ریبوزوم

ریبوزم یا رِناتَن از ساختارهای بدون غشای سیتوپلاسمی در همه یاخته‌های پروکاریوتی و یوکاریوتی است که در سال ۱۹۷۴ به‌وسیله جرج امیل پالاده کشف شده‌اند. این ساختارها را دانه‌های پالاده نیز می‌نامند. از آنجا که سنتز پروتئین‌ها به‌وسیله ریبوزوم‌ها صورت می‌گیرد اهمیت زیادی دارند. ریبوزوم‌ها ذراتی کم و بیش کروی، متراکم (کدر) نسبت به الکترون‌ها هستند که قطرشان از ۴۰ تا حدود ۳۰۰ آنگستروم می‌رسد. (می توان گفت در کارخانه نقش پخت و دسته‌بندی مواد است) در سیتوپلاسم یا روی شبکه آندوپلاسمی زبر و در میتوکندری و کلروپلاست قرار دارند.

تاریخچه شناخت ریبوزوم ها

شناخت اولیه ریبوزوم‌ها مربوط به کلود می‌شود که در سال ۱۹۴۱ با مرکزگریزی شدید (اولتراسانتریفوگاسیون) افتراقی (مرحله‌ای) موفق به جداسازی ذراتی کوچک‌تر و سبک‌تر از میتوکندری‌ها شد که ذراتی به قطر ۵۰۰ تا ۲۰۰۰ میکرون و سرشار از RNA بودند که از خرد شدن قطعات شبکه آندوپلاسمی ضمن اولترا سانتریفوگاسیون ایجاد می‌شوند. می‌توانند حتی در شرایط آزمایشگاهی اسیدهای آمینه پرتوزا را به سرعت در ساختمان پروتئین‌ها وارد کنند.
عادا یونات و ونکاترامن راماکریشنان و توماس استیتز، برندگان نوبل شیمی در سال ۲۰۰۹ توانسته‌اند نقشه اتم به اتم ریبوزوم‌ها را کشف کنند و به گفته آکادمی سلطنتی علوم سوئد، تحقیقات آن‌ها برای درک علمی حیات، بنیادین بوده و به تهیه آنتی‌بیوتیک‌ها کمک کرده‌است.

اشکال ریبوزوم ها

ریبوزم‌های آزاد سیتوپلاسمی در سیتوپلاسم یاخته‌های پروکاریوتی از نوع ۷۰s و در سیتوپلاسم یاخته‌های یوکاریوتی از نوع ۸۰s، یعنی بزرگ‌تر و سنگین‌تر هستند.
ریبوزوم‌های چسبنده به غشای شبکه آندوپلاسمی زبر تنها در یاخته‌های یوکاریوتی که شبکه آندوپلاسمی دارند، دیده می‌شود. در این یاخته‌ها نسبت ریبوزم‌های آزاد سیتوپلاسمی به ریبوزم‌های چسبیده به غشای شبکه بر حسب شرایط فیزیولوژیکی یاخته تغییر می‌کند و هر چه سنتز پروتئین‌های ترشحی و پروتئین‌های ساختمانی ویژه‌ای که در ساختمان غشای شبکه آندوپلاسمی، غشای کیسه‌های گلژی، لیزوزوم‌ها و پلاسمالم وجود دارند بیشتر باشد، نسبت ریبوزوم‌های چسبیده به غشای شبکه نیز بیشتر می‌شود.
در یاخته‌های ترشحی آسینی‌های باز لوزالمعده که آنزیم‌های گوارشی مختلف را می‌سازند و یاخته‌های خونی که ایمنوگلوبین‌ها را می‌سازند تا ۹۰٪ ریبوزوم‌ها به غشای شبکه آندوپلاسمی چسبیده‌اند. بر عکس در رتیکولوسیت‌ها، بافت‌های مریستمی گیاهان و یاخته‌های عصبی رویانی بیشتر ریبوزوم‌ها آزادند. در یاخته‌های هلا که نوعی یاخته سرطانی هستند تنها ۱۵٪ ریبوزوم‌ها به غشای شبکه چسبیده‌اند.
ریبوزوم‌های موجود در اندامک‌های مثل ریبوزوم‌های میتوکندری و ریبوزوم‌های کلروپلاستی: این ریبوزوم‌ها نیز تنها در یاخته‌های یوکاریوتی وجود دارند. ضریب ته‌نشینی آن‌ها بر حسب گونه یاخته‌ها متفاوت است و به هرحال سبک‌تر و کوچک‌تر از ریبوزوم‌های سیتوپلاسمی یاخته مربوط هستند. از نظر ساخت و کار، حساسیت به آنتی بیوتیک‌ها و بیش از آن ابعادشان به ریبوزوم‌های پروکایوتی شبیه‌اند.

نحوه قرارگیری ریبوزوم ها

ریبوزوم‌های سیتوپلاسمی، اندامکی و ریبوزم‌ها چسبنده به غشای آندوپلاسمی می‌توانند به حالت منفرد (مونوزوم) یا به حالت چند تایی (پلی زوم) باشند. مجموع حدود ۵ تا ۸۰ ریبوزوم را که به مولکولی از mRNA چسبیده‌اند، پلی زوم نامند. ریبوزوم‌ها تنها وقتی که به حالت پلی زوم باشند، سنتز پروتئین دارند. گاهی در سیتوپلاسم پلی زوم‌ها حالت مارپیچی یا حلزونی به خود می‌گیرند فراوانی این نوع پلی زوم‌ها در یاخته را نشانه نوعی اختلال در فرایند سنتز پروتئین نمی‌داند.

تعداد ریبوزوم ها در یک یاخته

تعداد ریبوزم‌های یک یاخته تا حدود پانصد هزار می‌رسد. این تعداد در یاخته‌های مختلف و نیز در شرایط مختلف زیستی و فیزیولوژیکی در یک یاخته تغییرات زیادی دارد. در یک یاخته باسیل کولی حدود ده هزار تا پانزده هزار ریبوزوم موجود است. در اغلب در پروکاریوت‌ها حدود ۱۰۴، در یوکاریوت‌ها حدود ۱۰۵ تا ۱۰۷ و در اووسیت‌ها به‌طور معمول بیش از ۱۰۱۲ ریبوزوم وجود دارد.

عمر متوسط ریبوزوم ها

عمر متوسط ریبوزوم‌ها در حدود ۶ ساعت است؛ بنابراین بازسازی پیوسته آن‌ها ضرورت دارد. سرعت بازسازی در یاخته‌های مختلف ۱۰ تا ۱۰۰ ریبوزوم در هر ثانیه‌است. بازسازی ریبوزوم‌ها در یاخته‌های پروکاریوتی در سیتوپلاسم و بی‌تردید ضمن رونویسی از ژن‌های rRNA و در یاخته‌های یوکاریوتی در ارتباط با هستک صورت می‌گیرد ترکیبات بازدارنده رونویسی و همچنین سم آمانیتین که در قارچ آمانتیا وجود دارد این بازسازی را متوقف می‌کنند.

روش‌های جداسازی و مشاهده ریبوزوم ها

به روش‌های مختلف زیر می‌توان ریبوزوم‌ها را جداسازی و مشاهده کرد ساکارز و حضور Mg+۲ جدا می‌کنند. اولترا سانتریفوگاسیون به مدت یک ساعت و ۱۰۰۰۰۰gr انجام می‌شود. برای جدا کردن ریبوزوم‌ها از غشای شبکه آندوپلاسمی از دزوکسی کولات سدیم یا بکارگیری محلول‌های نمکی دارای غلظت مناسب و انجام اولترا سانتریفوگاسیون استفاده می‌شود.
تمام مراحل جداسازی باید با حضور غلظت مناسبی از یونهای Mg+۲ صورت گیرد. این غلظت مناسب با استفاده از کلرور منیزیم ۰٫۰۱ مولکول گرم در لیتر تأمین می‌شود. در غلظتهای زیاد آن (بیش از ۰٫۱ مولکول گرم در لیتر) ریبوزوم‌ها به هم می‌چسبند و به حالت دیمر در می‌آیند و در غلظت ۰٫۰۰۱ مولکول گرم در لیتر کلرور منیزیم دو جزء ریبوزوم از هم جدا می‌شوند.

ریخت‌شناسی ریبوزوم ها

از دو بخش کوچک و بزرگ تشکیل یافته‌است. در باسیل کولی، بخش کوچک کشیده، خمیره و دارای قسمتی متراکم و پیچیده‌است. بخش کوچک در گودی سطح فوقانی بخش بزرگ قرار گرفته‌است. بخش کوچک در ۳/۱ طول خود دارای دندانه‌ای کوچک است و مقابل به دانه دارای قسمتی متراکم و پیچیده‌است. بخش کوچک در گودی سطح فوقانی بخش بزرگ قرار گرفته‌است و حدود ۳/۱ از حجم کل ریبوزوم را تشکیل می‌دهد. بخش بزرگ که ۳/۲ حجم کل ریبوزوم را شامل می‌شود دارای یک سطح گود (مقعه) و سه زایده‌است.
سطح مقعر جایگاه چسبیدن بخش کوچک ریبوزومی است. زواید بخش بزرگ انگشت مانند، کوتاه و در انتها مدورند. زایده میانی بزرگ‌تر و زواید جانبی کوچک‌ترند. بخش بزرگ ریبوزوم از نیم رخ حالتی شبیه صندلی را حتی با یک بخش پشتی و در جای دست دارد. در یوکاریوتها بخش بزرگ شبیه آن باسیل کولی است اما یک زایده طویل است که به سوی سمت راست بخش بزرگ کشیده شده‌است.

پروتئین‌سازی نقش اصلی ریبوزوم ها

پروتئین‌ها از ماکرومولکول‌های اساسی یاخته‌های هستند که بیش از نیمی از وزن خشک آن‌ها را می‌سازند. در ساختار اندامک‌ها و اجزای فعال یاخته‌ها یافت می‌شوند و در ساخت و کار آن‌ها نقش بنیادی دارند. ماکرومولک‌های پروتئینی از ترکیب اسیدهای آمینه با اتصال‌های کووالانسی پپتیدی ایجاد می‌شوند. در بیوسنتز آن‌ها از جمله ریبوزوم‌ها، RNAهای پیامبر، RNAهای ناقل و… شرکت دارند. وقتی که ریبوزوم‌ها در سنتز پروتئین‌ها فعال نیستند اغلب به صورت ذخیره‌ای از اجزای آزاد در سیتوپلاسم پراکنده‌اند.