Aufbau und Funktion der Ribosomen
Ribosomen sind membranlose Komplexe aus rRNA und Proteinen mit zwei Untereinheiten, an denen die Translation abläuft und nicht die Transkription.
Das Wichtigste in Kürze
- Das Ribosom ist ein membranloser Ribonucleoprotein-Komplex aus rRNA und ribosomalen Proteinen, an dem die Translation abläuft.
- Beide Untereinheiten enthalten rRNA und Proteine, bei Eukaryoten also 40S und 60S, bei Bakterien 30S und 50S.
- Ribosomen enthalten intakte RNA, aber keine DNA und damit keine Gene, außerdem keine Polysaccharide.
- Pro- und eukaryotische Ribosomen haben zwei ungleich große Untereinheiten, der Austrittstunnel der Polypeptidkette liegt in der großen.
- Die RNA-Polymerase gehört zur Transkription im Kern und ist kein Bestandteil der Ribosomen.
- Ein Polysom sind mehrere Ribosomen, die gleichzeitig eine mRNA translatieren, es kommt bei Bakterien und Eukaryoten vor.
Worum es geht
Ribosomen übersetzen die Information der mRNA in Proteine und kommen in jeder lebenden Zelle vor. Für die Pharmazie sind sie wichtig, weil viele Antibiotika wie Tetracycline oder Makrolide gezielt an bakterielle Ribosomen binden. Dafür muss man zuerst wissen, woraus ein Ribosom besteht und was es tut.
Zusammensetzung
Ein Ribosom besteht aus zwei Molekülklassen: ribosomaler RNA (rRNA) und ribosomalen Proteinen. Die rRNA liegt als intakte, vollständige RNA vor und macht etwa die Hälfte bis zwei Drittel der Masse aus. Ihre Faltung beschreibt die Seite zu den RNA-Spezies.
Ein Komplex aus RNA und Proteinen, die nichtkovalent zusammenhalten. Das Ribosom ist das bekannteste Ribonucleoprotein.
Beide Bausteine stecken in jeder der beiden Untereinheiten. Bei Eukaryoten enthalten also die 40S- und die 60S-Untereinheit rRNA und Proteine. Bei Bakterien gilt dasselbe für die 30S- und die 50S-Untereinheit. Die rRNA bildet das katalytische Zentrum, das die Peptidbindung knüpft. Ribosomen gehören damit zu den Ribozymen. Die Proteine stabilisieren das Gerüst und unterstützen die Bindung und Bewegung von mRNA und tRNA.
Was fehlt, ist ebenso wichtig. Ribosomen enthalten RNA, aber keine DNA. Sie tragen also keine Gene, sondern lesen nur die Abschrift eines Gens. Zucker kommen nur als Ribose im RNA-Rückgrat vor. Polysaccharide gehören nicht zum Ribosom.
Außerdem ist das Ribosom nicht von einer Biomembran umhüllt. Es liegt frei im Cytosol oder sitzt außen am rauen ER. Darin unterscheidet es sich von Zellkern, Mitochondrien oder Lysosomen, die Membranen begrenzen. Viele Lehrbücher zählen Ribosomen deshalb nur im weiteren Sinn zu den Organellen.
Untereinheiten
Jedes Ribosom besteht aus zwei unterschiedlich großen Untereinheiten. Das gilt für eukaryotische und bakterielle Ribosomen gleichermaßen. Sie unterscheiden sich in der Größe, nicht in der Zahl der Untereinheiten. Die Einteilung in 70S und 80S erklärt 70S- und 80S-Ribosomen.
Bei Eukaryoten entstehen die Untereinheiten im Nucleolus und gelangen getrennt ins Cytoplasma. Erst an der mRNA lagern sie sich zum vollständigen Ribosom zusammen.
Die Arbeit ist klar verteilt. Die kleine Untereinheit bindet die mRNA und kontrolliert die Paarung von Codon und Anticodon. Die große Untereinheit knüpft die Peptidbindung. Durch sie führt der Austrittstunnel, aus dem die wachsende, also naszierende Polypeptidkette herauskommt.
Ort der Translation
Das Ribosom ist der Ort der Translation, also der Proteinbiosynthese. Hier wird die Basenfolge der mRNA in eine Aminosäurefolge übersetzt. Die Aminosäuren bringt die Aminoacyl-tRNA heran, eine tRNA mit gebundener Aminosäure. Den genauen Ablauf behandelt Translation von mRNA.
Ribosomen sind nicht proteinspezifisch. Welches Protein entsteht, bestimmt allein die gebundene mRNA. Dasselbe Ribosom kann erst ein Enzym und danach ein Strukturprotein bauen. Weil Ribosomen im Cytoplasma jeder Zelle liegen, läuft die Proteinbiosynthese zum Beispiel auch im Cytoplasma pflanzlicher Zellen ab.
Davon zu trennen ist die Transkription. Sie schreibt DNA in RNA um. Bei Eukaryoten geschieht das im Zellkern am Chromatin. Ribosomen sind auch keine Chromosomen, denn Chromosomen bestehen aus DNA und Histonen.
- DNA wird in RNA umgeschrieben
- Enzym: RNA-Polymerase
- gesteuert durch Transkriptionsfaktoren
- Eukaryoten: im Zellkern
- mRNA wird in Protein übersetzt
- Ort: Ribosom
- Aminosäuren kommen über Aminoacyl-tRNA
- Eukaryoten: im Cytoplasma und am rauen ER
Wird im Examen gerne gefragt: Ribosomen enthalten zwar viel RNA, aber keine RNA-Polymerase und keine Bindungsstellen für Transkriptionsfaktoren. Beides gehört zur Transkription im Kern, am Ribosom läuft nur die Translation.
Polysomen
Eine mRNA wird selten nur von einem Ribosom gelesen. Sobald ein Ribosom vom 5’-Ende ein Stück weitergewandert ist, setzt das nächste an. So sitzen mehrere Ribosomen gleichzeitig an derselben mRNA. Diesen Verband nennt man Polysom oder Polyribosom. Aktive Ribosomen liegen in der Zelle häufig so verbunden vor.
Die Ribosomen reihen sich wie Perlen auf einer Schnur. Je näher ein Ribosom am 3’-Ende ist, desto länger ist seine Kette, denn es hat schon mehr Codons gelesen. So entstehen von einer einzigen mRNA in kurzer Zeit viele Proteinkopien.
Polysomen kommen bei Bakterien und bei Eukaryoten vor, also auch in tierischen und pflanzlichen Zellen. Bei Bakterien setzen Ribosomen sogar schon an, während die mRNA noch transkribiert wird. Polysomen liefern Proteine. Die Polysaccharide der pflanzlichen Primärwand bilden sie nicht direkt, diese entstehen im Golgi-Apparat und für Cellulose an der Plasmamembran.
Polysom und Nucleosom klingen ähnlich, gehören aber in verschiedene Welten: Das Polysom sind Ribosomen an einer mRNA, das Nucleosom ist DNA um ein Histonoktamer.
Quiz
Aussage 1
Die kleine Untereinheit eines eukaryotischen Ribosoms besteht ausschließlich aus Proteinen.
Beide Untereinheiten, also auch die kleine 40S-Untereinheit, enthalten rRNA und ribosomale Proteine.
Aussage 2
Polysomen sind auf Bakterien beschränkt und fehlen in tierischen Zellen.
Polysomen kommen bei Bakterien und bei Eukaryoten vor, auch in tierischen und pflanzlichen Zellen.
Aussage 3
Ribosomen sind nicht von einer Biomembran umhüllt.
Ribosomen besitzen keine Membranhülle und liegen frei im Cytosol oder außen am rauen ER.
Aussage 4
Ribosomen enthalten RNA-Polymerase, weil sie selbst reich an RNA sind.
Die RNA-Polymerase gehört zur Transkription im Zellkern. Sie ist kein Bestandteil der Ribosomen, an denen nur die Translation abläuft.
Aussage 5
Die naszierende Polypeptidkette verlässt das Ribosom durch einen Tunnel in der großen Untereinheit.
Die große Untereinheit knüpft die Peptidbindung, durch sie führt der Austrittstunnel.
Aussage 6
Ein und dasselbe Ribosom kann je nach gebundener mRNA verschiedene Proteine synthetisieren.
Ribosomen sind nicht proteinspezifisch. Welches Protein entsteht, bestimmt allein die mRNA.
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