Ribosomas funkcija olbaltumvielu sintēzē

Informācijas RNS nukleotīdi tiek nolasīti pa trim, un katrs trijnieks jeb kodons atbilst vienai aminoskābei vai apturēšanas signālam. Aminoskābes pie ribosomas atnes transporta RNS molekulas, kurām vienā galā ir aminoskābe, otrā antikodons, kas atbilst attiecīgajam kodonam.

1. Mazā apakšvienība piesaistās informācijas RNS sākumam un atrod sākuma kodonu.
2. Pievienojas lielā apakšvienība, un izveidojas darbspējīgs komplekss.
3. Nākamā transporta RNS ar savu aminoskābi ienāk ribosomas uzņemšanas vietā.
4. Ribosomālā RNS katalizē peptīdsaites veidošanos starp blakus esošajām aminoskābēm.
5. Ribosoma pavirzās uz nākamo kodonu, un tukšā transporta RNS aiziet.
6. Sasniedzot apturēšanas kodonu, gatavā ķēde tiek atbrīvota un apakšvienības izjūk.

Visas ribosomas sāk darbu brīvi citoplazmā. Ja tikko izveidotās ķēdes sākumā parādās īpaša signālu secība, to atpazīst atpazīšanas daļiņa, kas visu kompleksu aizved pie endoplazmatiskā tīkla membrānas. Tur ķēde tiek ievadīta tīkla iekšienē, un tālākais ceļš ved caur Golgi kompleksu uz izvadīšanu vai membrānu.

Bez šī signāla ķēde paliek citoplazmā. Tā rodas šūnas skeleta olbaltumvielas, vielmaiņas fermenti un kodolā nododamās molekulas. Tieši šis šķirošanas princips nodrošina, ka gremošanas fermenti nonāk zarnās, nevis paliek šūnā, un ka membrānas receptori tiešām nokļūst uz virsmas.

• Brīvās ribosomas: šūnas iekšējās olbaltumvielas, piemēram, hemoglobīns un citoskeleta elementi.
• Pie tīkla piesaistītās: izvadāmie fermenti, hormoni, antivielas un membrānas receptori.
• Mitohondriju ribosomas: neliela skaita, bet dzīvībai svarīgu elpošanas ķēdes olbaltumvielu ražošana.
• Vairākas ribosomas uz vienas RNS veido polisomu un strādā vienlaikus, būtiski paātrinot ražošanu.

Visiem dzīvības veidiem ribosomas uzdevums ir viens un tas pats, bet uzbūve atšķiras. Šīs atšķirības nav akadēmiskas: tieši uz tām balstās liela daļa antibakteriālās terapijas.

Ilgu laiku tika pieņemts, ka katalīzi veic ribosomas olbaltumvielas, bet struktūras izpēte parādīja pretējo: vietā, kur veidojas peptīdsaite, olbaltumvielu tuvumā nav vispār, un reakciju katalizē pati ribosomālā RNS. Olbaltumvielas galvenokārt stabilizē struktūru un palīdz saslēgt daļas kopā.

Šim atklājumam ir plašāka nozīme. Tas nozīmē, ka RNS spēj vienlaikus glabāt informāciju un veikt ķīmisku reakciju, un tieši tāpēc ribosoma tiek uzskatīta par vienu no senākajām molekulārajām mašīnām, kas saglabājusies visos dzīvības veidos gandrīz nemainīga.

Tulkošana nav mehānisks process bez uzraudzības. Ja ribosoma apstājas uz bojātas RNS, īpašas sistēmas to atbrīvo un nepabeigto ķēdi novirza uz iznīcināšanu. Ja informācijas RNS satur priekšlaicīgu apturēšanas kodonu, šūna šādu RNS sagrauj, lai neveidotos saīsināta, potenciāli kaitīga olbaltumviela.

Šī sistēma ir klīniski nozīmīga: vairākas iedzimtas slimības rodas tieši tāpēc, ka mutācija rada priekšlaicīgu apturēšanas signālu un olbaltumviela vispār netiek izveidota. Tāpat ribosomu darbība tiek strauji bremzēta stresa apstākļos, piemēram, skābekļa vai aminoskābju trūkumā, jo olbaltumvielu ražošana patērē ļoti daudz enerģijas.

Olbaltumvielu veidošana ir viens no dārgākajiem procesiem šūnā. Katras aminoskābes pievienošanai nepieciešama enerģija, turklāt enerģiju patērē jau iepriekšējais solis, kad aminoskābe tiek piesaistīta savai transporta RNS. Tieši tāpēc aktīvi augošas šūnas lielāko daļu savas enerģijas iegulda tulkošanā, un tieši tāpēc badošanās vai skābekļa trūkuma apstākļos šis process tiek nomākts vienā no pirmajiem.

Precizitāti nodrošina divkārša pārbaude. Vispirms ferments, kas piesaista aminoskābi transporta RNS, pats izlabo nepareizi izvēlēto aminoskābi. Pēc tam ribosomas mazā apakšvienība pārbauda, vai kodons un antikodons tiešām saskan, un nepareizā transporta RNS tiek atgrūsta, pirms paspēj veidoties saite. Kļūdu īpatsvars tāpēc ir ļoti zems, taču ne nulle, un tieši šī atlikusī kļūdainība ir tas, ko pastiprina daļa antibiotiku, kas darbojas uz mazo apakšvienību.

Vēl viens nereti aizmirsts aspekts ir laiks. Kamēr ķēde vēl tiek veidota, tās sākuma daļa jau sāk salocīties telpiskā formā, un pie ribosomas izejas kanāla gaida palīgproteīni, kas šo locīšanos vada. Tāpēc tulkošanas ātrums ietekmē ne tikai daudzumu, bet arī to, vai olbaltumviela salokās pareizi.

Ja locīšanās neizdodas, nepareizi salocītās olbaltumvielas uzkrājas endoplazmatiskajā tīklā un iedarbina atbildes reakciju, kas uz laiku aptur jaunu ķēžu veidošanu un pastiprina bojāto molekulu noārdīšanu. Ilgstoša šāda slodze ir viens no šūnas bojāejas mehānismiem, un to apraksta gan cukura diabēta, gan neirodeģeneratīvo slimību kontekstā.

Iedzimtus traucējumus ribosomu izveidē sauc par ribosomopātijām. To izpausmes pirmajā brīdī šķiet negaidītas: visvairāk cieš nevis visas šūnas vienādi, bet strauji dalošies audi, īpaši kaulu smadzenes. Tāpēc šādu slimību pirmā pazīme bieži ir smaga anēmija vai asinsrades nepietiekamība agrā bērnībā, dažkārt kopā ar skeleta un sejas īpatnībām.

Otrs nozīmīgs virziens ir audzēji. Strauji augošām audzēja šūnām nepieciešama pastiprināta olbaltumvielu ražošana, tādēļ tajās kodoliņi ir palielināti, un šo pazīmi patologs izmanto ikdienas diagnostikā.

Ar asinsrades traucējumiem nodarbojas hematologs, ar iedzimtiem sindromiem medicīnas ģenētiķis, bet bērniem vadošais speciālists parasti ir pediatrs, kas koordinē pārējos. Pie ārsta jādodas, ja bērnam ir pastāvīgs bālums, izteikts nogurums, atkārtotas infekcijas vai asiņošanas tendence, un pieaugušajam, ja bez cēloņa attīstās smaga anēmija.

Vesela antibiotiku grupa darbojas tieši uz baktēriju ribosomu, izmantojot tās atšķirīgo uzbūvi. Dažas traucē pareizas transporta RNS atpazīšanu, citas bloķē ķēdes pagarināšanu vai ribosomas pārvietošanos pa RNS.

• Aminoglikozīdi traucē nolasīšanas precizitāti mazajā apakšvienībā.
• Makrolīdi bloķē kanālu, pa kuru iziet augošā aminoskābju ķēde.
• Tetraciklīni neļauj transporta RNS piesaistīties uzņemšanas vietā.
• Hloramfenikols kavē peptīdsaites veidošanos lielajā apakšvienībā.
• Oksazolidinoni traucē pašu sākuma kompleksa izveidi.

Biežākā sajaukšana ir ribosomas un lizosomas: nosaukumi ir līdzīgi, bet lizosoma ir membrānas pūslītis ar gremošanas fermentiem, kas noārda, nevis veido. Otra ir ribosomas un ribosomālās RNS: pirmā ir viss komplekss, otrā ir tikai tā sastāvdaļa. Trešā ir pieņēmums, ka ribosomas ražo enerģiju, ko patiesībā dara mitohondriji, turklāt olbaltumvielu veidošana enerģiju patērē, nevis rada.

Praktiski svarīgākā nianse ir šāda: mitohondriju ribosomas pēc uzbūves ir tuvas baktēriju ribosomām, jo mitohondriji cēlušies no senām baktērijām. Tāpēc antibiotikas, kas paredzētas baktērijām, zināmā mērā ietekmē arī mitohondriju ribosomas, un no tā izriet reālas blakusparādības. Aminoglikozīdu izraisītais dzirdes bojājums ir tieši šāds gadījums, turklāt daļai cilvēku ar noteiktu mitohondriju DNS variantu šis risks ir daudz lielāks, un dzirdes zudums var iestāties jau pēc parastas devas.