2.4D: Ribosomen

Die Dichte der ribosomalen Untereinheiten

Ribosomen bestehen aus zwei Untereinheiten, die zusammenkommen, um Boten-RNA (mRNA) während der Translation in Polypeptide und Proteine zu übersetzen, und werden üblicherweise anhand ihrer Dichte beschrieben. Die Dichte ist die Masse eines Moleküls oder Partikels geteilt durch sein Volumen und wird in Svedberg (S)-Einheiten gemessen, einer Dichteeinheit, die der relativen Sedimentationsrate bei der Ultrahochgeschwindigkeitszentrifugation entspricht. Je größer der S-Wert, desto dichter ist das Teilchen.

Ribosomale Untereinheiten bestehen aus ribosomaler RNA (rRNA) und Proteinen. Ribosomale Untereinheiten mit unterschiedlichen S-Werten setzen sich aus unterschiedlichen rRNA-Molekülen und unterschiedlichen Proteinen zusammen. Zur Erinnerung: RNA ist ein Polymer aus Ribonukleotiden, die die Stickstoffbasen Adenin, Uracil, Guanin oder Cytosin enthalten. Die verschiedenen rRNA-Moleküle sind unterschiedlich lang und weisen eine unterschiedliche Reihenfolge dieser Ribonukleotidbasen auf. Da rRNA einzelsträngig ist, sind viele der rRNA-Nukleotidbasen an Wasserstoffbrückenbindungen innerhalb des Strangs beteiligt, was dem rRNA-Molekül seine spezifische Form verleiht (siehe Abbildung \(\PageIndex{1}\)). Die Form wiederum trägt dazu bei, die Funktion des Moleküls zu bestimmen – ähnlich wie die Wechselwirkungen zwischen den Aminosäuren in einem Protein dessen Form und Funktion bestimmen (siehe Abbildung \(\PageIndex{2}\)).

Veranschaulichung einer 16S rRNA in Escherichia coli

Veranschaulichung einer 16S rRNA

Veranschaulichung des Enzyms Katalase

Prokaryotische Ribosomen zum Beispiel bestehen aus zwei Untereinheiten mit einer Dichte von 50S und 30S. Die 30S-Untereinheit enthält die 16S rRNA mit einer Länge von 1540 Nukleotiden und 21 Proteinen; die 50S-Untereinheit enthält eine 5S rRNA mit einer Länge von 120 Nukleotiden, eine 23S rRNA mit einer Länge von 2900 Nukleotiden und 31 Proteine. Die beiden Untereinheiten verbinden sich während der Proteinsynthese zu einem vollständigen 70S-Ribosom.

Eukaryotische ribosomale Untereinheiten haben eine Dichte von 60S und 40S, da sie andere rRNA-Moleküle und Proteine enthalten als prokaryotische ribosomale Untereinheiten. Bei den meisten Eukaryoten enthält die 40S-Untereinheit eine 18S rRNA mit 1900 Nukleotiden und etwa 33 Proteine; die 60S-Untereinheit enthält eine 5S rRNA mit 120 Nukleotiden, eine 5,8S rRNA mit 160 Nukleotiden, eine 28S rRNA mit 4700 Nukleotiden und etwa 49 Proteine. Die beiden Untereinheiten verbinden sich während der Proteinsynthese zu einem vollständigen 80S-Ribosom mit einem Durchmesser von etwa 25 nm.

Aufgrund dieses Unterschieds zwischen den spezifischen rRNAs und Proteinen und der daraus resultierenden „Form“ gibt es Medikamente, die entweder an eine 30S- oder 50S-Ribosomen-Untereinheit eines prokaryotischen Ribosoms binden und anschließend seine Funktion blockieren können, aber nicht in der Lage sind, an die entsprechende 40S- oder 60S-Untereinheit eines eukaryotischen Ribosoms zu binden.