الريبوسومات: الخصائص والأنواع والبنية والوظائف - مادة الاحياء - 2026

و الريبوسومات هي معظم العضيات الخلية وفيرة وتشارك في تخليق البروتين. إنها ليست محاطة بغشاء وتتكون من نوعين من الوحدات الفرعية: كبيرة وصغيرة ، وكقاعدة عامة ، تكون الوحدة الفرعية الكبيرة ضعف الحجم الصغير تقريبًا.

تمتلك سلالة بدائية النواة 70S ريبوسومات تتكون من 50S كبير ووحدة فرعية 30S صغيرة. وبالمثل ، تتكون ريبوسومات سلالة حقيقيات النواة من 60S كبير ووحدة فرعية صغيرة 40S.

يشبه الريبوسوم مصنعًا متحركًا ، قادرًا على قراءة الرنا المرسال ، وترجمته إلى أحماض أمينية ، وربطها ببعضها البعض عن طريق روابط الببتيد.

تعادل الريبوسومات ما يقرب من 10٪ من إجمالي البروتينات للبكتيريا وأكثر من 80٪ من إجمالي كمية الحمض النووي الريبي. في حالة حقيقيات النوى ، فهي ليست وفيرة مقارنة بالبروتينات الأخرى ولكن عددها أعلى.

في عام 1950 ، تصور الباحث جورج باليد الريبوسومات لأول مرة ، وحصل هذا الاكتشاف على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب.

الخصائص العامة

الريبوسومات هي مكونات أساسية لجميع الخلايا وترتبط بتخليق البروتين. إنها صغيرة الحجم جدًا بحيث لا يمكن تصورها إلا تحت ضوء المجهر الإلكتروني.

تم العثور على الريبوسومات حرة في سيتوبلازم الخلية ، مثبتة في الشبكة الإندوبلازمية الخشنة - الريبوسومات تعطيها هذا المظهر "المتجعد" - وفي بعض العضيات ، مثل الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء.

الريبوسومات المرتبطة بغشاء هي المسؤولة عن تخليق البروتينات التي سيتم إدخالها في غشاء البلازما أو سيتم إرسالها إلى خارج الخلية.

الريبوسومات الحرة ، التي لا تقترن بأي بنية في السيتوبلازم ، تصنع البروتينات التي تكون وجهتها داخل الخلية. أخيرًا ، تصنع ريبوسومات الميتوكوندريا البروتينات لاستخدامها في الميتوكوندريا.

وبنفس الطريقة ، يمكن للعديد من الريبوسومات أن تنضم وتشكل "بوليبوزومات" ، مكونة سلسلة مقترنة بحمض نووي مرسال ، وتوليف نفس البروتين ، عدة مرات وفي وقت واحد

تتكون جميعها من وحدتين فرعيتين: واحدة تسمى كبيرة أو أكبر والأخرى صغيرة أو أصغر.

يعتبر بعض المؤلفين أن الريبوسومات هي عضيات غير غشائية ، لأنها تفتقر إلى هذه الهياكل الدهنية ، على الرغم من أن الباحثين الآخرين لا يعتبرونها عضيات بأنفسهم.

بناء

الريبوسومات عبارة عن هياكل خلوية صغيرة (من 29 إلى 32 نانومتر ، اعتمادًا على مجموعة الكائن الحي) ، مستديرة وكثيفة ، تتكون من RNA الريبوزومي وجزيئات البروتين ، والتي ترتبط ببعضها البعض.

أكثر الريبوسومات التي تمت دراستها هي تلك الموجودة في البكتيريا eubacteria و archaea و eukaryotes. في السلالة الأولى تكون الريبوسومات أبسط وأصغر. الريبوسومات حقيقية النواة ، من جانبها ، أكثر تعقيدًا وأكبر. في الأركيا ، تكون الريبوسومات أكثر تشابهًا مع كلا المجموعتين في بعض النواحي.

تعتبر ريبوسومات الفقاريات وكاسيات البذور (النباتات المزهرة) معقدة بشكل خاص.

تتكون كل وحدة فرعية ريبوزومية بشكل أساسي من RNA الريباسي ومجموعة متنوعة من البروتينات. يمكن أن تتكون الوحدة الفرعية الكبيرة من جزيئات RNA صغيرة بالإضافة إلى RNA الريبوسوم.

تقترن البروتينات بالـ RNA الريبوسومي في مناطق محددة ، بعد طلب. يمكن تمييز العديد من المواقع النشطة داخل الريبوسومات ، مثل مناطق التحفيز.

الرنا الريبوزومي ذو أهمية حاسمة للخلية ويمكن ملاحظة ذلك في تسلسلها ، والذي لم يتغير تقريبًا أثناء التطور ، مما يعكس الضغوط الانتقائية العالية ضد أي تغيير.

وظائف الريبوسوم

الريبوسومات مسؤولة عن التوسط في عملية تخليق البروتين في خلايا جميع الكائنات الحية ، كونها آلية بيولوجية عالمية.

الريبوسومات - جنبًا إلى جنب مع نقل RNA و messenger RNA - تمكنت من فك شفرة رسالة الحمض النووي وتفسيرها إلى سلسلة من الأحماض الأمينية التي ستشكل جميع البروتينات في الكائن الحي ، في عملية تسمى الترجمة.

في ضوء علم الأحياء ، تشير كلمة ترجمة إلى تغيير "اللغة" من النوكليوتيدات الثلاثية إلى الأحماض الأمينية.

هذه الهياكل هي الجزء المركزي من الترجمة ، حيث تحدث معظم التفاعلات ، مثل تكوين روابط الببتيد وإطلاق البروتين الجديد.

ترجمة البروتين

تبدأ عملية تكوين البروتين بالاتحاد بين مرسال RNA والريبوسوم. يسافر الرسول عبر هذه البنية عند نهاية محددة تسمى "كودون بادئ السلسلة".

عندما يمر الحمض النووي الريبي المرسال عبر الريبوسوم ، يتشكل جزيء بروتين ، لأن الريبوسوم قادر على تفسير الرسالة المشفرة في المرسل.

يتم ترميز هذه الرسالة في ثلاثة توائم نيوكليوتيدات ، حيث تشير كل ثلاثة قواعد إلى حمض أميني معين. على سبيل المثال ، إذا كان الرسول يحمل التسلسل: AUG AUU CUU UUG GCU ، فإن الببتيد المتكون سيتكون من الأحماض الأمينية: ميثيونين ، إيزولوسين ، ليسين ، ليسين ، وألانين.

يوضح هذا المثال "انحلال" الشفرة الجينية ، نظرًا لأن أكثر من كودون - في هذه الحالة CUU و UUG - يقوم بترميز نفس النوع من الأحماض الأمينية. عندما يكتشف الريبوسوم كودون توقف في الرنا الرسول ، تنتهي الترجمة.

يحتوي الريبوسوم على موقع A وموقع P. ويحتوي موقع P على peptidyl-tRNA ويدخل aminoacyl-tRNA إلى الموقع A.

نقل RNA

نقل الحمض النووي الريبي هي المسؤولة عن نقل الأحماض الأمينية إلى الريبوسوم ولها تسلسل مكمل للثلاثي. هناك نقل RNA لكل من الأحماض الأمينية العشرين التي تشكل البروتينات.

الخطوات الكيميائية لتخليق البروتين

تبدأ العملية بتنشيط كل حمض أميني مع ارتباط ATP في مركب أدينوزين أحادي الفوسفات ، مما يؤدي إلى إطلاق فوسفات عالي الطاقة.

ينتج عن الخطوة السابقة حمض أميني مع طاقة زائدة ويحدث الارتباط مع RNA الناقل الخاص به ، لتكوين مركب حمض أميني- tRNA. هنا يحدث إطلاق الأدينوزين أحادي الفوسفات.

في الريبوسوم ، يلتقي RNA الناقل بالرسول RNA. في هذه المرحلة ، يتم تهجين تسلسل النقل أو الحمض النووي الريبي المضاد مع كودون أو ثلاثي من الحمض النووي الريبي المرسال. هذا يؤدي إلى محاذاة الحمض الأميني مع تسلسله الصحيح.

إن إنزيم الببتيدل ترانسفيراز مسؤول عن تحفيز تكوين روابط الببتيد التي تربط الأحماض الأمينية. تستهلك هذه العملية كميات كبيرة من الطاقة ، حيث تتطلب تكوين أربع روابط عالية الطاقة لكل حمض أميني متصل بالسلسلة.

يزيل التفاعل شق الهيدروكسيل في نهاية COOH للحمض الأميني ويزيل الهيدروجين في نهاية NH ₂ للحمض الأميني الآخر. تتجمع المناطق التفاعلية للحمض الأميني معًا وتشكل رابطة الببتيد.

الريبوسومات والمضادات الحيوية

نظرًا لأن تخليق البروتين هو حدث أساسي للبكتيريا ، فإن بعض المضادات الحيوية تستهدف الريبوسومات ومراحل مختلفة من عملية الترجمة.

على سبيل المثال ، يرتبط الستربتومايسين بالوحدة الفرعية الصغيرة للتدخل في عملية الترجمة ، مما يتسبب في حدوث أخطاء في قراءة الرنا المرسال.

يمكن أن تسبب المضادات الحيوية الأخرى ، مثل النيومايسين والجنتاميسين ، أخطاءً في الترجمة ، مقترنة بالوحدة الفرعية الصغيرة.

أنواع الريبوسومات

الريبوسومات في بدائيات النوى

تمتلك البكتيريا ، مثل الإشريكية القولونية ، أكثر من 15000 ريبوسوم (بنسب تعادل ما يقرب من ربع الوزن الجاف للخلية البكتيرية).

يبلغ قطر الريبوسومات الموجودة في البكتيريا حوالي 18 نانومتر وتتكون من 65٪ ريبوسوم RNA و 35٪ فقط بروتينات بأحجام مختلفة تتراوح بين 6000 و 75000 كيلو دالتون.

تسمى الوحدة الفرعية الكبيرة 50S والصغيرة 30S ، والتي تتحد لتشكيل بنية 70S مع كتلة جزيئية 2.5 × 10 ⁶ كيلو دالتون.

الوحدة الفرعية 30S ممدودة في الشكل وليست متناظرة ، في حين أن 50S أكثر سمكًا وأقصر.

تتكون الوحدة الفرعية الصغيرة للإشريكية القولونية من 16S ريبوسوم RNAs (1542 قاعدة) و 21 بروتينًا ، وتحتوي الوحدة الفرعية الكبيرة على 23S ريبوسوم RNAs (2904 قاعدة) ، 5S (1542 قاعدة) ، و 31 بروتينًا. البروتينات التي تتكون منها أساسية ويختلف عددها حسب التركيب.

يتم تجميع جزيئات الرنا الريبوزومي ، جنبًا إلى جنب مع البروتينات ، معًا في بنية ثانوية مشابهة لأنواع أخرى من الحمض النووي الريبي.

الريبوسومات في حقيقيات النوى

الريبوسومات في حقيقيات النوى (80S) أكبر ، وتحتوي على نسبة أعلى من الحمض النووي الريبي والبروتين. RNAs أطول وتسمى 18S و 28S. كما هو الحال في بدائيات النوى ، يهيمن الريبوسوم على تكوين الريبوسومات.

في هذه الكائنات ، يمتلك الريبوسوم كتلة جزيئية تبلغ 4.2 × 10 ⁶ كيلو دالتون ويتحلل إلى الوحدة الفرعية 40S و 60S.

تحتوي الوحدة الفرعية 40S على جزيء RNA واحد ، و 18 S (1874 قاعدة) ، وحوالي 33 بروتينًا. وبالمثل ، تحتوي الوحدة الفرعية 60S على RNAs 28S (4718 قاعدة) و 5.8S (160 قاعدة) و 5S (120 قاعدة). بالإضافة إلى ذلك ، تتكون من البروتينات الأساسية والبروتينات الحمضية.

الريبوسومات في العتائق

العتائق هي مجموعة من الكائنات المجهرية التي تشبه البكتيريا ، ولكنها تختلف في العديد من الخصائص التي تشكل مجالًا منفصلاً. إنهم يعيشون في بيئات متنوعة وقادرون على استعمار البيئات القاسية.

تتشابه أنواع الريبوسومات الموجودة في العتائق مع ريبوسومات الكائنات حقيقية النواة ، على الرغم من أن لها أيضًا خصائص معينة من الريبوسومات البكتيرية.

يحتوي على ثلاثة أنواع من جزيئات الحمض النووي الريبي الريبوسومي: 16S و 23S و 5S ، مقترنة بـ 50 أو 70 بروتينًا ، اعتمادًا على نوع الدراسة. من حيث الحجم ، فإن ريبوسومات العتائق أقرب إلى البكتيرية (70S مع وحدتين فرعيتين 30S و 50S) ولكن من حيث بنيتها الأولية فهي أقرب إلى حقيقيات النوى.

نظرًا لأن الأركيا تميل إلى العيش في بيئات ذات درجات حرارة عالية وتركيزات عالية من الملح ، فإن ريبوسوماتها شديدة المقاومة.

معامل الترسيب

يشير S أو Svedbergs إلى معامل الترسيب للجسيم. يعبر عن العلاقة بين السرعة الثابتة للترسيب والتسارع المطبق. هذا المقياس له أبعاد زمنية.

لاحظ أن Svedbergs ليست مضافة ، لأنها تأخذ في الاعتبار كتلة وشكل الجسيم. لهذا السبب ، في البكتيريا ، الريبوسوم المكون من 50S و 30S لا يضيف ما يصل إلى 80S ، وبالمثل لا تشكل الوحدات الفرعية 40S و 60S ريبوسوم 90S.

تخليق الريبوسوم

تم العثور على جميع الآلات الخلوية اللازمة لتخليق الريبوسومات في النواة ، وهي منطقة كثيفة من النواة غير محاطة بهياكل غشائية.

النواة عبارة عن بنية متغيرة اعتمادًا على نوع الخلية: فهي كبيرة وواضحة في الخلايا ذات المتطلبات العالية من البروتين وهي منطقة غير محسوسة تقريبًا في الخلايا التي تصنع القليل من البروتين.

تحدث معالجة الحمض النووي الريبي الريباسي في هذه المنطقة ، حيث تقترن ببروتينات الريبوسوم وتؤدي إلى منتجات تكثيف حبيبية ، وهي الوحدات الفرعية غير الناضجة التي تشكل الريبوسومات الوظيفية.

يتم نقل الوحدات الفرعية خارج النواة - عبر المسام النووية - إلى السيتوبلازم ، حيث يتم تجميعها في ريبوسومات ناضجة يمكن أن تبدأ في تخليق البروتين.

جينات RNA الريبوسوم

في البشر ، تم العثور على الجينات التي ترمز إلى الحمض النووي الريبي في خمسة أزواج محددة من الكروموسومات: 13 و 14 و 15 و 21 و 22. نظرًا لأن الخلايا تتطلب أعدادًا كبيرة من الريبوسومات ، يتم تكرار الجينات عدة مرات على هذه الكروموسومات.

تقوم جينات النواة بترميز 5.8S و 18S و 28S ريبوسوم RNAs ويتم نسخها بواسطة RNA polymerase إلى نسخة سليفة 45S. لا يتم تصنيع 5S الريبوسوم RNA في النواة.

الأصل والتطور

يجب أن تكون الريبوسومات الحديثة قد ظهرت في زمن LUCA ، آخر سلف مشترك عالمي ، ربما في العالم الافتراضي لـ RNA. يُقترح أن نقل الحمض النووي الريبي كان أساسيًا لتطور الريبوسومات.

يمكن أن تنشأ هذه البنية كمركب له وظائف ذاتية التكرار اكتسبت لاحقًا وظائف لتخليق الأحماض الأمينية. واحدة من أبرز خصائص الحمض النووي الريبي هي قدرته على تحفيز النسخ المتماثل الخاص به.

المراجع

1. بيرج جي إم ، تيموكزكو جي إل ، سترير إل (2002). الكيمياء الحيوية. الطبعة الخامسة. نيويورك: WH Freeman. القسم 29.3 ، الريبوسوم هو جسيم بروتين نووي (70S) مصنوع من وحدة فرعية صغيرة (30S) وكبيرة (50S). متاح على: ncbi.nlm.nih.gov
2. كورتيس ، هـ ، وشنيك ، أ. (2006). دعوة إلى علم الأحياء. عموم أمريكا الطبية Ed.
3. فوكس ، جنرال إلكتريك (2010). أصل وتطور الريبوسوم. وجهات نظر كولد سبرينج هاربور في علم الأحياء ، 2 (9) ، a003483.
4. هول ، جي إي (2015). كتاب جايتون وهال للكتاب الإلكتروني لعلم وظائف الأعضاء الطبي. العلوم الصحية Elsevier.
5. لوين ، ب. (1993). الجينات المجلد 1. العودة.
6. لوديش ، هـ. (2005). البيولوجيا الخلوية والجزيئية. عموم أمريكا الطبية Ed.
7. راماكريشنان ، ف. (2002). هيكل الريبوسوم وآلية الترجمة. الخلية ، 108 (4) ، 557-572.
8. Tortora، GJ، Funke، BR، & Case، CL (2007). مقدمة في علم الأحياء الدقيقة. عموم أمريكا الطبية Ed.
9. ويلسون ، دي إن ، وكيت ، جيه إتش دي (2012). هيكل ووظيفة الريبوسوم حقيقيات النواة. وجهات نظر كولد سبرينج هاربور في علم الأحياء ، 4 (5) ، a011536.