ما هو الريبوسوم أو الجسيم الريبوزي ؟

تعريف الريبوسوم أو الجسيم الريبي

الريبوسوم هو آلية خلوية معقدة تستخدم لترجمة الشفرة الجينية إلى سلاسل من الأحماض الأمينية، وتطوى هذه السلاسل الطويلة من الأحماض الأمينية لتصبح بروتينات في الخلايا.

وظيفة الريبوسوم أو الجسيم الريبي

إن وظيفة الريبوسوم في أي خلية هي إنتاج البروتينات، وتستخدم البروتينات في جميع الوظائف الخلوية تقريبًا لتحفز وتسرع التفاعلات وأيضًا لتوفير الدعم على أنها ألياف، وتعمل العديد من البروتينات في مهام محددة مثل تقلص خلايا العضلات. تبدأ جميع البروتينات بحمض نووي ريبوزي منقوص الأكسجين (DNA) والبروتين الخاص (RNA polymerase) وهو إنزيم يتعرف على التسلسلات في الحمض النووي ويرتبط بها بمساعدة بروتينات أخرى، ويكون جزيئًا جديدًا للمعلومات يمكنه الانتقال من النواة إلى العصارة الخلوية للخلية. يُعالِج شريط الحمض النووي الريبوزي (RNA) الذي ينتجه الإنزيم (RNA polymerase) في طريقه أثناء الخروج من النواة وتُزال مناطق من الحمض النووي الريبوزي التي لا تشفر البروتينات، والآن يُعرف الجزيء باسم الحمض النووي الريبوزي المرسل.

يتكون الحمض النووي الريبوزي المرسل من أربع قواعد نووية مختلفة والمعروفة باسم الأحماض النووية، وتُقرأ أزواج القواعد في سلسلة ثلاثية، ما يشكل الكودونات أو الشيفرات. يحدد كل كودون حمضًا أمينيًا معينًا، وتستخدم جميع أشكال الحياة على الأرض نفس الأحماض الأمينية العشرين، كما أن الكودونات المستخدمة لتكوين تلك الأحماض الأمينية تكاد تكون عالميةً، الشفرة التي تبدأ في جميع البروتينات هي (AUG)، وهذا يدل على تسلسل القواعد النووية: الأدينين واليوراسيل والجوانين على التوالي.

إن جزيء الحمض النووي الريبوزي الخاص الذي يرتبط بالأحماض الأمينية، يعرف باسم الحمض النووي الريبوزي الناقل، ويحمل هذا الحمض النووي الريبوزي الناقل الحمض الأميني الميثيونين اعتمادًا على البروتين الذي يُبنى، يمكن أن يكون الحمض الأميني القادم أي حمض من الأحماض العشرين.

هنا يأتي دور الريبوسوم في التعرف على بنية الحمض النووي الريبوزي المرسل المرتبطة بالحمض النووي الريبوزي الناقل، ويمكن للوحدات الجزئية للريبوسوم أن تتضافر للبدأ في تصنيع البروتين من خيط الحمض النووي الريبوزي المرسل. يعد الريبوسوم محفزًا كبيرًا، فهو يكون الأواصر الببتيدية بين الأحماض الأمينية ويُطلق الحمض النووي الريبوزي الناقل المستخدم مرةً أخرى إلى العصارة الخلوية حتى يتمكن من الارتباط بحمض أميني آخر. في نهاية المطاف، سيقدم الحمض النووي الريبوزي المرسل كودونًا إلى الريبوسوم بمعنى التوقف، وتفصل بروتينات خاصة سلسلة الأحماض الأمينية من الحمض النووي الريبوزي الناقل، ومن ثم يُطلق البروتين.

تُصور عملية تجميع البروتين الجديد في الصورة أدناه:

ريبوسوم TRNA

تتطلب البروتينات المختلفة تعديلات وانتقالات إلى مناطق مختلفة من الخلية قبل أن تتمكن من العمل، فالريبوسوم المرتبط بالشبكة البلازمية الداخلية -على سبيل المثال- سوف يودع البروتين الذي تكون حديثًا بالداخل، ويمكن عندها تعديله وطيه بشكل صحيح. وتتشكل بعدها البروتينات الأخرى مباشرة في العصارة الخلوية وسيتمكنون من البدء بتحفيز مختلف التفاعلات، وتنتج الريبوسومات كل هذه البروتينات التي تحتاجها الخلايا.

تشكل البروتينات حوالي 20% من وزن الخلية، ويمكن أن تحتوي الخلية المتوسطة على 10000 بروتين مختلف بمعدل مليون نسخة لكل منها، وهذه كمية كبيرة من البروتينات التي يجب تصنيعها، ولهذا السبب تطور الريبوسوم أو الجسم الريبي ليكون آلةً فعالةً وسريعة.

في المتوسط يمكن أن تضيف الريبوسومات حوالي 3-5 من الأحماض الأمينية في الثانية إلى سلسلة البروتين، ويستغرق الريبوسوم ساعتين أو ثلاث ساعات فقط لتكوين البروتين الكبير المعروف بـ (titin) والمتكون من حوالي 30000 حمض أميني، وبذلك يمكن تركيب البروتينات القصيرة التي لا تحتوي إلا على بضع مئات من الأحماض الأمينية في دقائق.

لا يمكن للريبوسوم التوقف عن العمل بعد تكوينه، فبمجرد ربط الحمض النووي الريبوزي الناقل مع الحمض النووي الريبوزي المرسل فإنها تعلق بمساعدة من بروتينات أخرى، وعندها تبدأ عملية تصنيع البروتين. لقد استفادت الفيروسات من هذه الحقيقة، فهي عبارة عن سلسلة صغيرة من الحمض النووي الريبوزي أو الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين والتي تستنسخ عن طريق اختطاف آلية الخلية الطبيعية بما في ذلك الريبوسومات.

وتستخدم ريبوسومات الخلية من قبل الفيروس لإنشاء البروتينات اللازمة لها لتستنسخ جينومها وتغلف نفسها لتتمكن من تترك الخلية، فعندما يقوم الفيروس بحقن جينومه في الخلية، يتعامل الفيروس مع الجزيء كما لو أن الخلية قد خلقته، فإذا كان الفيروس يعتمد على الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين فإن الحمض النووي سيشق طريقه إلى النواة لتترجمه بروتينات الخلية إلى الحمض النووي الريبوزي، والتي تترجم بواسطة الريبوسومات إلى بروتينات.

أما إذا كان الفيروس يعتمد على الحمض النووي الريبوزي، فسيبقى الحمض النووي الفيروسي في العصارة الخلوية ليتفاعل مع الريبوسومات مباشرة، ما يخلق بروتينات جديدة، وفي الحالتين سيكون الفيروس قادرًا على إنشاء جميع البروتينات اللازمة لاستنساخ جينومه وحزم النسخ في كبسولات بروتينية جديدة قادرة على الانتقال إلى خلية مضيفة جديدة ونشر المرض.

هيكل الريبوسوم أو الجسيم الريبي

الريبوسوم له بنية متشابهة بشكل لا يصدق في جميع أشكال الحياة، يعزو العلماء هذا إلى كون الريبوسومات هي طريقة فعالة للغاية لتصنيع البروتينات. وهكذا وفي وقت مبكر من تطور أشكال الحياة المختلفة، اعتمد الريبوسوم عالميًا لترجمة الحمض النووي الريبوزي إلى بروتينات.
وبالتالي، فإن الريبوسومات تتغير قليلًا جدًا بين الكائنات الحية المختلفة.

تتكون الريبوسومات من وحدة فرعية كبيرة وصغيرة، تتجمع حول جزيء الحمض النووي الريبوزي المرسل عندما تجري عملية الترجمة. كل وحدة فرعية هي مزيج من البروتينات والحمض النووي الريبوزي، وتسمى الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي (rRNA).

هذا الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي موجود في خيوط مختلفة ذات أطوال مختلفة، ويكون محاط بالعديد من البروتينات التي تكون الريبوسوم.
ويعمل الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي على تأمين ارتباط الحمض النووي الريبوزي المرسل والحمض النووي الريبوزي الناقل في الريبوسوم، ويحفز تسريع تكوين روابط الببتيد بين الأحماض الأمينية.

ترجمة ريبوسوم mRNA

تساعد الوحيدات الصغيرة، كما تظهر في الصورة أعلاه، على إبقاء الحمض النووي الريبوزي المرسل في مكانه حيث يُترجم بواسطة الريبوسوم إلى بروتين. الوحدة الفرعية الأكبر لها مواقع مختلفة تشارك في أجزاء مختلفة من عملية تخليق البروتين، فعندما يرتبط الحمض النووي الريبوزي الناقل أولًا بالحمض النووي الريبوزي المرسل، يمكن أن تنتقل إلى الموقع P بهذه الجزيئات.

يدعى الموقع P بعد البلمرة -أو بناء البوليمرات- التي تحدث هناك بتجميع الأحماض الأمينية من شرائط الحمض النووي الريبوزي وربطها معًا.
تحدث التغيرات في بروتينات الريبوسوم والتي تتسبب في تغيير الأشكال خلال الخطوات المختلفة لتركيب البروتين، ومع إضافة الأحماض الأمينية إلى السلسلة ينتقل الحمض النووي الريبوزي الناقل من الموقع A (حيث تدخل أحماض أمينية جديدة مع الحمض النووي الريبوزي الناقل) إلى موقع P، وفي النهاية إلى موقع E، لتخرج من الريبوسوم بدون حمضها الأميني.

إن الحمض النووي الريبوزي الريبوسومي المرتبط بالريبوسوم يساعد على التعلق بالحمض النووي الريبوزي الناقل عندما تتحرك عبر الريبوسوم، وقد وجد أنه يساعد على تحفيز تكوين روابط الببتيد، ويعرف هذا الحمض النووي الريبوزي بأنه ريبوزيم، أو محفز الحمض النووي الريبوزي.

أحد الاختلافات الملحوظة بين ريبوسومات الكائنات بدائية النواة وحقيقية النواة هو الحجم، وتقاس الريبوسومات ( الجسيم الريبي ) في وحدات (سفيدبرغ -Svedberg) -وهي مقياس لمدى طول المدة التي يستغرقها جزيء ما للترسب من المحلول في جهاز الطرد المركزي- وكلما كان العدد أكبر، كان الجزيء أكبر، وعادة ما تكون الريبوسومات في الخلايا بدائية النوى عبارة عن 70S سفيدبيرغ، والريبوسومات في الخلايا حقيقية النواة هو عادة 80S سفيدبرغ.
عادةً تكون ريبوسومات الخلايا حقيقية النواة أكبر لأنها تحتوي على المزيد من البروتينات والمزيد من الحمض النووي الريبوزي؛ لذلك تحتوي ريبوسومات الخلايا بدائية النواة على ثلاث جزيئات من الحمض النووي الريبوزي، في حين تحتوي ريبوسومات الخلايا حقيقية النواة على أربع جزيئات من الحمض النووي الريبوزي، الاختلافات بينهما دقيقة إلا أن ريبوسومات كل منهما تعمل بالطريقة نفسها.