowie die Montage der ribosomalen Proteine zu funktionsfähigen Untereinheiten umfasst.

Ribosomen wurden erstmals 1955 von George Emil Palade entdeckt, der sie unter dem Elektronenmikroskop als dichte Granula sah. Für ihre Entdeckung erhielt er 1974 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin. Später brachte die Bestimmung ihrer atomaren Struktur und ihres Mechanismus mittels Röntgenkristallographie und Kryo-Elektronenmikroskopie 2009 den Nobelpreis für Chemie ein.

Die RNA-Sequenz, die für ein Protein kodiert, wird zunächst in eine mRNA-Kette kopiert. Ribosomen heften sich an diese mRNA und nutzen ihre Nukleotidsequenz, um die Reihenfolge der Aminosäuren zu bestimmen. tRNA-Moleküle bringen die passenden Aminosäuren zum Ribosom, indem ihr Anticodon zu jedem Codon auf der mRNA passt. Für jedes Drei-Buchstaben-Codon gibt es eine spezifische tRNA, die die richtige Aminosäure trägt. Sobald die Proteinkette hergestellt ist, faltet sie sich zu einer funktionsfähigen dreidimensionalen Form.

Die Proteinsynthese erfolgt in vier Phasen: Initiation, Elongation, Termination und Ribosomen-Recycling. Das Startcodon auf jeder mRNA ist AUG. Stoppcodons sind UAA, UAG oder UGA; keine tRNAs erkennen diese, sodass das Ribosom weiß, dass die Translation beendet ist. Nachdem eine mRNA fertiggestellt ist, trennen sich die beiden Untereinheiten und können wiederverwendet werden. Ribosomen sind eine Art Enzym namens Ribozym, da der entscheidende chemische Schritt, der Aminosäuren verbindet, von der ribosomalen RNA selbst durchgeführt wird.

Ribosomen von Bakterien, Archaeen und Eukaryoten sind bemerkenswert ähnlich, ein Beleg für einen gemeinsamen Ursprung. Sie unterscheiden sich in Größe, Sequenz, Struktur und dem Verhältnis von Protein zu RNA. Diese Unterschiede ermöglichen es manchen Antibiotika, Bakterien abzutöten, indem sie deren Ribosomen angreifen, ohne menschliche zu schädigen. In allen Domänen können sich mehrere Ribosomen gleichzeitig entlang derselben mRNA bewegen, wobei jedes einen Abschnitt liest und sein eigenes Protein herstellt. Mitochondriale Ribosomen in Eukaryoten sind eigenständig, ähneln aber funktionell bakteriellen Ribosomen, was den endosymbiotischen Ursprung der Mitochondrien widerspiegelt.

Ribosomen wurden erstmals Mitte der 1950er Jahre von George Emil Palade beobachtet, der sie Palade-Granula nannte. Der Begriff „Ribosom“ wurde 1958 von Howard M. Dintzis während eines Symposiums vorgeschlagen, als einfachere Bezeichnung für Ribonukleoprotein-Partikel. Albert Claude, Christian de Duve und George Emil Palade teilten sich 1974 den Nobelpreis für die Entdeckung. Der Nobelpreis für Chemie 2009 ging an Venkatraman Ramakrishnan, Thomas A. Steitz und Ada E. Yonath für die Bestimmung der detaillierten Struktur und des Mechanismus des Ribosoms.

Ein Ribosom ist aus Komplexen von rRNA und Proteinen aufgebaut, die in zwei Untereinheiten angeordnet sind. Diese molekularen Maschinen kommen in allen Zellen vor, sowohl in prokaryotischen als auch in eukaryotischen, und die Untereinheiten sind in allen Domänen recht ähnlich. Das Ribosom besteht hauptsächlich aus spezialisierter nicht-kodierender rRNA und Dutzenden verschiedener ribosomaler Proteine. Die beiden Untereinheiten fügen sich um einen mRNA-Strang zusammen und arbeiten als Team, um ihn in eine Polypeptidkette zu übersetzen. Bakterielle Ribosomen haben einen Durchmesser von etwa 20 nm und bestehen zu 65 % aus rRNA und zu 35 % aus Protein. Eukaryotische Ribosomen sind größer, zwischen 25 und 30 nm, mit einem rRNA-zu-Protein-Verhältnis nahe 1.