Ribosomas
Neatņemama visu dzīvo šūnu sastāvdaļa, ar kuras palīdzību uz informācijas RNS matricas šūnās tiek sintezētas visas olbaltumvielas, to skaitā arī fermenti, kas vada visus šūnā notiekošos ķīmiskos procesus.
Uzbūve. Neliels šūnas orgāns ar neregulāru formu. Ribosomas ir gluži kā olbaltumvielu fabrikas, kas darbojas visās šūnās. Prokariotu ribosomas ir mazāka izmēra, nekā eikariotiskajām šūnām, taču gan vienas, gan otras sastāv no divām apakšvienībām (nevienādām daļām) - lielās un mazās, kuras abas ir veidotas no vairākām RNS molekulām (tā ir tā sauktā ribosomu RNS, jeb rRNS) un dažiem desmitiem dažādu olbaltumvielu.
Rentgenostrukturālās analīzes metodes ļauj spriest par bioloģisko makromolekulu un to kompleksu uzbūvi (piemēram, 1953. gadā šīs metodes palīdzēja noteikt DNS struktūru). Šīs analīzes metodes pamatā ir makromolekulu kristālu iegūšana un to caurstarošana ar rentgena stariem. Tomēr vēl 20. gadsimta astoņdesmitajos gados vēl nevienam nebija izdevies iegūt analīzei derīgus kristālus nedz no pilnām ribosomām, nedz arī atsevišķām to apakšvienībām.
Šobrīd ribosomas ir paši lielākie nesimetriskie makromolekulārie kompleksi ar noteiktu struktūru (vīrusu uzbūvi vieglāk pētīt, jo tiem piemīt simetriskums).
Izpēte. Ribosomu darbības mehānisms tiek pētīts ne vienu vien gadu desmitu, taču daudzas šī mehānisma detaļas vēl aizvien nav izdevies noskaidrot, un kaut cik sīki ribosomu uzbūves modeļi tika iegūti tikai XX un XXI gadsimta mijā.
Pirmos veiksmīgos mēģinājumus kristalizēt ribosomas, lai pētītu to uzbūvi ar rentgena staru palīdzību, astoņdesmitajos gados veica Ada Jonata Berlīnē un, neatkarīgi no viņas, grupa no Olbaltumvielu institūta Puščinas pilsētā (Krievijā), kurā piedalījās Marats un Guļnara Jusupovi, kas ribosomu pētījumus vēlāk turpināja Rietumos.
Taču nopietns izrāviens šajā jomā notika tikai XX gs. 90.gadu sākumā, kad Adas Jonatas grupa nodemonstrēja iespēju iegūt kristālus no prokariotiskās ribosomas lielās apakšvienības, kas deva difrakcijas attēlu ar izšķirtspēju, kas ļauj noteikt atsevišķu atomu novietojumu (līdz 3 Å un mazāk; atzīmējams, ka ribosomas izmērs ir apmēram 200 Å).
Taču pirmos ticamos ribosomu struktūras modeļus izdevās iegūt tikai pēc tam, kad kristalizācijas tehnoloģiju un rentgenostrukturālo datu analīzes metodiku kopīgu pētījumu gaitā pilnveidoja Pītera Mūra (Peter Moore) un Tomasa Stainca grupas Jēla universitātē. 2000.gadā žurnālā Science tika publicēts kopīgs šo grupu raksts, kurā pirmoreiz bija sīki (ar atoma izmēru izšķirtspēju) aprakstīta baktēriju ribosomas lielās apakšvienības struktūra.
Tajā laikā Venki Ramakrišnana grupa, kas strādāja Molekulārās bioloģijas laboratorijā Kembridžā, ieguva tikpat sīku modeli par citas baktēriju sugas ribosomas mazās apakšvienības uzbūvi, un tajā pašā gadā žurnālā Nature par to tika publicēts raksts. Gandrīz vienlaicīgi iznāca arī Adas Jonatas un viņas līdzstrādnieku raksts - viņi ar baktērijas ribosomas mazo apakšvienību bija panākuši gandrīz tādu pašu rezultātu, kaut arī bija vairākas reizes kļūdījušies, kā vēlāk noskaidrojās, tās struktūras interpretācijā.
Veselas ribosomas (tas ir, visa kompleksa, kas sastāv no lielās un mazās apakšvienības un transporta RNS jeb tRNS, kas piegādā ribosomai aminoskābes) struktūras modelis ar mazāk detalizētu izšķirtspēju (7,8 Å) pirmoreiz tika iegūts 1999.gadā Harija Nollera laboratorijā (Harry F.Noller) Kalifornijas universitātē Santakrūzā, piedaloties Maratam un Guļnarai Jusupovai, kas tai laikā jau strādāja pie Nollera.
Pēc 1999.gada publikācijas sekoja vēl viena 2001.gadā, kurā veselas ribosomas struktūra bija aprakstīta ar izšķirtspēju 5,5 Å - tuvu atomu izmēriem. Turpmāk vairākām laboratorijām, ieskaitot arī Nollera laboratoriju, izdevās iegūt veselas ribosomas struktūras modeļus arī ar atomāro izšķirtspēju. Pirmo tādu modeli (ar izšķirtspēju 2,5 Å) piedāvāja grupa, kuru vadīja Džeimijs Keits (Jamie H.D.Cate) no Kalifornijas universitātes Bērklijā. Apmēram divas trešdaļas no ribosomas masas veido RNS, bet apmēram trešdaļu - olbaltumvielas. Ribosomu uzbūves un darbības pētījumi parādīja, ka funkcionālā slodze ribosomās gulst vispirms uz pašu RNS. Tādējādi ribosomas pēc būtības ir gigantiski ribozīmi. Šis atklājums liecina par labu hipotēzei, saskaņā ar kuru pirmajos dzīvības pastāvēšanas etaps tā veidoja "RNS pasauli": RNS molekulas nodrošināja gan iedzimtības informācijas glabāšanu, gan arī vadīja ķīmiskos procesus, kas bija nepieciešami šīs informācijas nolasīšanai un kopēšanai; vēlāk šīs funkcijas evolūcijas gaitā tika nodotas atbilstoši DNS un olbaltumvielām.
Šobrīd ribosomas ir paši lielākie nesimetriskie makromolekulārie kompleksi ar noteiktu struktūru (vīrusu uzbūvi vieglāk pētīt, jo tiem piemīt simetriskums). Var gaidīt, ka turpmāk rentgenostrukturālo analīzi veiksmīgi pielietos arī citu lielu makromolekulāru struktūru uzbūves un darbības izpētei - piemēram, varētu pētīt splaisosomas, kas izgriež no informācijas RNS priekštečiem nekodējošās nukleotīdu secības (intronus).
Funkcija. Tā ir ļoti svarīga – „lasa” RNS ziņojumus un pēc tiem sintezē attiecīgās olbaltumvielas (translācija). Process ir ļoti sarežģīts, jo olbaltumvielas nesastāv no nukleotīdiem, bet gan no principiāli citām vielām – aminoskābēm. Pie kam nukleotīdu ir tikai 4, bet aminoskābes – 20.
Kā 4 nukleotīdu informācija pārvēršas par aminoskābju kodu? Katra aminoskābe ir 3 nukleotīdu „burtu” šifrēta. No nukleotīdu 4 burtu alfabēta var iegūt 64 alfabēta „vārdus” – kodonus. Katram kodonam atbilst sava specifiska aminoskābe. Tā kā kodonu ir vairāk (64) nekā aminoskābju (20), tad dažas aminoskābes tiek kodētas ar vairākiem kodoniem. Par ģenētiskā koda atšifrēšanu 1968.gadā Nobela prēmija tika piešķirta Maršalam Nirenbergam, Hobindam Korānam un Robertam Holijam.
Tās izstrādā proteīnus, kas kontrolē ķīmiskos procesus visos dzīvajos organismos. Tās proteīnos ieliek organisma ģenētisko kodu.
Antibiotikas bloķē baktērijām tām nepieciešamo proteīnu izstrādi.
Izmantošana medicīnā. Priekšstatiem par ribosomu struktūru ir arī tiešs praktisks pielietojums. Daudzas antibiotikas, kas tiek izmantotas infekcijas slimību ārstēšanai, darbojas, tieši pateicoties baktēriju ribosomu darbības nomākšanai. Jonatas, Ramakrišnana un Staica laboratorijās bija iegūti dati par vairāku tādu antibiotiku darbības mehānismu. Šos datus jau tagad izmanto jaunu antibiotiku izstrādei un esošo pilnveidošanai. Šis uzdevums ir diezgan aktuāls, jo slimības izraisošās baktērijas nepārtraukti evolucionē, kļūstot izturīgas pret medicīnas praksē izmantotajiem līdzekļiem, un farmācija šajās nepārtrauktajās "bruņošanās sacīkstēs" nedrīkst atpalikt no baktērijām.
Saites.
Ģenētika.
