عملکرد و ساختار ریبوزوم ها
در دنیای پیچیده و شگفت‌انگیز سلول‌ها، بخش‌های کوچک و گوناگونی به نام اندامک وجود دارند که هر یک کار ویژۀ خود را انجام می‌دهند. در میان آنها، ریبوزوم جایگاه ویژه‌ای دارد. ریبوزوم مانند یک کارخانۀ کوچک و دقیق عمل می‌کند که مسئول ساختن پروتئین در سلول است. پروتئین‌ها برای ادامۀ زندگی و انجام کارهای اساسی بدن مانند رشد، ترمیم بافت‌ها و مقابله با بیماری‌ها ضروری هستند و بدون ریبوزوم، تولید آنها ممکن نخواهد بود. در این نوشته، به بررسی ریبوزوم و نقش مهم آن در ساخت پروتئین می‌پردازیم.
ریبوزوم چیست؟
ریبوزوم‌ها اندامک‌های کوچکی هستند که درون همه سلول‌های پروکاریوتی (مانند باکتری‌ها) وجود دارند و پوشش غشایی ندارند. این اندامک‌ها را با نام “دانه‌های پالاد” نیز می‌شناسند که در سال ۱۹۸۳ توسط دانشمندی به نام پالاد شناسایی شدند. ریبوزوم‌ها نقش بسیار مهمی در سلول بر عهده دارند، زیرا وظیفهٔ ساخت پروتئین‌ها را انجام می‌دهند.
این ذرات، شکل تقریباً گرد و فشرده‌ای دارند و اندازه آنها بین ۴۰ تا حدود ۳۰۰ آنگستروم است. ریبوزوم‌ها در واقع کارخانه‌های تولید پروتئین در سلول هستند؛ آنها اسیدهای آمینه را به هم متصل کرده و مولکول‌های پروتئینی می‌سازند.
اطلاعات ژنتیکی موجود در DNA طی فرآیندی به نام رونویسی، به سه نوع RNA تبدیل می‌شوند: mRNA، rRNA و tRNA. در نهایت، این mRNA است که توسط ریبوزوم خوانده شده و به پروتئین ترجمه می‌شود. سایر انواع RNA نیز در این مسیر به صورت اسیدهای ریبونوکلئیک به کار گرفته می‌شوند.
به این فرآیند ساخت پروتئین، «ترجمه» گفته می‌شود. در این مرحله، ریبوزوم به mRNA متصل شده و از ترتیب نوکلئوتیدهای آن به عنوان نقشه برای ساختن پروتئین استفاده می‌کند.
ساختار ریبوزوم
ریبوزوم‌ها نیمی از RNA و نیمی از پروتئین ساخته شده‌اند. RNA در واقع از هسته سلول به دست می‌آید، جایی که ریبوزوم‌ها در آن ساخته می‌شوند. یک سلول ساده، مثل سلول باکتری، چندین هزار ریبوزوم دارد، اما یک سلول پیچیده، مانند سلول انسان، ممکن است چندین میلیون ریبوزوم در خود جای دهد. همچنین، ریبوزوم‌های سلول‌های ساده، کوچک‌تر از ریبوزوم‌های سلول‌های پیشرفته هستند.
عملکرد و وظیفه ریبوزوم‌ها در سلول
درون هر سلول، ریبوزوم‌ها در دو بخش از سیتوپلاسم قرار دارند. بعضی از آنها به صورت پراکنده در سیتوپلاسم شناورند که به آنها ریبوزوم‌های آزاد می‌گویند. گروه دیگر نیز به سطح شبکه آندوپلاسمی چسبیده‌اند که ریبوزوم‌های متصل نامیده می‌شوند. وقتی این ریبوزوم‌ها به شبکه آندوپلاسمی متصل می‌شوند، به آن شبکه آندوپلاسمی زبر یا خشن می‌گویند. هر دو نوع ریبوزوم، چه آزاد و چه متصل، از نظر ساختاری شبیه هم هستند و کار اصلی آنها ساختن پروتئین‌هاست.
کار اصلی ریبوزوم‌ها این است که اسیدهای آمینه را کنار هم قرار داده و پروتئین‌های مورد نیاز سلول را می‌سازند. این پروتئین‌ها برای انجام فعالیت‌های مختلف سلول بسیار ضروری هستند. همان‌طور که بسیاری از ما می‌دانیم، در سلول ابتدا مولکول DNA طی فرآیندی به نام رونویسی، RNA پیک (mRNA) تولید می‌کند. سپس این mRNA، حاوی پیام ژنتیکی، طی مرحله‌ای به نام ترجمه، به پروتئین تبدیل می‌شود.
اگر بخواهیم دقیق‌تر بگوییم، در سنتز پروتئین، ترتیب چیدمان اسیدهای آمینه توسط mRNA مشخص می‌شود. mRNA در هسته ساخته شده و بعد به سیتوپلاسم می‌رود. در آنجا، بخش‌های تشکیل‌دهنده ریبوزوم دور mRNA جمع می‌شوند و با کمک نوع دیگری از RNA به نام tRNA، اسیدهای آمینه را به هم متصل کرده و پروتئین می‌سازند. به این فرآیند کلی، اصول مرکزی گفته می‌شود.
پروتئین‌هایی که توسط ریبوزوم‌های آزاد ساخته می‌شوند، معمولاً درون سیتوپلاسم استفاده می‌شوند. اما پروتئین‌هایی که ریبوزوم‌های متصل می‌سازند، اغلب به خارج از سلول فرستاده می‌شوند. با توجه به نقش اصلی ریبوزوم‌ها در ساخت پروتئین، به راحتی می‌توان فهمید که یک سلول بدون ریبوزوم نمی‌تواند زنده بماند.
انواع ریبوزوم ها
الف: ریبوزوم‌های آزاد درون سیتوپلاسم: در سلول‌های ساده (پروکاریوتی) ریبوزوم‌ها از نوع 70s هستند، اما در سلول‌های پیشرفته (یوکاریوتی) ریبوزوم‌های موجود در سیتوپلاسم از نوع 80s بوده و بزرگ‌تر و سنگین‌تر هستند.
ب: ریبوزوم‌های متصل به شبکه آندوپلاسمی دانه‌دار: همان‌طور که قبلاً اشاره شد، روی سطح شبکه آندوپلاسمی خشن، ریبوزوم‌ها قرار گرفته‌اند. در این سلول‌ها، نسبت ریبوزوم‌های آزاد به ریبوزوم‌های چسبیده به شبکه، بسته به فعالیت سلول تغییر می‌کند. هرچه ساخت پروتئین‌های ترشحی و پروتئین‌های ویژه‌ای که در ساختار غشای شبکه آندوپلاسمی، غشای دستگاه گلژی، لیزوزوم‌ها و غشای سلول به کار می‌روند بیشتر باشد، تعداد ریبوزوم‌های متصل به شبکه نیز افزایش می‌یابد.
در سلول‌های ترشحی که آنزیم‌های مختلفی را تولید و آزاد می‌کنند، تا ۹۰ درصد ریبوزوم‌ها به شبکه آندوپلاسمی متصل هستند. در مقابل، در سلول‌هایی مانند رتیکولوسیت‌ها، بافت‌های در حال رشد گیاهان و سلول‌های عصبی جنینی، بیشتر ریبوزوم‌ها به صورت آزاد وجود دارند. در سلول‌های هِلا که نوعی سلول سرطانی محسوب می‌شوند، تنها ۱۵ درصد ریبوزوم‌ها به غشای شبکه چسبیده‌اند.
ج: ریبوزوم‌های درون اندامک‌ها مانند ریبوزوم‌های میتوکندری و کلروپلاست: این نوع ریبوزوم‌ها فقط در سلول‌های پیشرفته (یوکاریوتی) یافت می‌شوند. اندازه و وزن آنها بسته به نوع سلول متفاوت است، اما در هر صورت کوچک‌تر و سبک‌تر از ریبوزوم‌های سیتوپلاسمی همان سلول هستند. از نظر ساختار، عملکرد، حساسیت به آنتی‌بیوتیک‌ها و به‌ویژه ابعاد، این ریبوزوم‌ها بیشتر شبیه ریبوزوم‌های سلول‌های ساده (پروکاریوتی) می‌باشند.
نحوه قرار گیری ریبوزوم ها
ریبوزوم‌هایی که در سیتوپلاسم وجود دارند یا به شبکه آندوپلاسمی متصل هستند، ممکن است به صورت تنها (مونوزوم) یا گروهی (پلی‌زوم) دیده شوند. به مجموعه‌ای از حدود ۵ تا ۸۰ ریبوزوم که به یک مولکول mRNA متصل شده‌اند، پلی‌زوم گفته می‌شود. ریبوزوم‌ها تنها در حالتی که به صورت پلی‌زوم باشند، می‌توانند پروتئین سازی کنند. گاهی در درون سیتوپلازم، پلی‌زوم‌ها به شکل مارپیچ یا حلقه درمی‌آیند که این حالت نشان‌دهنده نوعی مشکل در فرایند تولید پروتئین در سلول است. تعداد ریبوزوم‌های یک سلول گاهی به حدود پانصد هزار عدد نیز می‌رسد.
عمر ریبوزوم ها
ریبوزوم‌ها به طور میانگین حدود ۶ ساعت در یاخته عمر می‌کنند. به همین دلیل، باید پیوسته جایگزین شوند. این بازسازی در سلول‌های گوناگون با سرعتی بین ۱۰ تا ۱۰۰ ریبوزوم در هر ثانیه انجام می‌شود.
چند نکته قابل توجه درمورد ریبوزوم ها
ریبوزوم ها هیچ پوسته یا غشایی ندارند و به همین دلیل در دسته اندامک های بدون غشا قرار می گیرند.
از آنجایی که بیشتر مواد مورد نیاز برای ساخت پروتئین در سیتوپلاسم وجود دارد، ریبوزوم ها نمی توانند درون مایع هسته پروتئین بسازند.
ریبوزوم از پروتئین های گوناگونی تشکیل شده که در اطراف مولکول‌های rRNA جمع می‌شوند. جالب است بدانید که در سلول‌های پروکاریوتی، ریبوزوم‌ها دارای ۵۰ نوع پروتئین هستند که دور سه مولکول rRNA جمع شده‌اند. اما در سلول‌های یوکاریوتی، ریبوزوم‌ها از ۸۰ نوع پروتئین تشکیل شده‌اند که به دور چهار مولکول rRNA تجمع پیدا کرده‌اند.
محل اصلی فعالیت ریبوزوم و ساخت پروتئین، در سیتوپلاسم سلول است. علاوه بر این، در میتوکندری و کلروپلاست نیز پروتئین‌سازی انجام می‌شود و بنابراین ریبوزوم در آنجاها هم وجود دارد. اما محل ساخته شدن خود ریبوزوم، درون هسته و دقیقاً در بخشی به نام هستک است.
توجه: در هستک فقط بخش‌های سازنده ریبوزوم (یعنی بخش کوچک و بخش بزرگ) تشکیل می‌شوند و ریبوزوم کامل در هسته دیده نمی‌شود.
اگرچه ریبوزوم در ناحیه هستکِ درون هسته ساخته می‌شود، اما نمی‌توان گفت که در خود هسته ریبوزوم یافت می‌شود. ریبوزوم‌ها از کنار هم جمع شدن پروتئین‌های مختلف (مثلاً ۸۰ نوع در سلول‌های یوکاریوتی) در اطراف مولکول‌های rRNA به وجود می‌آیند. بخش کوچک و بخش بزرگ به صورت جداگانه در هستک تشکیل می‌شوند، اما حتی این بخش‌ها نیز در همان مرحله کامل نیستند، چون برخی از پروتئین‌های ریبوزومی بعداً در خارج از هسته به آنها اضافه می‌شوند. فرض کنید اگر ریبوزوم کامل در هسته وجود داشت، باید فرآیند پروتئین‌سازی هم در هسته انجام می‌شد، در حالی که اینطور نیست.
هر ریبوزوم از دو بخش تشکیل شده است: یک بخش کوچک و یک بخش بزرگ.
هر یک از این بخش‌های کوچک و بزرگ، خود از مولکول‌های rRNA و همچنین پروتئین ساخته شده‌اند. این تصور که یکی از بخش‌ها فقط از rRNA و بخش دیگر فقط از پروتئین است، نادرست می‌باشد.
پیشنهاد: مطالعه بیشتر درباره سلول و چگونگی سازمان‌بندی آن می‌تواند مفید باشد.