thumb|Prikaz kristalne structure: Eukariotski ribosom: Podjedinica 40S je lijevo, podjedinica 60S desno. Jezgro ribosomske RNK (rRNK) je predstavljeno kao siva cijev, segmenti ekspanzije su prikazani crvenom bojom. Univerzalno konzervirani proteini su prikazani plavom bojom. Ovi proteini imaju homologe kod eukariota, arheja i bakterija. Proteini koje dijele samo eukarioti i arheje prikazani su narandžastom bojom, a proteini specifični za eukariote prikazani su crvenom bojom. PDB identifikatori 4a17, 4A19, 2XZM poravnati su sa 3U5B, 3U5C, 3U5D, 3U5E
Ribosomi su velika i složena molekularna mašina koja katalizira sintezu proteina, poznatu kao translacija. Ribosom odabira aminoacilirane transferne RNK (tRNK), na osnovu sekvence proteina koji kodira informacijsku RNK (iRNK) i kovalentno povezuje aminokiseline u polipeptidni lanac.
Ribosomi svih organizama dijele visoko konzervirani katalitski centar. Međutim, ribosomi eukariota (životinja, biljaka, gljiva i velikog broja jednoćelijskih organizama, svi sa jedrom) su mnogo veći od prokariotskih (bakterijal i arhejal) ribosoma i podložni su složenijoj regulaciji i putevima biogeneze. Eukariotski ribosomi su također poznati kao 80S ribosomi, što se odnosi na njihove koeficijent sedimentacije u Svedberg jedinicama, jer se sedimentiraju brže od prokariotskih (70S) ribosoma. Eukariotski ribosomi imaju dvije nejednake podjedinice, označene kao mala podjedinica (40S) i velika podjedinica (60S) prema njihovim koeficijentima sedimentacije. Obje podjedinice sadrže desetine ribosomskih proteina raspoređenih na skeli sastavljenoj od ribosomske RNK (rRNK). Mala podjedinica prati komplementarnost između tRNK antikodona i iRNK, dok velika podjedinica katalizira formiranje peptidne veze.
Sastav U poređenju sa svojim prokariotskim homolozima, mnogi eukariotski ribosomski proteini su uvećani insercijama ili ekstenzijama u konzervirano jezgro. Nadalje, nekoliko dodatnih proteina se nalazi u malim i velikim podjedinicama eukariotskih ribosoma, koje nemaju prokariotske homologe. Podjedinica 40S sadrži 18S ribosomsku RNK (skraćeno 18S rRNA), koja je homologna prokariotskoj 16S rRNA. Podjedinica 60S sadrži 28S rRNA koja je homologna prokariotskoj 23S ribosomsku RNK. Osim toga, sadrži 5.8S rRNA koja odgovara 5' kraju 23S rRNA i kratku 5S rRNA. I 18S i 28S imaju višestruke insercije u nabor jezgra rRNA svojih prokariotskih pandana, koje se nazivaju ekspanzijski segmenti. Za detaljan popis proteina, uključujući arhealne i bakterijske homologe, molimo pogledajte odvojene članke o podjedinicama 40S i 60S. Nedavna istraživanja ukazuju na heterogenost u sastavu ribosoma, tj. da stehiometrija među osnovnim ribosomskim proteinima u divljim vrstama kvasnih ćelija i embrionskim matičnim ćelijama zavisi i od uslova rasta i od broja ribosoma vezanih po iRNK. EukariotskiValues are based on the ribosomes of Tetrahymena thermophila (PDB: 4V8P) and Thermus thermophilus (PDB: 4V5D). The exact size, weight and number of proteins varies from organism to organism. Bakterijski Ribosom Koeficijent sedimentacije 80 S 70 S Molekularna masa ~3,2 miliona Da ~2,0 miliona Da Prečnik ~250–300 Å ~200 Å Velika podjedinica Koeficijent sedimentacije 60 S 50 S Molekularna masa ~2,0 miliona Da ~1,3 miliona Da Proteini 46 33 rRNK25/28 S rRNK (3354 nukleotida) 5 S rRNK (120 nukleotida) 5,8 S rRNK (154 nukleotida) 23S rRNK (2839 nukleotida) 5S rRNK (122 nukleotida) Mala podjedinica Koeficijent sedimentacije 40 S 30 S Molekularna masa ~1,2 miliona Da ~0,7 miliona Da Proteini 33 20 rRNK18S rRNK (1753 nukleotida)16S rRNK (1504 nukleotida)
Određivanje strukture Početne strukture eukariotskih ribosoma određene su elektronskom mikroskopijom. Prve 3D strukture dobijene su pri rezoluciji od 30–40 Å za kvaščeve I sisarske ribosome.
Strukture veće rezolucije ribosoma kvasca pomoću krioelektronske mikroskopija omogućile su identifikaciju strukturnih elemenata proteina i RNK.
Zatim su dobijene strukture sa subnanometarskom rezolucijom za komplekse ribosoma i faktora uključenih u translaciju. Nakon određivanja prve bakterijske i arhejske strukture ribosoma pri atomskoj rezoluciji 1990-ih, trebalo je još jedno desetljeće dok 2011. godine nisu dobivene strukture visoke rezolucije eukariotskih ribosoma pomoću rendgenske kristalografije, uglavnom zbog poteškoća u dobivanju kristala dovoljnog kvaliteta. Kompletna struktura eukariotske 40S ribosomske strukture kod Tetrahymena thermophila objavljena je i opisana, kao i mnogo toga o interakciji 40S podjedinice sa eIF1 tokom inicijacije translacije. Struktura eukariotske podjedinice 60S je također određena iz T. thermophila u kompleksu sa eIF6. Kompletna struktura eukariotske 80S ribosomske strukture iz kvasca Saccharomyces cerevisiae dobijena je kristalografijom pri rezoluciji od 3,0 Å. Ove strukture otkrivaju preciznu arhitekturu eukariotski specifičnih elemenata, njihovu interakciju sa univerzalno konzerviranim jedrom i sve eukariotski specifične mostove između dvije ribosomske podjedinice.
Atomske koordinate (PDB datoteke) i faktor strukture eukariotskog ribosoma su deponovani u proteinsku banku podataka (PDB) pod sljedećim pristupnim kodovima: KompleksIzvorni organizamRezolucijaPDB identifikatorZbog ograničenja veličine, strukture ribosoma su često podijeljene u nekoliko koordinatnih datoteka 80S:Stm1 S. cerevisiae 3,0 Å3U5B na www.PDB.org 3U5C na www.PDB.org 3U5D na www.PDB.org 3U5E na www.PDB.org 40S:eIF1 T. thermophila 3,9 Å2XZM na www.PDB.org 60S:eIF6 T. thermophila 3,5 Å4A17 na www.PDB.org 4A19 na www.PDB.org
Arhitektura Opće karakteristike Neke opšte arhitektonske karakteristike ribosoma su očuvane u svim carstvima: Struktura male podjedinice može se podijeliti na dva velika segmenta, glavu i tijelo. Karakteristične osobine tijela uključuju lijevo i desno stopalo, rame i platformu. Glava ima šiljastu izbočinu koja podsjeća na ptičji kljun. U karakterističnom "izgledu krune" velike podjedinice, strukturne znamenitosti uključuju centralnu izbočinu, L1- i P-peteljiku. Većina eukariotski specifičnih RNK i proteinskih elemenata nalazi se na stranama 40S i 60S podjedinica izloženim rastvaraču. Interfejs podjedinica, kao i važne funkcionalne regije poput centra peptidil transferaze i mjesta dekodiranja, uglavnom su očuvane, s nekim razlikama uočenim u okolnim regijama. Za razliku od prokariotskih ribosomskih proteina, koji primarno interaguju s RNK, eukariotski specifični proteinski segmenti sudjeluju u mnoštvu interakcija protein-protein. Interakcije na velike udaljenosti posredovane su eukariotski specifičnim heliksnim produžecima ribosomskih proteina i nekoliko eukariotskih ribosomskih proteina zajedno formirajući interproteinske beta-listove.
Jezgro ribosomske RNK predstavljeno je kao siva cijev, ekspanzijski segmenti su prikazani crvenom bojom. Univerzalno konzervirani proteini prikazani su plavom bojom. Ovi proteini imaju homologe kod eukariota, arheja i bakterija. Proteini koje dijele samo eukarioti i arheje prikazani su narandžastom bojom, a proteini specifični za eukariote prikazani su crvenom bojom.
Koevolucija rRNK i proteina Struktura 40S podjedinice otkrila je da se proteini specifični za eukariote (rpS7, rpS10, rpS12 i RACK1), kao i brojni eukariotski specifični ekstenzije proteina, nalaze na strani male podjedinice izloženoj rastvaraču. Ovdje oni učestvuju u stabilizaciji ekspanzijskih segmenata rRNK. Štaviše, kljun 40S podjedinice je remodeliran, jer je rRNK zamijenjena proteinima rpS10 i rpS12. Kao što je uočeno za 40S podjedinicu, svi eukariotski specifični proteini 60S podjedinice (RPL6, RPL22, RPL27, RPL28, RPL29 i RPL36) i mnogi ekstenzije nalaze se na strani izloženoj rastvaraču, formirajući složenu mrežu interakcija sa eukariotski specifičnim segmentima RNK ekspanzije. RPL6, RPL27 i RPL29 posreduju u kontaktima između ES setova ES7–ES39, ES31–ES20–ES26, odnosno ES9–ES12, i RPL28 stabiliziranog ekspanzionog segmenta ES7A.
Ubikvitinski fuzijski proteini Kod eukariota, protein male podjedinice RPS27A (ili eS31) i protein velike podjedinice RPL40 (ili eL40) su obrađeni polipeptidi, koji se prevode kao fuzijski proteini koji nose N-terminalni ubikvitinskog domena. Oba proteina se nalaze pored važnih funkcionalnih centara ribosoma: necijepani ubikvitinski domeni eS31) i eL40 bili bi pozicionirani na mjestu dekodiranja i blizu mjesta vezivanja, odnosno faktora translacije. Ovi stavovi ukazuju na to da je proteolitsko cijepanje bitan korak u proizvodnji funkcionalnih ribosoma. Zaista, mutacije linkera između jezgra eS31 i ubikvitinskog domena su letalne kod kvasaca.
Aktivno mjesto Poređenja između bakterijskih, arhejskih i eukariotskih ribosomskih struktura otkrivaju vrlo visok stepen konzerviranosti u području aktivnog mjesta — centra peptidil-transferaze (PTC). Nijedan od proteinskih elemenata specifičnih za eukariote nije dovoljno blizu da bi direktno učestvovao u katalizi. Međutim, RPL29 se projicira unutar 18 Å aktivnog mjesta kod T. thermophila, a eukariotski specifični ekstenzije međusobno povezuju nekoliko proteina u blizini podjedinice 60S PTC-a, dok su odgovarajući 50S proteini singularni entiteti.
Međupodjedinični mostovi Kontakti preko dvije ribosomske podjedinice poznati su kao međupodjedinični mostovi. U eukariotskom ribosomu, dodatne kontakte ostvaruju 60S ekspanzijski segmenti i proteini. Konkretno, C-terminalni nastavak 60S proteina RPL19 interraguje sa ES6E 40S rRNK, a C-terminalni nastavak 60S proteina RPL24 interraguje sa 40S rpS6 i rRNK heliksom h10. Štaviše, ekspanzijski segmenti 60S ES31 i ES41 interraguju sa rpS3A(S1) i rpS8 40S podjedinice, a osnovni peptid RPL41 od 25 aminokiselina pozicioniran je na granici podjedinice u 80S ribosomu, interragujući sa rRNK elementima obje podjedinice.
Ribosomski proteini s ulogama u signalizaciji Dva 40S ribosomska proteina (RACK1 i RPS6 (ili eS6)) su uključena u ćelijsku signalizaciju: RACK1, prvi put opisan kao receptor aktivirane protein kinaze C (PKC), sastavni je dio eukariotskog ribosoma i nalazi se na stražnjem dijelu glave. Može direktno povezivati puteve prenosa signala sa ribosomom, iako također ima ulogu u višestrukim translacijski procesi koji izgledaju nepovezano (pregledano u ). Ribosomski protein eS6 nalazi se na desnom dnu podjedinice 40S i fosforilira se kao odgovor na cilj rapamicina kod sisara (mTOR).
Funkcionalni aspekti Inicijacija translacije Sinteza proteina je prvenstveno regulisana u fazi inicijacije translacije. Kod eukariota, kanonski put inicijacije zahtijeva najmanje 12 proteinskih faktora inicijacije, od kojih su neki i sami veliki kompleksi. Strukture kompleksa 40S:eIF1 i 60S:eIF6 pružaju prvi detaljan uvid u atomske interakcije između eukariotskog ribosoma i regulatornih faktora. eIF1 je uključen u selekciju početnog kodona, a eIF6 sterički sprječava spajanje podjedinica. Međutim, strukturne informacije o eukariotskim faktorima inicijacije i njihovim interakcijama s ribosomom su ograničene i uglavnom potiču iz homolognih modela ili analiza niske rezolucije. Razjašnjenje interakcija između eukariotskog ribosoma i inicijacijskih faktora na atomskom nivou je ključno za mehanističko razumijevanje regulatornih procesa, ali predstavlja značajan tehnički izazov zbog inherentne dinamike i fleksibilnosti inicijacijskih kompleksa. Prva struktura sisarskog preinicijacijskog kompleksa urađena je krioelektronskom mikroskopijom. Ubrzo su uslijedile i druge strukture inicijacijskih kompleksa, potaknute tehničkim poboljšanjima krio-EM tehnologije.Hashem, Y., Des Georges, A., Dhote, V., Langlois, R., Liao, H. Y., Grassucci, R. A., ... & Frank, J. (2013). Hepatitis-C-virus-like internal ribosome entry sites displace eIF3 to gain access to the 40S subunit. Nature. Te strukture će pomoći u boljem razumijevanju procesa inicijacije translacije kod eukariota.
Regulatorne uloge ribosomskih proteina