ریبوزوم چیست ؟ ـ و چه نقشی در بدن دارد؟

در سال ۱۹۷۴ جرج امیل پالاده توانست اندامک ریبوزوم را کشف کند و آن را دانه های پالاده نام گذاری کرد.

ریبوزوم ها از نظر این که از طریق رمزگشایی ژنوم به اسید آمینه و پروتئین در واقع کار پروتئین سازی را انجام می دهند، در زیست شناسی اهمیت بسیار زیادی دارند. زیرا پروتئین ها برای رشد، زنده ماندن و تقریبا همه عملکرد های سلولی مورد نیاز هستند. ریبوزومها ذراتی به شکل تقریبا کروی با قطر ۴۰ تا ۳۰۰ آنگستروم می باشند. این اندامک های ریز در همه نقاط سلول از جمله سیتوپلاسم، شبکه آندوپلاسمی زبر، میتوکندری و کلروپلاست یافت می شوند.

جنس این اندامک پیچیده از RNA ریبوزو می و پروتئین بوده و تعداد زیادی از آن، (حدود چند میلیون) در سلول ها وجود دارد. در کتاب درسی علوم پایه هفتم اندامک ریبوز وم آورده شده است و تلاش ما در این مقاله نشریه جهان شیمی فیزیک این است که کار، ساختار و نحوه عملکرد این اندامک را توضیح دهیم.

ریبوزوم چیست؟

ریبو زوم اندامکی پیچیده از جنس پروتئین و RNA ریبوزومی است که به اندازه ۴۰ تا ۳۰۰ آنگستروم بوده و وظیفه آن سنتز پروتئین ها که یکی از مهم ترین درشت مولکول های بدن هستند و تقریبا در همه ساختارها و کارهای سلول دخالت دارند، می باشد. این اندامک اساسی از دو زیر واحد که یکی بزرگ و دیگری کوچک است، ساخته شده است، جنس این زیر واحد ها از یک زوج rRNA و تعدادی پروتئین است. یکی از نکاتی که باید به آن توجه داشته باشیم این است که اندامک ریبو زوم هم در سلول های یوکاریوتی و هم در سلول های پروکاریوتی وجود دارد. ولی ساختار و اندازه این ریبوزومها با یکدیگر متفاوت است (ریبوز وم یوکاریوتی بزرگ تر می باشد). البته وظیفه هر دوی آن ها سنتز پروتئین بوده و از نظر عملکردی با هم تفاوتی ندارند.

تاریخچه کشف ریبوزومها

در سال ۱۹۴۱ کلود با استفاده از تکنولوژی مرکز گریزی شدید افتراقی توانست ذرات کوچک و کم وزنی به قطر ۵۰۰ تا ۲۰۰۰ میکرون که حاوی مقدار زیادی RNA بودند را از میتوکندری جدا کند. این ذرات کوچک که همان ریبوزوم ها بودند، طی خرد شدن شبکه آندوپلاسمی در روش  مرکز گریزی شدید افتراقی (اولتراسانتریفوگاسیون) ایجاد شدند و قابلیت این را داشتند که تحت شرایط آزمایشگاهی از طریق اسید های آمینه پرتوزا، پروتئین بسازند. توماس استیتز، عادا یونات و ونکاترامن راماکریشنان که دانشمندان برنده جایزه نوبل شیمی در سال۲۰۰۹ بودند، موفق به کشف نقشه اتم به اتم ریبو زوم شدند که این کشف آن ها به تهیه آنتی بیوتیک ها کمک کرد و برای درک علمی حیات بسیار مهم و سودمند بود.

ساختار ریبوزوم ها

ریبوزومهای موجودات مختلف تفاوت اندکی با یکدیگر دارند و طی تکامل به روش و اندامکی مناسب برای ترجمه RNA به پروتئین تبدیل شده اند. این اندامک از مقدار تقریبا برابری، پروتئین و ریبونوکلئیک اسید ساخته شده است و دو زیر واحد بزرگ و کوچک دارد. زیر واحد بزرگ آن محل قرارگیری آمینواسید ها و تبدیل آن ها به پروتئین است و زیر واحد کوچک محل اتصال mRNA بوده و کدهای ژنتیکی را رمز گشایی می کند. rRNA سازنده ریبو زوم در هستک ساخته می شود و سپس وارد سیتوپلاسم می شود.  در ریبوزوم، rRNA ها به شکل رشته هایی با طول های مختلف وجود دارند و توسط پروتئین ها احاطه شده اند. rRNA ها سرعت تشکیل پیوند پپتیدی بین آمینو اسید ها را افزایش داده و نقش کاتالیزوری دارند، همچنین این مولکول محافظی برای mRNA و tRNA ها است.

تفاوت بین ریبوزوم های یوکاریوتی و پروکاریوتی

واحد اندازه گیری ریبوزومها سود برگ است که در واقع این واحد، اندازه گیری این است که چه مدت طول می کشد مولکولی در سانتریفیوژ ته نشین شود. در واقع این زمان نشان دهنده این است که اندازه مولکول چه قدر است، هر قدر که این زمان بیشتر باشد به این معنی است که اندازه مولکول بزرگتر است. ریبوزوم های یوکاریوتی به اندازه ۸۰ S و ریبوزوم های پروکاریوتی به اندازه ۷۰S هستند. بنابراین نتیجه می گیریم ریبوزومهای یوکاریوتی اندازه بزرگ تری دارند که علت آن بیشتر بودن پروتئین و RNA آن ها نسبت به ریبوزومهای پروکاریوتی است. این مولکول ها در یوکاریوت ها ۴ RNA و در پروکاریوت ها ۳ RNA دارند و تفاوت آن ها فقط در اندازه است ولی کاربرد و عملکرد مشابهی دارند.

تفاوت بین اندامک ریبوزوم و لیزوزوم

لیزوزوم ها به عنوان سطل زباله سلول عمل می کنند ولی ریبوزومها پروتئین تولید می کنند. لیزوزوم ها و ریبوزومها از جمله ۲ تا از اندامک های مهم سلول هستند که عملکرد های متفاوتی دارند ولی از لحاظ اسمی شبیه به هم هستند. لیزوزوم ها آنزیم های گوارشی فراوان دارند و سلول های پیر و فرسوده و اجزای ناخواسته سلول را گوارش می کنند، در حالی که ریبوزومها در سنتز پروتئین ها کاربرد دارند. یکی دیگر از تفاوت های بین این اندامک ها این است که پروکاریوت ها بر خلاف یوکاریوت ها این اندامک (ریبو زوم) را ندارند، در حالی که ریبو زوم هم در سلول های یوکاریوتی و هم در سلول های پروکاریوتی وجود دارد.

پروتئین سازی ریبوزوم ها

بیشتر از نیمی از وزن سلول ها را پروتئین ها تشکیل می دهند، این درشت مولکول ها برای بدن اهمیت زیادی دارند و در ساختار و عملکرد سلول نقش بسیار مهمی دارند و انجام بیشتر کارها به وجود آن ها بستگی دارد. پروتئین ها مولکول هایی هستند که از متصل شدن اسید های آمینه از طریق پیوند پپتیدی ساخته می شوند. ریبوزوم ها mRNAها و tRNA ها با کمک هم پروتئین ها را تولید می کنند و تعدادی از ریبوزومها نیز در سیتوپلاسم به صورت غیر فعال هستند و ساخت ذخیره ای دارند.

mRNA های پروتئین های ریبوزومی بعد از ساخته شدن در هسته به سیتوپلاسم می آیند و ترجمه شده و به پروتئین تبدیل می شوند سپس این پروتئین ها به هستک سلول می روند تا با rRNA ها ترکیب شوند و زیر واحدهای ریبوزومی را بسازند که این ریبوزومها به سیتوپلاسم رفته و در جای خود قرار می گیرند.

محل قرار گیری ریبوزوم ها در سلول

سلول های یوکاریوتی از جمله سلول های گیاهی و جانوری در سیتوزول خود حاوی اندامک های ریبو زوم هستند که تعدادی از آن ها به غشا شبکه آندوپلاسمی می چسبند و بقیه در فضای سیتوزول پراکنده هستند. حدود ۱۰ میلیون ریبوزوم در هر کدام از سلول های جانوران وجود دارد که گاهی ممکن است تعداد بسیار زیادی از آن ها برای تولید پروتئین روی یک رشته ‌mRNA حرکت کنند که در این حالت به ساختار تشکیل شده پلی زوم می گوییم.

اصطلاحات و مفاهیم مرتبط با ریبوزوم

* RNA ریبوزومی :  

تعدادی از این RNA هایی که در ساختار ریبو زوم وجود دارند، نقش کاتالیزوری ایفا کرده و به عنوان ریبوزیم عمل می کنند و بقیه rRNA های معمولی هستند.

* ریبوزیم :

ریبوزیم ها RNA هایی هستند که به عنوان کاتالیزگر عمل می کنند و به تشکیل پیوند های پپتیدی در ریبوزوم کمک می کنند.

* ریبونوکلئیک اسید :

این مولکول ها به صورت مولکول های تک رشته ای حامل اطلاعات ژنتیکی هستند.

* دی اکسی ریبونوکلئیک اسید :

مولکول های DNA مولکول های دو رشته ای هستند که از ۴ نوع باز آلی تشکیل شده اند و حاوی ژنوم موجودات هستند.

* پلی زوم :

دو یا چند ریبوزوم که به صورت هم زمان یک mRNA را ترجمه می کنند. در زیر میکروسکوپ این ساختار به شکل دانه ها و رشته هایی مشاهده می شود. پلی زوم هایی که در پروکاریوت ها وجود دارند ممکن است در زمان رونویسی mRNA آن را ترجمه کرده و پروتئین تولید می کند.

وظیفه ریبوزوم چیست

ریبوزوم ها در سیتوزول وجود دارند یا در سلول های گیاهی و حیوانی به شبکه آندوپلاسمی متصل هستند. آنها نقش مهمی در تبدیل DNA به پروتئین دارند. در حالی که برخی از ریبوزوم ها به طور دائم با شبکه آندوپلاسمی خشن مرتبط هستند، ارتباط آنها به پروتئین های خاصی بستگی دارد که به تولید آنها کمک می کنند. در سلول های حیوانی یا انسانی، ممکن است ۱۰ میلیون ریبوزوم وجود داشته باشد. ریبوزوم های متعدد را می توان به یک رشته mRNA مرتبط کرد، ساختاری که به نام پلی زوم شناخته می شود.

ریبوزوم ها دو وظیفه اصلی دارند که شامل رمزگشایی پیام ها و تشکیل پیوندهای پپتیدی است. ریبوزوم ها در ایجاد پروتئین ها شرکت می کنند، DNA با رونویسی DNA RNA را می سازد. mRNA با فرآیند ترجمه به پروتئین تبدیل می شود. mRNA در هسته سازماندهی شده و برای فرآیند سنتز پروتئین به سیتوپلاسم منتقل می شود. زیر واحدهای ریبوزومی در سیتوپلاسم به اطراف پلیمرهای mRNA متصل می شوند. سپس tRNA پروتئین ها را ادغام می کند. پروتئین های سازمان یافته در سیتوپلاسم در سیتوپلاسم واقعی استفاده می شوند و پروتئین های سنتز شده توسط ریبوزوم های متصل به سلول های خارجی منتقل می شوند.

اختلالات ناشی از عملکرد نامناسب ریبوزوم ها ریبوزوموپاتی نامیده می شود. جهش هایی که در برخی از پروتئین های ساخته شده توسط ریبوزوم ها رخ می دهد می تواند باعث اختلالاتی شود که با نارسایی مغز استخوان و کم خونی مشخص می شوند. بسیاری از سندرم های مادرزادی ناشی از بیوژنز ناقص ریبوزوم است که شامل کم خونی Diamond-Blackfan (DBA)، دیسکراتوز مادرزادی مرتبط با X (DKC)، هیپوپلازی موی غضروف (CHH) و سندرم تریچر کالینز (TCS) می شود.