Ribosomen

Ribosomen sind sehr kleine, kugelige, membranlose Zellorganellen aus ribosomaler RNA und globulären Proteinen mit einem Durchmesser von 10 - 25 nm. Sie kommen in allen lebenden Zellen vor. Im Lichtmikroskop sind die Ribosomen nicht zu erkennen. Im Elektronenmikroskop erscheinen sie als kleine Pünktchen (s. Abb.). In stoffwechselaktiven Zellen existieren einige Millionen Ribosomen. Da Ribonucleinsäuren basische Farbstoffe binden, spricht die Basophilie einer Zelle der lichtmikroskopisch nicht erkennbaren Organellen für einen hohen Ribosomengehalt. Ribosomen kommen einzeln vor oder liegen hintereinander an Boten-Ribonucleinsäuren (messenger RNAs) als Polyribosomen (= Polysomen = Ergosomen) vor. Außerdem findet man sie eingebettet in die Außenseite der Membranen des rauen endoplasmatischen Retikulums und der damit in Verbindung stehenden äußeren Kernmembran. Mitochondrien enthalten ebenfalls Ribosomen.

Ribosomen werden in den Kernkörperchen (Nucleolen) gebildet und hier aus ihren beiden Untereinheiten zusammengesetzt. Die Untereinheiten können auch einzeln im Zytoplasma vorkommen.Hierbei handelt es sich bei Säugetieren und dem Menschen um eine größere 60s Untereinheit und eine kleinere 40s Untereinheit. Beide verschmelzen zum fertigen 80s Ribosom (s = Bande bei der Ultrazentrifugation, in der die Partikel zu finden sind). Die 60s Untereinheit besteht aus 50 verschiedenen Proteinen einer "freien" 5s rRNA (ribosomale Ribonucleinsäure) mit 120 Basen, einer 160 Basen langen 5,8s rRNA, die an eine dritte 28s rRNA gebunden ist, welche 4.800 Basen besitzt. Die Proteine werden ganz normal über die Proteinsynthese hergestellt, also an den Ribosomen. Die rRNA wird durch Transkription an den entsprechenden rRNA-Genen der DNA hergestellt. Der Zusammenbau der rRNA- und Protein-Moleküle geschieht mit Hilfe von ca. 200 verschiedenen Enzymen. Die 40s Untereinheit ist aus 33 verschiedenen Proteinen und einer 1.900 Basen langen 18s rRNA aufgebaut.

Die eigentliche Aufgabe der Ribosomen ist die Translation, d.h. die Umsetzung der auf Boten-Ribonucleinsäuren (m-RNAs) kopierten Erbinformation in die dadurch definierte Folge von Aminosäuren. Die aneinander gereihten Aminosäuren bilden Proteine. Dieser auch als Proteinbiosynthese bezeichnete Vorgang findet statt während der G1-Phase des Zellteilungszyklus, also während der Wachstumsphase, die zur Interphase zählt.

Die Proteinbiosynthese an Ribosomen verläuft in 3 Schritten:

1. Initiation: Eine m-RNA bindet sich an die 40s-Untereinheit eines Ribosoms.

2. Elongation: Beginnend an Starttriplett oder Startcodon lagern sich Tranfer-Ribonucleinsäuren (t-RNAs) mit spezifisch gebundenen Aminosäuren entsprechend des kopierten genetischen Codes auf der m-RNA nacheinander an das Ribosom an. Mit Hilfe des Enzyms Peptidyl-Transferase werden die Aminosäuren, aus denen das Protein entsteht aneinander geknüpft. Dabei lösen sich die t-RNAs wieder vom Ribosom, nachdem sie ihre Aminosäuren abgegeben haben.

3. Termination = Kettenabbruch: Sobald das Stopcodon der m-RNA erreicht ist, zerfällt das Ribosom in seine Untereinheiten unter GTP-Verbrauch und das fertige Protein löst sich von der letzten t-RNA.

Da an einem m-RNA Faden sehr viele Ribosomen hintereinander sitzen, können synchron mehrere Proteinen gebildet werden.