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 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

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

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

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

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.

Рибосома

В біології Багато разів ми чуємо слово рибосома, пов’язане з трансляцією генів, РНК, білків та інших. Однак важко зрозуміти всю цю операцію, не зрозумівши основних понять. Ось чому ми збираємося присвятити цю статтю, щоб пояснити, що таке рибосома.

Для цього ми трохи поговоримо про їх функцію та про рибосоми бактерій. Крім того, ми обговоримо, що вони виробляють і де їх знаходять. Якщо вас цікавить тема або просто ви хочете дізнатись, що таке рибосома, це, безсумнівно, правильна стаття.

Що таке рибосома та її функція?

Коли ми говоримо про рибосоми, ми маємо на увазі цитоплазматичні органели, які не обмежені мембраною рРНК (рибонуклеїнової кислоти) та рибосомних білків. Разом вони складають молекулярну машину, яка знаходиться у всіх клітинах, за винятком сперми. Завдяки їм можна здійснити необхідну трансляцію для експресії генів. Іншими словами: Рибосоми відповідають за синтез білка через інформацію, що міститься в ДНК. Це надходить транскрибованим до рибосоми у вигляді мРНК (РНК-повідомлення).

Що стосується функції рибосоми, то це трансляція або синтез білків. Для виконання цього завдання рибосоми отримують необхідну інформацію з мРНК, оскільки його послідовність нуклеотидів з часом визначатиме амінокислотну послідовність білка. Щодо послідовності РНК, вона походить від транскрипції гена ДНК. Переносна РНК відповідає за транспорт амінокислот до рибосом.

Що продукують рибосоми?

Функція рибосоми є основною в генетичному коді. Як ми вже говорили раніше, він відповідає за синтез білка – процес, також відомий як трансляція генів. Для цього рибосома зчитує інформацію з мРНК і включає амінокислоти передавальної РНК у білок, який нарастає в даний час. Тому рибосома виробляє білки.

Перш ніж продовжувати, ми повинні це знати амінокислоти складають білки. В даний час серед усіх живих істот виявлено 20 амінокислот. У генетичному коді амінокислоти кодуються кодонами, які є триплетами нуклеотидів. Є 64 кодони, які кодують всі амінокислоти, і три сигнали для зупинки трансляції. Отже, код вироджений, і кілька різних кодонів обслуговують одну і ту ж амінокислоту.

Рибосома: синтез або переклад білка

Як правило, процес трансляції починається з кодону AUG, який відповідає за кодування амінокислоти, званої метіоніном. Кодон, що позначає кінець білка, є стоп-кодоном. Як і в більшості організмів, кожен кодон кодує одну і ту ж амінокислоту, генетичний код вважається універсальним.

З ядра клітини виходять дві частини рибосоми: Мала і велика субодиниці. Вони тримаються разом за допомогою звинувачень. Коли концентрація магнію (Mg 2+ ) зменшується, обидві субодиниці мають тенденцію до відокремлення.

Які бувають рибосоми бактерій?

Спочатку ми добре пояснимо, що таке бактерії, перш ніж говорити про їх рибосоми. Тоді гаразд, це прокаріотичні одноклітинні живі організми, тобто вони не мають ядра. Для кращого уявлення: генетичний матеріал бактерій, який буде дволанцюжковою круговою молекулою ДНК, вільний всередині цитоплазми і не укладений в ядрі, як це відбувається з еукаріотичними клітинами.

Коли ми розглядаємо бактерії під мікроскопом, вони схожі на палички, спіралі або кульки. Незважаючи на те, у що вірять майже всі, більшість з них не є шкідливими. Менше одного відсотка бактерій викликають захворювання. Насправді вони мають важливе значення для екосистем, які існують на землі.

Рибосоми бактерій продовжують виконувати ту саму функцію: синтез білка. Тільки цього разу це відбувається в бактеріях. Це важливий процес для його зростання.

Ріст бактерій

Всього існує три фази, через які протікає ріст бактерій. Ми будемо коментувати їх нижче, щоб краще зрозуміти фундаментальну роль рибосоми в цьому випадку.

1. Фаза відставання / фаза адаптації: Популяція бактерій потребує часу адаптації, коли вона перебуває в новому середовищі, яке забезпечує необхідні поживні речовини для її росту. У цьому випадку ріст відбувається повільно, тоді як клітини готуються ініціювати швидке зростання. Крім того, це передбачає високий рівень біосинтезу білка, де рибосоми вступають у гру.
2. Експоненціальна фаза: Протягом цієї фази ріст клітин є швидким та експоненціальним. Поживні речовини метаболізуються з максимально можливою швидкістю, поки вони не вичерпаються, поступаючись третій і заключній фазі.
3. Стаціонарна фаза: У стаціонарній фазі клітини різко знижують свою метаболічну активність і починають використовувати несуттєві клітинні білки як джерело енергії. Це перехідний період від швидкого зростання до стану реакції на стрес. У ній активізується експресія генів, пов’язаних з відновленням ДНК, транспортом поживних речовин та антиоксидантним обміном.

Таким чином, без рибосом бактерії навіть не могли розпочати свій ріст.

Де знайдені рибосоми?

У різних місцях зустрічаються рибосоми: У грубому ендоплазматичному ретикулумі, у мітохондріях, у хлоропластах та у цитозолі. Однак їх можна побачити лише за допомогою електронного мікроскопа, оскільки їх розмір становить 32 нанометра у випадку еукаріотичних клітин та 29 нанометрів у клітинах прокаріотів. При розгляді під електронним мікроскопом вони мають круглу форму і електрон-щільні. З іншого боку, під оптичним мікроскопом видно, що вони відповідають за базофілію деяких клітин.

Сподіваюся, ця стаття пояснила вам, що таке рибосома і яка її функція. Світ біології та генетики величезний, і щоразу відкриваються нові речі. Для того, щоб зрозуміти їх, не завадить мати базові знання, такі як знання, що таке трансляція генів і як це працює.

Повний шлях до статті: Садівництво на » JARDINERÍA » Ботаніка » Рибосома

Будьте першим, щоб коментувати