1.000.000.000 miljard ribosomen

De Nobelprijs voor de scheikunde is voor drie onderzoekers die ophelderden hoe ribosomen genetische informatie gebruiken om eiwitten te maken.

Model van Ribosoom. Los Alamos Los Alamos

In ieder mensenlichaam zitten er een miljard maal een miljard. In iedere lichaamscel zijn er al tienduizenden aan het werk. Het zijn ribosomen en gisteren is de Nobelprijs scheikunde toegekend aan drie onderzoekers die de structuur en werking ervan ophelderden.

Ribosomen maken eiwitten. En eiwitten zijn bouwsteen, transportmiddel, signaalstof en enzym – essentieel in alle levende organismen. Een mens maakt tienduizenden verschillende eiwitten, op basis van de erfelijke informatie die is opgeslagen in ongeveer 20.000 genen.

Ribosomen verzorgen de synthese van eiwitten. Ze zijn onmisbaar voor het leven. Ze zijn ook vroeg in de evolutie ontstaan: verwante ribosomen komen voor in plant, bacterie en dier. Toch ontstond pas vanaf 1980 een goed beeld van de ribosomen. En hoewel het om details gaat, het onderzoek waar Ada Yonath, Thomas Steitz en Venkatraman Ramakrishnan de Nobelprijs voor krijgen is nog niet af. De vraag is bijvoorbeeld hoe de synthese van een eiwitmolecuul wordt afgerond.

Het duurde zo lang doordat dat een ribosoom te klein is om het in detail met de elektronenmicroscoop te kunnen bestuderen. En te groot om de structuur ervan met röntgenkristallografie te bepalen. Althans, dat laatste was lang het geval.

Ribosomen bestaan altijd uit een grote en een kleine subeenheid. In mensen is dat kleine deel opgebouwd uit 32 eiwitten en een RNA-molecuul. De grote subeenheid bestaat uit 46 eiwitten en drie RNA-moleculen.

De drie prijswinnaars zijn eiwitkristallografen die nieuwe technieken ontwikkelden om ribosomen, ondanks die complexe samenstelling, op atomair niveau zichtbaar te maken. Met de 3D-structuur die ze onthulden, konden ze verklaren hoe ribosomen binden aan messenger-RNA (mRNA), het tussenmolecuul tussen gen en eiwit.

Ook verklaarden ze hoe de bouwstenen (aminozuren) van de eiwitten worden aangevoerd en hoe een eiwitketen groeit. Die eiwitketen groeit doorgaans met een snelheid van ruim tien aminozuren per seconde. Het duurt dan minimaal een halve minuut voordat een eiwit af is. Op één mRNA kunnen tegelijkertijd meerdere ribosomen werken, zodat meerdere exemplaren van hetzelfde eiwit snel na elkaar klaar kunnen zijn.

Een groot probleem voor eiwitkristallografen is het verkrijgen van goede kristallen waarmee ze de driedimensionale structuur van het eiwit kunnen bepalen. Eiwitten kristalliseren niet makkelijk, vooral niet als er veel verschillende in een grote structuur zitten. Zoals in ribosomen.

Ada Yonath zocht natuurlijke oplossingen. In heetwaterbronnen en in de zoute Dode Zee leven bacteriën die tegen ruwe omstandigheden bestand zijn. Ze ging er van uit die stabiele ribosomen hebben. Dat was zo. Die kristallen vormden de kiem voor technische vernieuwingen die inzicht verschaften in een van de cruciale processen in levende cellen. En een Nobelprijs opleverden.

Beelden en filmpjes van werkende ribosomen zijn te zien via nrc.nl/wetenschap