Рибосома

Рибосоми — хімічний склад, будова і функції



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 - визначення

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.

Рибосоми є нуклеопротеїдом, в якому пропорція білок/рибонуклеїнова кислота дорівнює 50:50 у вищих організмів і 65: 40 у бактерій.

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

Характеристика рибосом

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.

Є припущення, що розвиток органели почався ще в добілковий період, і попередниками рибосом були своєрідні найдавніші рибозими.

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

р-РНК

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).

Бактеріальна 23 S р-РНК, точно також як і 16 S р-РНК має вигляд полірибонуклеотидного ковалентно безперервного ланцюжка.

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.

Велика частина білків органоїду еволюційно консервативна, а білки від різних ресурсів можуть співвідноситися як подібні.

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

Схема рибосоми в процесі трансляції
Схема рибосоми в процесі 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.

Отже, вся специфіка трансляції може бути визначена взаємозв’язком кодону м-РНК і антикодону т-РНК, а також характерною особливістю аміноацил – т-РНК-синтетаз, що прикріплює амінокислоти точно до відповідних 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

Дослідження клітини рибосоми

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”.

У 60-х рр. почалося мутаційне і біохімічне вивчення органели, яке згодом допомогло точно розписати більшість структурних і функціональних відмінних рис рибосоми.

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.

Всі конструктивні блоки рибосоми, що залишилися, поступово додавалися до проторибосоми, не змінюючи її будову і планомірно збільшуючи продуктивність її діяльності.

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.

Leave a Reply

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *