Die Ribosomen sind makromolekulare Komplexe in den Zellen. An ihnen erfolgt die Produktion der Proteine. Bei dem Prozess findet die Übersetzung der Basensequenz eines Messenger-Ribonukleinsäure-Einzelstrangs statt. Diese nennt sich in der Biologie mRNA. Aus ihm decodiert die Zelle die Aminosäurensequenz der im Protein befindlichen Polypeptidkette. Diese Translation erweist sich bei allen Lebewesen als zentraler Part der Proteinbiosynthese. Die notwendige Übersetzungsregel heißt genetischer Code.

Ribosomen

Funktionsweise der Ribosomen

Die Ribosomen weisen einen Durchmesser von 25 Nanometern auf. Sie bestehen als große Ribonucleoprotein-Partikel. In elektromikroskopischen Aufnahmen sehen Sie die Zellelemente als gut kontrastierte Partikel. Durch ihre Funktion existieren sie als Multienzymkomplexe. Diese katalysieren die einzelnen Schritte der Translation schrittweise. Verschiedene Antibiotika hemmen spezifische Translationsschritte. Sie binden sich beispielsweise an 70S- oder 80S-Ribosomen. Zu diesen Medikamenten zählen:

  • Chloramphenicol,
  • Cycloheximid,
  • Puromycin und
  • Streptomycin.

In den Ribosomen setzt die Translation nach dem Umschreiben der Erbinformation eines Gens ein. Das genetische Material wandelt sich in die Sequenz eines mRNA-Einzelstrangs. Die Zellbestandteile bestehen aus der ribosomaler RNA, kurz rRNA, und Proteinen. Bei ihnen handelt es sich um rProteine. Die Ribosomen befinden sich im Zytoplasma und in Zellorganellen. Letztere enthalten Mitochondrien und Chloroplasten. Durch ihren endosymbiotischen Ursprung weisen sie eine Möglichkeit zur eigenen Proteinbiosynthese auf.

Der Aufbau der Ribosomen

Bei den Ribosomen handelt es sich um granuläre Partikel. Diese weisen einen Durchmesser zwischen 20 und 25 Nanometer auf. Sie bestehen zu zwei Dritteln aus der rRNA. Das letzte Drittel bilden die ribosomalen Proteine. Bei allen Organismen setzen sich die Ribosomen aus zwei Untereinheiten zusammen.

Diese unterscheiden sich in ihrer Größe und der Funktionalität. Um die Masse der Ribosomen zu charakterisieren, beachten Sie das Sedimentationsverhalten. Sie messen es in Svedberg-Einheiten.

Die Ribosomen setzen sich aus zwei Untereinheiten, der kleinen UE und der großen UE, zusammen. Diese Einheiten bilden zwischen sich einen Raum, in dem die Translation stattfindet. Finden in den Zellbestandteilen keine Translationsprozesse statt, liegen sie in Untereinheiten geteilt im Zytoplasma. Im Rahmen des Ribosomenzyklus bindet sich zuerst die kleine Untereinheit an die mRNA.

Anschließend folgt die Anbindung der großen Untereinheit. Nach der Translation lösen sich die Untereinheiten von der Messenger-RNA. Im Zytosol liegt ihre Lebensdauer im Schnitt bei sechs Stunden.

Die Unterschiede zwischen prokaryotischen und eukaryotischen Ribosomen

Bei den Prokaryoten und Eukaryoten unterscheidet sich die Anzahl der Ribosomen. In den eukaryotischen Zellen befinden sich die Zellelemente im Zytoplasma. Spezielle Ribosomen kommen in den Organellen vor, sofern diese eine eigene DNA besitzen. Beispielsweise befinden sich die Ribosomen in den Mitochondrien und in den Chloroplasten. Abhängig vom Ort ihrer Existenz unterscheiden sich folgende Arten der Ribosomen:

  • Cytosolische Ribosomen,
  • Mitoribosomen und Plastoribosomen,
  • 80S-Ribosomen in komplexen Plastiden.

Des Weiteren existieren freie und membrangebundene Ribosomen. In den eukaryotischen Zellen unterscheiden sich diese Zellbestandteile nach dem Ort ihrer Synthesetätigkeit. Die freien Ribosomen sind im Zytoplasma verstreut. Sie bilden die Proteine, deren Aufgabenbereich sich im Zellplasma befindet.

Dagegen verbinden sich die membrangebundenen Ribosomen mit der Membran des Endoplasmatischen Retikulums. Die synthetisierten Proteine wandern mithilfe des cotranslationalen Proteintransports in das Lumen des Endoplasmatischen Retikulums. Vorwiegend in Zellen, die Sekrete bilden, treten membrangebundene Ribosomen auf. Entsprechende Zellen existieren beispielsweise in der Bauchspeicheldrüse.

Der Zustand der Ribosomen

Ribosomen weisen zwei Hauptzustände auf: prä- und posttranslational. Eine hohe Barriere aus Aktivierungsenergie trennt beide Formen voneinander. Zwei Elongationsfaktoren erniedrigen die Energiebarriere. Auf diese Weise verändern sie den Zustand des Ribosoms.

Lagern sich mehrere prokaryotische Ribosomen aneinander, entsteht ein Gebilde, das einer Perlenschnur ähnelt. Hierbei handelt es sich um ein Polysom. Polysome existieren auf einem Molekül der mRNA. Verknüpft sich ein Peptid im Ribosom, wandert es durch den ribosomalen Tunnel. Der Durchgang entsteht zum großen Teil aus rRNA. Er tritt aus der ribosomalen Untereinheit aus. Die engste Stelle des Tunnels, der einen Durchmesser von 1,5 Nanometern aufweist, begrenzen konservierte ribosomale Proteine.

Wie entsteht die DNA?

Die Replikation und Transkription der DNA unterscheidet sich bei Bakterien, Archaeen und Eukaryoten gravierend. Aus dem Grund fällt es schwer, einen gemeinsamen Ursprung anzunehmen. Die Wissenschaft vermutet, dass primitive zelluläre Organismen die Erbinformationen mithilfe von DNA-Viren speichern konnten. Die Voraussetzung besteht in vorhandenen Ribosomen. Die DNA-Viren entwickelten sich laut dieser Theorie aus ursprünglichen RNA-Viren. Diese versuchten durch den Prozess, ihr Genom vor angreifenden Wirtszellen zu schützen.

Quellen:

  • https://www.spektrum.de/lexikon/biologie-kompakt/ribosomen/9904
  • https://de.wikipedia.org/wiki/Ribosom

⏲ Letzte Aktualisierung am von Dr. rer. medic. Harald Stephan

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