Рибосома є органелою живої клітини та грає важливу роль в її життєдіяльності. Рибосома виконує біосинтез білка з амінокислот по зазначеній матриці, ґрунтуючись на генетичній інформації, отриманої від матричної м-РНК (рибонуклеїнова кислота). Такий процес називається трансляцією рибосоми.
Хімічний склад рибосоми
Рибосома нагадує еліпс або сферу, діаметром від п’ятнадцяти до двадцяти нанометрів у прокаріотів і від двадцяти п’яти до тридцяти у еукаріот. Органела складається з маленької і великої субодиниць.
У клітинах з ядром органели знаходяться на мембрані ендоплазматичної мережі, але можуть розташовуватися і в окремій формі в цитоплазмі. Часто з молекулою м-РНК пов’язано більше однієї органели, подібна структура отримала назву полісоми (полірибосоми). Потрібно зрозуміти, де утворюються рибосоми у еукаріотів. Це здійснюється в спеціальній структурі всередині ядра-ядерця.
РНК органели займає майже 70% від загальної РНК клітини. Органели еукаріот містять 4 молекули р-РНК, з них 18 S (одиниця виміру Сведберга), 5 S і 28 S р-РНК синтезуються в ядерці. р-РНК практично повністю має вигляд магнієвої солі. Це обов’язкова умова для стабільності структури. Якщо прибрати іони магнію, то органела розщеплюється на субодиниці.
Реакція осідання в центрифузі (постійна седиментація) у органел цитоплазми клітин з вираженим ядром дорівнює 80 S (маленька і велика частинки 40 S і 60 S, відповідно), у клітинних рибосом бактерій — 70 (для частинок 30 S і 50 S).
Будова рибосоми
До складу рибосоми входять особливі РНК (рибосомні), а також своєрідні білки і нечисленні низькомолекулярні складові.
За структуру і працездатність рибосоми в першу чергу відповідає її РНК. Рибонуклеїнова кислота органели або р-РНК в складі органели вельми компактна, володіє складною третинною конструкцією і часто усипана молекулами різних білків органели. Звільнені від білкових сполук високомолекулярні р-РНК в особливих умовах самостійно скручуються в дрібні частинки, за своєю морфологією дуже схожі на субчастинки рибосоми, основою яких вони і є.
Виходячи з цього, загальна схема структурної організації органели визначається властивостями р-РНК. Третинний устрій р-РНК служить каркасом для позиціонування рибосомних білків, які в певному розумінні виконують лише другорядне завдання в утворенні і збереженні структури рибосоми і її життєдіяльності.
Припускають, що в процесі еволюції (поява більш складної ступені організації живих організмів) рибозими, здатні до каталізації появи амідних сполук теж піддавалися прогресу (доповнювалися різними апаратами, а з часом і утвореними ними поліпептидами), аж до появи цього модуля для синтезу білка, беручи до уваги рибосому.
Нинішня органела за своїм змістом досі залишається рибозимом, оскільки головна структурно-функціональна діяльність належить її власній кислоті, а не білкам, як вважалося раніше.
До складу пептидилтрансферазного центру входить тільки кислота. Та обставина, що в той час, як майже у всіх процесах життєвого функціоналу головне завдання виконують білки, в утворенні їх самих основна роль належить РНК, забезпечує вагомий аргумент на захист гіпотези про простір РНК як про найдавніший добілковий період розвитку живої тканини.
РНК малої субодиниці
Рибосомна рибонуклеїнова кислота маленької частинки органоїду має маркування 16 S р-РНК у випадку органел бактерій і 16 S-подібна р-РНК в інших ситуаціях. Найчастіше р-РНК маленької субодиниці утворена з одного ковалентно безперервної полірибонуклеотидного ланцюжка.
Число ланок нуклеотидів, як і постійної величини седиментації, для екземплярів 16 S-подібних р-РНК з різних джерел можуть серйозно відрізнятися. У рибосомах бактерій і пластидів вищих представників рослинного світу ці частинки мають розміром близько 1500 нуклеотидних залишків.
Для 16 S-подібних р-РНК цитоплазменних рибосом клітин з вираженим ядром, а також для мітохондріальних рибосом вищих рослин і грибів типова довжина до 2 тис.нуклеотидних залишків (18 S р-РНК). Органели мітохондрій ссавців тварин містять досить короткі 16 S-подібні р-РНК (9 — 12 S), що складаються з 950 нуклеотидних залишків.
Рибонуклеїнова кислота великої частки
Високомолекулярна рибонуклеїнова кислота, що представляє основу конструкції великої субодиниці рибосоми, має позначення 23 S р-РНК (для бактерій) і 23 S-подібна р-РНК (для інших випадків).
Разом з цим 23 S-подібна р-РНК органели цитоплазми еукаріотичних клітин містить дві міцно згрупованих полірибонуклеотидних ланцюжків — 28 S і 5,8 S р-РНК.
Таким же чином 23 S-подібна р-РНК рибосом пластидів рослинних видів складається з двох міцно з’єднаних полірибонуклеотидних ланцюгів і включає 4,5 S р-РНК.
Білки органоїда
Крім р-РНК, до складу органели входять близько п’ятдесяти (прокаріоти) або вісімдесяти (еукаріоти) різних білків. Майже кожен з них має один лише екземпляр на окрему рибосому. Домінують помірно-основні білки.
Це враховується в нинішньому універсальному переліку рибосомних білків. Сама органела складається майже на 50% з білка.
Крім біополімерів (білки, рибонуклеїнова кислота) складовими частинами рибосом є окремі низькомолекулярні складові. Це частинки води, іони металів (в основному Mg2+), полі – і діаміни, які можуть становити до 2,5% сухої маси рибосоми.
Механізм трансляції
Трансляція – це процес утворення білка з амінокислот на матриці інформаційної (матричної) кислоти (і-РНК, м-РНК), що приводиться в дію рибосомою.
Основним завданням функціонування живої клітини вважається біосинтез білка. Для відтворення цієї операції абсолютно у всіх клітинних організмах знаходяться рибосоми. Вони є рибонуклеопротеїдними комплексами, в яких беруть участь мала і велика субодиниці. Роль рибосоми складається:
- у розпізнаванні тритонуклеотидних кодонів м-РНК;
- у співвідношенні відповідних їм антикодонів т-РНК, що переносять амінокислоти;
- у включенні цього вантажу в збільшений білковий ланцюг.
Просуваючись уздовж молекули м-РНК, органела утворює білок згідно з інформацією, наявною в молекулі м-РНК. Для відмінності амінокислот в клітині існують особливі “адаптери”, молекули транспортної рибонуклеїнової кислоти (т-РНК). Вони нагадують форму листа конюшини, що має область (антикодон), відповідну кодону м-РНК, і ще одну ділянку для приєднання амінокислоти, яка компліментарна цьому кодону.
Прикріплення амінокислот до т-РНК відбувається в енергозалежній реакції за допомогою ферментів аміноацил-т-РНК-синтетаз, а утворена молекула носить назву аміноацил-т-РНК.
Механізми трансляції еукаріотичних і прокаріотичних клітин мають серйозну відмінність, через це безліч сполук, що пригнічують трансляцію прокаріотів, в меншій мірі впливає на трансляцію вищих особин.
Така особливість дозволяє застосовувати їх в медицині у вигляді протибактеріальних засобів, що не приносять шкоди організму ссавців. Якщо коротко, то вся процедура трансляції підрозділяється на три основні етапи:
- ініціація – розпізнавання рибосомою стартового кодону і початок синтезу;
- елонгація – сама операція утворення білка;
- термінація – упізнавання термінуючого кодона і відділення продукту.
Історія досліджень
Органели спочатку були визначені як ущільнені частинки. Це зробив уродженець Румунії, громадянин Америки і клітинний біолог Джордж Паладе в 50-х рр. XIX ст. У 1974 році йому і Крістіану Де Дюву вручили Нобелівську премію з медицини і фізіології за прорив у знаннях про структурну і функціональну діяльність клітини.
У 1958 р проходив симпозіум, присвячений органелам і їх участі в білковому синтезі. В рамках цього заходу Річард Робертс запропонував змінити назву “рибонуклеопротеїдна частка мікросомальної фракції” на менш ємну “рибосома”.
На початку 2000-х рр. були створені моделі з атомним дозволом (до 2,4 А) конструкцій окремих субодиниць, а також повної рибосоми прокаріотів, пов’язаної з різними субстратами, що дозволили усвідомити пристрій декодингу (впізнавання антикоду т-РНК, відповідного кодону м-РНК) і подробиці взаємозв’язку рибосоми, т-РНК, м-РНК, причини трансляції і різних антибіотиків.
Це велике досягнення в молекулярній біології було заслужено відзначено Нобелівською премією з хімії в 2009 р. «за дослідження структури і функцій рибосоми». Лауреатами стали:
- американець Томас Стейц.
- британець уродженець Індії Венкатраман Рамакрішнан.
- громадянка Ізраїлю Ада Йонат.
У 2010 році в лаборантській Марата Юсупова була відкрита тривимірна конструкція рибосоми еукаріот.
У 2009 р біохіміки з Канади Сергій Штейнберг і Костянтин Боков з Університету Монреаля, вивчивши третинну структуру кислоти рибосоми бактерії Escherichia coli, висунули обґрунтовану гіпотезу про те, що органела могла зародитися в результаті поступового еволюційного розвитку з найпростішої малої молекули РНК — проторибосоми, здатної до каталізації реакції з’єднання двох амінокислот.
Ще в школі дітей починають знайомити з рибосомою. Її функціонал перестав залишатися таємницею для людини. Може здатися, що всі загадки щодо цього органоида розгадані. Однак за останні десятиліття в області дослідження рибосом відбувається значний переворот.
