РИБОСОМЫ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ТИПЫ, СТРОЕНИЕ, ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В рибосомы являются наиболее распространенными клеточные органеллы и участвуют в синтезе белка. Они не окружены мембраной и состоят из двух типов субъединиц: большой и малой, как правило, большая субъединица почти вдвое меньше маленькой.

Прокариотическая линия включает 70S рибосомы, состоящие из большой 50S и маленькой 30S субъединицы. Точно так же рибосомы эукариотической линии состоят из большой 60S и маленькой 40S субъединицы.

Рибосома аналогична движущейся фабрике, способной считывать информационную РНК, переводить ее в аминокислоты и связывать их пептидными связями.

Рибосомы эквивалентны почти 10% от общего количества белков бактерии и более 80% от общего количества РНК. В случае эукариот они не так многочисленны по сравнению с другими белками, но их количество больше.

В 1950 году исследователь Джордж Паладе впервые визуализировал рибосомы, и это открытие было удостоено Нобелевской премии по физиологии и медицине.

Общие характеристики

Рибосомы являются важными компонентами всех клеток и связаны с синтезом белка. Они очень маленькие по размеру, поэтому их можно увидеть только под электронным микроскопом.

Рибосомы свободны в цитоплазме клетки, закреплены в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме - рибосомы придают ему «морщинистый» вид - и в некоторых органеллах, таких как митохондрии и хлоропласты.

Рибосомы, связанные с мембраной, отвечают за синтез белков, которые будут вставлены в плазматическую мембрану или будут отправлены за пределы клетки.

Свободные рибосомы, которые не связаны с какой-либо структурой цитоплазмы, синтезируют белки, предназначение которых находится внутри клетки. Наконец, рибосомы митохондрий синтезируют белки для митохондриального использования.

Таким же образом несколько рибосом могут соединяться и образовывать «полирибосомы», образуя цепь, связанную с информационной РНК, синтезируя один и тот же белок, несколько раз и одновременно.

Все они состоят из двух субъединиц: одна называется большой или большой, а другая - маленькой или меньшей.

Некоторые авторы считают рибосомы немембранозными органеллами, поскольку в них отсутствуют эти липидные структуры, хотя другие исследователи не считают их самими органеллами.

Структура

Рибосомы - это небольшие клеточные структуры (от 29 до 32 нм, в зависимости от группы организма), округлые и плотные, состоящие из рибосомных РНК и белковых молекул, которые связаны друг с другом.

Наиболее изучены рибосомы эубактерий, архей и эукариот. В первой линии рибосомы проще и меньше. В свою очередь, эукариотические рибосомы более сложные и большие. У архей рибосомы в некоторых отношениях больше похожи на обе группы.

Особенно сложны рибосомы позвоночных и покрытосеменных (цветковые растения).

Каждая рибосомная субъединица состоит в основном из рибосомной РНК и большого количества белков. Большая субъединица может состоять из небольших молекул РНК в дополнение к рибосомной РНК.

Белки присоединяются к рибосомной РНК в определенных областях в соответствии с порядком. Внутри рибосом можно выделить несколько активных центров, например каталитические зоны.

Рибосомная РНК имеет решающее значение для клетки, и это можно увидеть по ее последовательности, которая практически не изменилась в ходе эволюции, что отражает высокое избирательное давление против любых изменений.

Функции рибосом

Рибосомы отвечают за опосредование процесса синтеза белка в клетках всех организмов, являясь универсальным биологическим механизмом.

Рибосомы - вместе с РНК-переносчиком и РНК-мессенджером - способны расшифровать сообщение ДНК и интерпретировать его в последовательность аминокислот, которая сформирует все белки в организме, в процессе, называемом трансляцией.

В свете биологии перевод слова означает изменение «языка» с триплетов нуклеотидов на аминокислоты.

Эти структуры являются центральной частью трансляции, где происходит большинство реакций, таких как образование пептидных связей и высвобождение нового белка.

Трансляция белков

Процесс образования белка начинается с объединения информационной РНК и рибосомы. Посланник проходит через эту структуру на определенном конце, называемом «кодон инициатора цепи».

Когда информационная РНК проходит через рибосому, образуется молекула белка, потому что рибосома способна интерпретировать сообщение, закодированное в мессенджере.

Это сообщение закодировано в триплетах нуклеотидов, где каждые три основания указывают на конкретную аминокислоту. Например, если информационная РНК несет последовательность: AUG AUU CUU UUG GCU, образующийся пептид будет состоять из аминокислот: метионина, изолейцина, лейцина, лейцина и аланина.

Этот пример показывает «вырожденность» генетического кода, поскольку более одного кодона - в данном случае CUU и UUG - кодируют один и тот же тип аминокислоты. Когда рибосома обнаруживает стоп-кодон в матричной РНК, трансляция заканчивается.

Рибосома имеет сайт A и сайт P. Сайт P содержит пептидил-тРНК, а аминоацил-тРНК входит в сайт A.

Передача РНК

Трансферные РНК отвечают за транспортировку аминокислот к рибосоме и имеют последовательность, комплементарную триплету. Для каждой из 20 аминокислот, из которых состоят белки, существует транспортная РНК.

Химические этапы синтеза белка

Процесс начинается с активации каждой аминокислоты со связыванием АТФ в аденозинмонофосфатном комплексе с высвобождением высокоэнергетических фосфатов.

Предыдущий шаг приводит к аминокислоте с избыточной энергией, и происходит связывание с ее соответствующей транспортной РНК с образованием комплекса аминокислота-тРНК. Здесь происходит выброс аденозинмонофосфата.

В рибосоме передающая РНК встречается с информационной РНК. На этом этапе последовательность передающей или антикодонной РНК гибридизуется с кодоном или триплетом информационной РНК. Это приводит к выравниванию аминокислоты с ее правильной последовательностью.

Фермент пептидилтрансфераза отвечает за катализирование образования пептидных связей, связывающих аминокислоты. Этот процесс потребляет большое количество энергии, поскольку требует образования четырех высокоэнергетических связей для каждой аминокислоты, присоединенной к цепи.

Реакция удаляет гидроксильный радикал на конце COOH аминокислоты и удаляет водород на конце NH ₂ другой аминокислоты. Реактивные области двух аминокислот объединяются и образуют пептидную связь.

Рибосомы и антибиотики

Поскольку синтез белка является незаменимым событием для бактерий, определенные антибиотики нацелены на рибосомы и различные стадии процесса трансляции.

Например, стрептомицин связывается с небольшой субъединицей, чтобы вмешиваться в процесс трансляции, вызывая ошибки при чтении информационной РНК.

Другие антибиотики, такие как неомицины и гентамицины, также могут вызывать ошибки в трансляции, связываясь с малой субъединицей.

Типы рибосом

Рибосомы у прокариот

Бактерии, как и кишечная палочка, содержат более 15 000 рибосом (в пропорциях это составляет почти четверть сухого веса бактериальной клетки).

У бактерий рибосомы имеют диаметр около 18 нм и состоят из 65% рибосомной РНК и только 35% белков различного размера, от 6000 до 75000 кДа.

Большая субъединица называется 50S, а малая 30S, которые в совокупности образуют структуру 70S с молекулярной массой 2,5 × 10 ⁶ кДа.

Субъединица 30S имеет удлиненную форму и несимметрична, тогда как субъединица 50S толще и короче.

Малая субъединица E. coli состоит из 16S рибосомных РНК (1542 оснований) и 21 белка, а большая субъединица содержит 23S рибосомные РНК (2904 основания), 5S (1542 основания) и 31 белок. Белки, из которых они состоят, являются основными, и их количество варьируется в зависимости от структуры.

Молекулы рибосомной РНК вместе с белками сгруппированы во вторичную структуру, аналогичную другим типам РНК.

Рибосомы у эукариот

Рибосомы у эукариот (80S) крупнее, с более высоким содержанием РНК и белка. РНК длиннее и называются 18S и 28S. Как и у прокариот, в составе рибосом преобладает рибосомная РНК.

У этих организмов рибосома имеет молекулярную массу 4,2 × 10 ⁶ кДа и разлагается на 40S и 60S субъединицы.

Субъединица 40S содержит одну молекулу РНК, 18S (1874 основания) и около 33 белков. Точно так же субъединица 60S содержит РНК 28S (4718 оснований), 5.8S (160 оснований) и 5S (120 оснований). Кроме того, он состоит из основных белков и кислых белков.

Рибосомы в архее

Археи - это группа микроскопических организмов, которые похожи на бактерии, но различаются по стольким характеристикам, что составляют отдельный домен. Они живут в разнообразных средах и способны колонизировать экстремальные условия.

Типы рибосом, обнаруженные у архей, похожи на рибосомы эукариотических организмов, хотя они также имеют определенные характеристики бактериальных рибосом.

Он состоит из трех типов молекул рибосомной РНК: 16S, 23S и 5S, связанных с 50 или 70 белками, в зависимости от вида исследования. По размеру рибосомы архей ближе к бактериальным (70S с двумя субъединицами 30S и 50S), но по первичной структуре они ближе к эукариотам.

Поскольку археи обычно обитают в средах с высокими температурами и высокими концентрациями соли, их рибосомы обладают высокой устойчивостью.

Коэффициент седиментации

S или Svedbergs относится к коэффициенту осаждения частицы. Он выражает связь между постоянной скоростью осаждения и прикладываемым ускорением. У этой меры есть измерения времени.

Обратите внимание, что Сведберги не являются аддитивными, поскольку они учитывают массу и форму частицы. По этой причине у бактерий рибосома, состоящая из 50S и 30S субъединиц, не складывается до 80S, аналогично, 40S и 60S субъединицы не образуют 90S рибосому.

Синтез рибосом

Все клеточные механизмы, необходимые для синтеза рибосом, находятся в ядрышке, плотной области ядра, не окруженной мембранными структурами.

Ядрышко представляет собой изменчивую структуру в зависимости от типа клетки: оно велико и заметно в клетках с высокой потребностью в белке, и это почти незаметная область в клетках, которые синтезируют мало белка.

Процессинг рибосомной РНК происходит в этой области, где она соединяется с рибосомными белками и дает гранулярные продукты конденсации, которые представляют собой незрелые субъединицы, образующие функциональные рибосомы.

Субъединицы транспортируются за пределы ядра - через ядерные поры - в цитоплазму, где они собираются в зрелые рибосомы, которые могут начать синтез белка.

Гены рибосомной РНК

У человека гены, кодирующие рибосомные РНК, находятся на пяти конкретных парах хромосом: 13, 14, 15, 21 и 22. Поскольку клеткам требуется большое количество рибосом, гены повторяются на этих хромосомах несколько раз. .

Гены ядрышка кодируют рибосомные РНК 5.8S, 18S и 28S и транскрибируются с помощью РНК-полимеразы в транскрипт-предшественник 45S. 5S рибосомная РНК не синтезируется в ядрышке.

Происхождение и эволюция

Современные рибосомы, должно быть, появились во времена LUCA, последнего универсального общего предка, вероятно, в гипотетическом мире РНК. Предполагается, что РНК переноса были фундаментальными для эволюции рибосом.

Эта структура могла возникнуть как комплекс с самовоспроизводящимися функциями, которые позже приобрели функции для синтеза аминокислот. Одна из самых выдающихся характеристик РНК - это ее способность катализировать собственную репликацию.

Ссылки

1. Берг Дж. М., Тимочко Дж. Л., Страйер Л. (2002). Биохимия. 5-е издание. Нью-Йорк: WH Freeman. Раздел 29.3, Рибосома - это частица рибонуклеопротеина (70S), состоящая из маленькой (30S) и большой (50S) субъединицы. Доступно на: ncbi.nlm.nih.gov
2. Кертис, Х., и Шнек, А. (2006). Приглашение к биологии. Panamerican Medical Ed.
3. Фокс, GE (2010). Происхождение и эволюция рибосомы. Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии, 2 (9), a003483.
4. Холл, Дж. Э. (2015). Электронная книга учебника медицинской физиологии Гайтона и Холла. Elsevier Health Sciences.
5. Левин, Б. (1993). Гены Том 1. Обратный.
6. Лодиш, Х. (2005). Клеточная и молекулярная биология. Panamerican Medical Ed.
7. Рамакришнан, В. (2002). Строение рибосом и механизм трансляции. Ячейка, 108 (4), 557-572.
8. Tortora, GJ, Funke, BR, и Case, CL (2007). Введение в микробиологию. Panamerican Medical Ed.
9. Уилсон, Д. Н., и Кейт, JHD (2012). Структура и функция рибосомы эукариот. Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии, 4 (5), a011536.