Ribosomen und Strukturanalyse

Röntgenstrukturanalyse:

Die Struktur von Proteinen läßt sich, unter anderem, mit intensiven Röntgenstrahlen analysieren. Diese Methode hat gegenüber (den meisten) alternativen der Strukturaufklärung den Vorteil der höheren Auflösung, d.h. Detailgenauigkeit der Strukturen gerade bei größerer Molekülen.

Um darzustellen, wie das Ganze dann funktioniert ist auf der extra-Seite über Proteinkristallographie ein wenig beschrieben wie die 'Ribosomenkristallografie' und Röntgenstrukturanalyse so vonstatten geht.

Die verschiedenen Funktionen oder Mechanismen, die das Ribosom während der Protein-Biosynthese vollführt, begründen sich letztlich in dem Aufbau und der Dynamik des Moleküls, darin unterscheidet es sich nicht von einem gewöhnlichen Enzym. Will man also die Funktion verstehen, muss man die Struktur kennen: Je detaillierter die Struktur, desto besser das Verständnis der Mechanismen.

Das Ribosom ist ein Ribonukleoprotein-Komplex, der sich aus zwei verschiedenen Untereinheiten zusammensetzt. Bakterielle Ribosomen bestehen aus zwei Untereinheiten, die entsprechend ihrer Sedimentations-konstanten als 30S und 50S bezeichnet werden. Zusammen bilden die beiden Untereinheiten das 70S Ribosom. Die beiden Untereinheiten wiederum setzten sich aus Ribonukleinsäuren, der rRNA, und ribosomalen Proteinen zusammen. Die 50S ribosomale Untereinheit besteht zum Beispiel aus zwei RNA-Strängen, der 23S und 5S rRNA mit insgesamt rund 3000 rRNA Basen sowie etwa 30 verschiedenen Proteinen.


Zusammensetzung bakterieller Ribosomen (70S)

Bakterielle Ribosomen sind aufgebaut aus 2 Untereinheiten, die in der Zelle separat vorliegen und erst zur Proteinbiosynthese zum vollständigen Ribosom zusammenfinden.

die Untereinheiten

30S

Die 'kleine' ribosomale Untereinheit, 30S genannt, setzt sich aus einer RNA Kette (16S, orange) und etwa 21 Proteinen (bunt) zusammen.

  

50S

Die 'große' ribosomale Untereinheit, auch 50S genannt, wird aus 2 RNA-Ketten (5S, 23S; blau) und etwa 33 Proteinen (bunt) gebildet.


Zur Proteinbiosynthese verbinden sich die Untereinheiten unter Zuhilfenahme verschiedener Faktoren zum ganzen Ribosom, 70S genannt.


Dargestellt sind hier die Strukturen der 30S Untereinheit (links) und der 50S Untereinheit von Thermus thermophilus (rechts) im Ganzen und in Häppchen. Die Struktur des 30S Ribosoms wurde praktisch zeitgleich (Erster!) von uns (A. Yonath, PubMed) und der Gruppe von V. Ramakrishnan (PubMed) publiziert. Bei der 50S Untereinheit konnte zunächst T. Steitz (PubMed) die Struktur von Haloarcula marismortui lösen, bevor wir einige Zeit später das 50S von Deinococcus radiodurans nachliefern konnten (PubMed), mit dem Vorzug ein besseres Modell für bakterielle Erreger zu haben.

Mit den Jahren (2005 bis 2010) sind nicht nur viele Komplexe der Untereinheiten, sondern auch noch 2 Strukturen sowie diverse Komplexe hoher Auflösung von 70S Ribosomen veröffentlicht worden. Von den Bakterienarten Escherichia coli (auch bekannt als E.coli) und Thermus thermophilus. Letzteres habe ich für die aktuelle obigen Darstellung verwendet.

Schwierige Kristallisation:

Auch 10 Jahre nach der ersten Struktur (Aug. 2000) basieren die unzähligen ribosomalen Komplexe auf nur 5 (6) Grundstrukturen (Kristallen): 30S Thermus thermophilus von A. Yonath und V. Ramakrishnan, 50S Haloarcula marismortui von T. Steitz, 50S Deinococcus radiodurans von A. Yonath), 70S Escherichia coli von Jamie Cate und 70S von Thermus thermophilus von V. Ramakrishnan (mit etwas weniger Auflösung auch von H. Noller).