Ribosomen sind winzige, komplexe zelluläre Maschinen, die in allen bekannten Lebensformen vorkommen und für die Proteinbiosynthese, also die Herstellung von Proteinen, unerlässlich sind. Sie fungieren als die Fabriken der Zelle, in denen die genetische Information, die in der Boten-RNA (mRNA) kodiert ist, in eine spezifische Abfolge von Aminosäuren übersetzt wird, die dann ein funktionsfähiges Protein bilden. Ihre ubiquitäre Präsenz und ihre zentrale Rolle im Stoffwechsel machen sie zu fundamentalen Bestandteilen jeder lebenden Zelle, von einfachen Bakterien bis hin zu komplexen Eukaryoten.

Strukturell bestehen Ribosomen aus zwei Hauptkomponenten: ribosomaler RNA (rRNA) und einer Vielzahl von ribosomalen Proteinen. Diese beiden Bestandteile fügen sich zu zwei unterschiedlich großen Untereinheiten zusammen, einer großen und einer kleinen Untereinheit. Die Größe dieser Untereinheiten wird in Svedberg-Einheiten (S) gemessen, die ihre Sedimentationsrate in einer Ultrazentrifuge widerspiegeln. Prokaryotische Ribosomen, die in Bakterien und Archaeen vorkommen, sind kleiner und werden als 70S-Ribosomen bezeichnet, bestehend aus einer 50S- und einer 30S-Untereinheit. Eukaryotische Ribosomen, die in den Zellen von Pflanzen, Tieren und Pilzen zu finden sind, sind größer und werden als 80S-Ribosomen bezeichnet, zusammengesetzt aus einer 60S- und einer 40S-Untereinheit.

Die Hauptfunktion des Ribosoms ist die Translation, der Prozess, bei dem die Nukleotidsequenz der mRNA in die Aminosäuresequenz eines Proteins umgewandelt wird. Dieser Prozess beginnt, wenn die kleine ribosomale Untereinheit an eine mRNA-Molekül bindet. Anschließend rekrutiert die große Untereinheit und das Ribosom bewegt sich entlang der mRNA, liest die Basensequenz in Dreiergruppen, sogenannten Codons, ab. Jedes Codon spezifiziert eine bestimmte Aminosäure oder ein Stoppsignal.

Während des Translationsprozesses treten Transfer-RNA (tRNA)-Moleküle in das Ribosom ein. Jedes tRNA-Molekül trägt eine spezifische Aminosäure und besitzt ein Anticodon, das komplementär zu einem Codon auf der mRNA ist. Das Ribosom katalysiert die Bildung von Peptidbindungen zwischen den aufeinanderfolgenden Aminosäuren, wodurch eine wachsende Polypeptidkette entsteht. Dieser Prozess ist hochpräzise und effizient, da Fehler in der Proteinsequenz schwerwiegende Folgen für die Zellfunktion haben können. Das Ribosom verfügt über drei Bindungsstellen für tRNA: die A-Stelle (Aminoacyl-Stelle), die P-Stelle (Peptidyl-Stelle) und die E-Stelle (Exit-Stelle), die den geordneten Durchlauf der tRNA-Moleküle ermöglichen.

Die Unterschiede zwischen prokaryotischen und eukaryotischen Ribosomen sind von erheblicher biologischer und medizinischer Bedeutung. Da ihre Strukturen und Zusammensetzungen variieren, können bestimmte Antibiotika gezielt an die prokaryotischen 70S-Ribosomen binden und deren Funktion hemmen, ohne die eukaryotischen 80S-Ribosomen der Wirtszelle zu beeinträchtigen. Dies ermöglicht die selektive Bekämpfung bakterieller Infektionen, ohne die menschlichen Zellen zu schädigen. Beispiele für solche Antibiotika sind Tetracycline, Aminoglykoside und Makrolide.

Ribosomen können entweder frei im Zytoplasma schweben oder an die Membranen des Endoplasmatischen Retikulums (ER) gebunden sein, insbesondere an das raue ER. Die Lokalisierung eines Ribosoms bestimmt das Schicksal des von ihm synthetisierten Proteins. Proteine, die für den Verbleib im Zytosol, im Zellkern, in den Mitochondrien oder in den Peroxisomen bestimmt sind, werden in der Regel von freien Ribosomen synthetisiert. Proteine hingegen, die für die Sekretion aus der Zelle, die Integration in Membranen (wie die Plasmamembran oder die ER-Membran) oder den Transport in Organellen wie Lysosomen vorgesehen sind, werden von Ribosomen synthetisiert, die an das raue ER gebunden sind. Nach der Synthese am ER können diese Proteine weiter verarbeitet und zu ihrem endgültigen Bestimmungsort transportiert werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Ribosomen unverzichtbare und hochkomplexe molekulare Maschinen sind, die im Zentrum des Lebens stehen. Ihre Fähigkeit, genetische Information in Proteine zu übersetzen, ist der fundamentale Schritt, der die DNA-Sequenz in die funktionellen Moleküle umwandelt, die alle zellulären Prozesse steuern. Das Verständnis ihrer Struktur und Funktion ist entscheidend für die Grundlagenforschung in der Biologie und für die Entwicklung neuer therapeutischer Strategien, insbesondere im Bereich der Antibiotika und der Gentherapie.