Каковы особенности строения и функций рибосом

Каждая клетка имеет определенный набор органелл. Они микроскопического размера, но исполняют функции, необходимые для жизнедеятельности всего организма. Одна из важных и функционально нагруженных органелл — рибосома.

Что такое рибосомы

Расположенные в цитоплазме клетки многочисленные рибосомы обеспечивают условия для процесса трансляции.

И транскрипция, и трансляция относятся к этапам матричного биосинтеза.

Открытие рибосом состоялось в 50-е годы прошлого столетия, однако выяснить структуру органелл быстро не получилось. Только в 1974 году Д.Паладе и К.Де Дюв смогли выполнить такую работу и получить за это Нобелевскую премию.

Сам термин ввел в обиход Р.Робертсон. Это произошло в 1958 году. Однако название возникло не с нуля, а в результате преобразования термина «рибонуклеопротеидная частица». Слово «рибосома» образовано от слияния двух частей: «рибо» — сокращенная форма от "рибонуклеиновая кислота" и «сома» (в переводе с латинского означает «тело»).

Сегодня эту органеллу справедливо называют макромолекулярной машиной. И это заслуженно. Ее можно обнаружить во всех клетках. Результат работы многочисленных внутриклеточных рибосом — полипептидные цепи, которые образуются в результате связывания определенным образом аминокислот. Этот порядок считывается с кодонов особых молекул — РНК — исполняющих информационную функцию. Связанные в цепь аминокислоты кратко называются полипептидами.

Синтез белка в рибосомах производится оперативно и четко. Иногда количество соединенных аминокислот достигает двухсот в минуту. Если рассмотреть клетки прокариот, то их рибосомы могут соединять более двадцати за одну секунду. Однако не всегда происходит так. Если рассматривать сборку сложных белков, то на это может уходить до нескольких часов. В целом, на долю белков, синтезированных рибосомами, приходится самая значительная часть из их десяти миллиардов, присутствующих в клетке млекопитающих.

По мере окончания рибосомами их работы, начинаются процессы переработки (либо распада) образованных белков.

В клетках эукариот существует два вида рибосом: находящиеся в несвязанном состоянии и те, которые присоединены к эндоплазматическому ретикулуму. Эта связь обеспечивается посредством синтезированных ими же белков, например, гемоглобина.

Те рибосомы, которые прикреплены к ретикулуму эндоплазмы, синтезируют белки для пополнения плазматической мембраны либо для наружного пространства клетки. Органеллы свободного расположения занимаются синтезом белка для внутренних потребностей клетки.

Функции рибосом

Основной функцией рибосом, как говорилось выше, является синтез белка. Это сложный и последовательный процесс, поскольку каждый белок имеет свое строение. Чтобы сложить аминокислоты в нити, необходимые для конкретного белка, нужно «расшифровать» заложенные коды последовательности их соединения.

Именно за то, что рибосомы умеют это делать, их называют универсальными механизмами в биологии.

В процессе раскодирования последовательности аминокислот принимают участие не только они, а и РНК (переносчики и мессенджеры). Осуществляемый этими участниками механизм называется трансляцией. Он подразумевает переход от декодирования нуклеотидных триплетов в аминокислоты.

Схематически реакцию можно представить так:

1. Белковая трансляция. На начальном этапе происходит связывание определенной РНК с рибосомой. РНК, которая исполняет функцию мессенджера, направляется в начальный кодон цепи в рибосоме. При этом рибосома «читает» закодированную информацию и использует ее для синтеза белка.
2. Сам код содержится в триплете нуклеотидов. Термин «триплет» употребляется неслучайно: указание на аминокислоту несут три, соединенные вместе, нуклеотида.

На приведенном примере видно, насколько четко необходимо раскодировать код.

Еще один нюанс — необходимость правильно определить окончание синтеза. Для этого в рибосомы должен поступить стоп-кодон. Его поставщиком также является мессенджер РНК.

Источник: s0.slide-share.ru

1. Процесс передачи РНК. Его характеристика зависит от комплиментарности каждого триплета. Так, РНК, осуществляющие доставку аминокислот к месту синтеза белка в рибосоме, должны четко присоединиться к «своей» аминокислоте, которых существует порядка двадцати.

Строение

В строении рибосом необходимо отметить признак отсутствия у них мембраны. Именно благодаря этому становится понятным наличие в теле двух субъединиц: большой и малой. 

Источник: shareslide.ru

Они плавают в цитоплазме раздельно до определенного момента. В ходе исполнения своей функции — при синтезе белка — эти субъединицы соединяются.

В рибосоме выделяют два участка, за которыми закреплены названия «сайты».

Сайты представляют собой каталитические центры, без которых невозможно протекание характерных реакций.  Названия этих центров: аминоациальный и пептидильный. Относительно третьего, вводится обозначение E или exit. Он становится необходимым для выведения транспортной РНК после передачи полипептида.

Кроме этого, на этих сайтах присутствуют участки для обработки ферментов.

Интересно, что только в соединенном состоянии субъединиц данные сайты могут функционировать.

Данные особенности характерны как для прокариотической линии, так и для эукариот. Так, в первом случае соотношение 70S рибосом составляет 50S и 30S. Во втором — 60S и 40S.

Из схемы видно, что при трансляции происходит одновременное перемещение субъединиц вдоль мРНК в одном направлении. Для увеличения скорости синтеза белка такой вид работы осуществляется несколькими рибосомами. Тогда образуется полирибосома, сокращенное название которой — полисома. Таким образом, формирование полисомы — результат включения в работу нескольких рибосом.

Где образуются рибосомы

Структура рибосомы снаружи представляет комплекс молекул рРНК. Это особый тип рибонуклеиновых кислот, которые называются рибосомальными. рРНК связаны с белками.

Синтезируются рРНК на ДНК с последующим присоединением белков. Происходит это в ядрышке клеток эукариот. Обе субъединицы рибосомы, после их образования в ядрышке, стремятся выйти в цитоплазму, где объединиться с образованием рибосомы. Они могут прикрепиться к наружной мембране ядра или соединиться с эндоплазматической сетью. Остаются и свободные элементы, функциями которых является синтез белков для самой клетки.

Полирибосомы — комплексы рибосом на мембранах — поставляют белки в аппарат Гольджи.

Количество ядрышек в клетках бывает различным: от одного до пяти. Механизм увеличения их числа называется амплификацией.

Насколько много в клетках присутствует рибосом, зависит от необходимости синтеза белка. Для тканей, которые образуют элементы активного роста, характерно обилие рибосом. К таким тканям можно отнести хлоропласты. Есть органеллы, имеющие собственные рибосомы. Например, это митохондрии. Синтез белка в таких органеллах, в отличие от предыдущих, происходит независимо от прочих клеточных структур, в т.ч. ядра. Такой синтез называется автономным.

В отличие от рРНК, которые образуются в ядрышке, рибосомальные белки синтезируются в цитоплазме. В последующем они транспортируются в ядро клетки с последующим образованием комплекса с РНК. Образуемые рибосомальные образования выходят за пределы ядра и попадают в цитоплазму. Существуя там в раздельном состоянии, они исполняют различные функции. Меньшая субъединица рибосомы занимается связыванием (или захватом) РНК информационной, а большая — приступает к синтезу цепи полипептидов.

Однако не все рибосомы приступают сразу к работе. Те, которые не функционируют, принимают диссоциированное состояние, в связи с чем способны испытывать процессы самообновления. Суть этих процессов — обмен субъединицами с такими же диссоциированными рибосомами.

Несмотря на то, что все клеточные белки образуются рибосомами, размер этих органелл крайне незначителен. Их невозможно различить в микроскоп, кроме электронного. У цитологов существует способ определения их количества путем специфического окрашивания цитоплазмы. Особые краски, например, флюорохромы и прочие гистохимические реактивы, особым образом маркируют РНК, благодаря чему можно увидеть скопления рибосом.

Сегодня доказана зависимость внешнего вида рибосом от содержания в них магния, ведь все РНК в них включают в себя соли магния. Опытным путем подтверждено, что при снижении количества магния субъединицы рибосом интенсивно диссоциируют.

Какие реакции происходят на рибосомах

Образование белка можно представить и с химической точки зрения.

Вначале отдельные АТФ присоединяются к аминокислотамам, чем высвобождают энергию. Использование этой энергии необходимо для образования комплекса транспортная РНК — аминокислота.

Попадая в рибосому, тРНК передает на РНК-мессенджер необходимую информацию в виде триплета.

Указанные химические реакции протекают с особенностью – обязательным участием пептидилтрансферазы. Это — фермент-участник катализа синтеза пептидных связей (поскольку для реакции обязательно большое количество энергии).

Параллельно происходит удаление неиспользуемых фрагментов: гидроксильного радикала и водорода.

Схематически описанные химические реакции, приводящие к образованию полипептидных цепей путем добавления аминокислот, выглядят так:

Источник: studfile.net