Рибосомы имеются в любой клетки. По количеству они преобладают над всеми органоидами. Количество рибосом определяет общую интенсивность синтеза белка. Диаметр одной рибосомы примерно 10 – 20 нм. Форма и детальные очертания рибосом из разнообразных организмов и клеток очень похожи и отличаются в далях.

Рибосомы – это сложные рибонуклеопротеидные частицы, в состав которых входят несколько мелких индивидуальных не повторяющихся белков и несколько молекул РНК.

Рибосомы эукариот и прокариот обладают общими принципами организации и функционирования, но отличаются своими размерами и молекулярными характеристиками. Рибосомы прокариот имеют константу седиментации 70S (50S+30S).

Эукариотические рибосомы так же состоят из двух субъединиц. 80S (60S+40S).


 

Полная работающая рибосома состоит из двух неравных субъединиц, который легко диссоциируют на большую и малую. Размер составляет 20 – 17 – 17 нм.

Малая рибосомная субъединица имеет палочковидную форму и несколько небольших выступов. Размеры ее 23*12. Большая субъединица похожа на полусферу с 3 выступами.

При объединении в полную 70S(80S) рибосому малая субъединица входит в большую, формируется округлая.

Рибосомы прокариот: В состав малой субъединица прокариот входит одна молекула РНК с константой седиментации 16S (1500- 1600 нуклеотидов) и 21 индивидуальный белок.

В состав большой субъединицы входит уже две молекулы РНК(23S и 5S) и 34 индивидуальных белка.

Рибосомы эукариот: В состав малой субъединицы входит 1РНК 18S и 33-40 белковых молекул.

В большую 28S РНК, 5,8 S РНК и 5S РНК и 40-50 белков.

Рибосомные РНК обладают сложной вторичной и третичной структурой. Самоупаковка в сложные белковые тела. Благодаря наличию ионов магния и кальция рибосомы распадаются.

Почти все белки уникальные (1 молекула на рибосому).

Функции белков – входят в состав активных центров рибосом.

Активные центры рибосом:

1) Участок взаимодействующий с иРНК;

2) Участок инициирующий тРНК (аминоацил тРНК);

3) Активный центр образования пептидных связей;

4) Пептидил тРНК (несет растущую цепь полипептидов).


 

Для синтеза рибосома должна иметь:

1) Программу (задает последовательность). Закодирована в ядерной ДНК.

2) Материал (вещество, АМК).

3) Энергию.

На ДНК синтезируются все молекулы РНК.

 

Транскрипция – синтез РНК по принципу комплементарности на матрице одной цепи ДНК. Фермент – ДНК-зависимая-РНК-полимераза. Язык триплетов ДНК переводится на язык кодонов иРНК.

В результате транскрипции синтезируются тРНК, иРНК, рРНК, которые через поры ядра выходят.

Трансляция – передача, синтез полипептидных цепей на матрице рибосомы.

 

Источник: studopedia.info

РИБОСОМА (от «рибонуклеиновая кислота» и греч. «сома» – тело), органоид, синтезирующий белки. Присутствует в клетках всех организмов, как эукариот, так и прокариот. Представляет собой сферическую частицу диаметром ок. 20 нм, состоящую из двух субчастиц, которые могут разъединяться и вновь объединяться. Структурный каркас рибосомы образован молекулами рибосомальной РНК (р-РНК) и связанными с ними белками. В клетках эукариот рибосомы формируются в ядрышке, где на ДНК синтезируется р-РНК, к которой затем присоединяются белки. Субчастицы рибосомы выходят из ядра в цитоплазму, и здесь завершается формирование полноценных рибосом. В цитоплазме рибосомы свободно находятся в цитоплазматическом матриксе (гиалоплазме) или прикрепляются к внешним мембранам ядра и эндоплазматической сети.


ободные рибосомы синтезируют белки для внутренних нужд клетки. Рибосомы на мембранах образуют комплексы – полирибосомы, которые синтезируют белки, поступающие через эндоплазматическую сеть в аппарат Гольджи и затем секретируемые клеткой. Количество рибосом в клетке зависит от интенсивности биосинтеза белка – их больше в клетках активно растущих тканей (меристем растений, зародышей и т. п.). В хлоропластах и митохондриях есть свои собственные мелкие рибосомы, они обеспечивают этим органоидам автономный (независимый от ядра) биосинтез белков (см. Трансляция).
Активные центры рибосом
Схема строения рибосомы, сидящей на мембране эндоплазматнческой сети:
1 — малая субъединица;
2 — иРНК;
3 — аминоацил — тРНК;
4 — аминокислота;
5 — большая субъединица;
6 — мембрана эндоплазматической сети;
7 — синтезируемая полипептидная цепь.

Каждая рибосома состоит из двух субчастиц-большой и малой. Рибосомы состоят из примерно равных (по массе) количеств РНК и белка (т.е. представляют собой рибонуклеопротеиновые частицы). Входящая в их состав РНК, называемая рибосомной РНК (рРНК), синтезируется в ядрышке. Вместе те и другие образуют сложную трехмерную структуру, обладающую способностью к самосборке.

iv>
r /> Во время синтеза белка на рибосомах аминокислоты, из которых строится полипептидная цепь, последовательно одна за другой присоединяются к растущей цепи. Рибосома служит местом связывания для молекул, участвующих в синтезе, т. е. таким местом, где эти молекулы могут занять по отношению друг к другу совершенно определенное положение. В синтезе участвуют: матричная РНК (мРНК), несущая генетические инструкции от ядра клетки, транспортная РНК (тРНК), доставляющая к рибосоме требуемые аминокислоты, растущая полипептидная цепь, а также ряд факторов, ответственные за инициацию, элонгацию и терминацию цепи.
В эукариотических клетках отчетливо видны две популяции рибосом — свободные рибосомы и рибосомы, присоединенные к эндоплазматическому ретикулуму. Строение тех и других идентично, но часть рибосом связана с эндоплазматическим ретикулоумом через белки, которые они синтезируют. Такие белки обычно секретируются. Примером белка, синтезируемого свободными рибосомами, может служить гемоглобин, образующийся в молодых эритроцитах.
В процессе синтеза белка рибосома перемещается вдоль нитевидной молекулы мРНК. Процесс идет более эффективно, когда вдоль мРНК перемещается не одна рибосома, а одновременно много рибосом, напоминающих в этом случае бусины на нитке. Такие цепи рибосом называются полирибосомами или полисомами. На эндоплазматическом ретикулуме полисомы обнаруживаются в виде характерных завитков.


Рибосомный синтез белка-многоэтапный процесс. Первая стадия (инициация) начинается с присоединения матричной РНК (мРНК) к малой рибосомной субчастице, не связанной с большой субчастицей. Характерно, что для начала процесса необходима именно диссоциированная рибосома. К образовавшемуся т. наз. инициаторному комплексу присоединяется большая рибосомная субчастица. В стадии инициации участвуют спец. инициирующий кодон (см. Генетический код), инициаторная транспортная РНК (тРНК) и специфич. белки (т. наз. факторы инициации). Пройдя стадию инициации, рибосома переходит к последоват. считыванию кодонов мРНК по направлению от 5′- к 3′-концу, что сопровождается синтезом полипептидной цепи белка, кодируемого этой мРНК (подробнее о механизме синтеза полипептидов см. в ст. Трансляция). В этом процессе рибосома функционирует как циклически работающая мол. машина. Рабочий цикл рибосомы при элонгации состоит из трех тактов: 1) кодонзависимого связывания аминоацил-тРНК (поставляет аминокислоты в рибосому), 2) транспептидации-переноса С-конца растущего пептида на аминоацил-тРНК, т.е. удлинения строящейся белковой цепи на одно звено, 3) транслокации-перемещения матрицы (мРНК) и пептидил-тРНК относительно рибосомы и переход рибосомы в исходное состояние, когда она может воспринять след. аминоацил-тРНК. Когда рибосома достигнет специального терминирующего кодона мРНК, синтез полипептида прекращается. При участии специфич. белков (т. наз. факторов терминации) синтезир. полипептид освобождается из рибосомы. После терминации рибосома может повторить весь цикл с др. цепью мРНК или др. кодирующей последовательностью той же цепи.

>
Активные центры рибосом

Схема синтеза полипептидной цепи полирибосомой: I-начал о синтеза, II-окончание синтеза; а-мРНК, б-рибосома, в-большая субъединица рибосомы, г-малая субъединица рибосомы.

В клетках с интенсивной секрецией белка и развитым эндоплазматич. ретикулумом значит. часть цитоплазматической рибосомы прикреплена к его мембране на пов-сти, обращенной к цитоплазме. Эти рибосомы синтезируют полипептиды, к-рые непосредственно транспортируются через мембрану для дальнейшей секреции. Синтез полипептидов для внутриклеточных нужд происходит в осн. на свободных (не связанных с мембраной) рибосомах цитоплазмы. При этом транслирующие рибосомы не равномерно диспергированы в цитоплазме, а собраны в группы. Такие агрегаты рибосом представляют собой структуры, где мРНК ассоциирована со многими рибосомами, находящимися в процессе трансляции; эти структуры получили назв. полирибосом или полисом.

При интенсивном синтезе белка расстояние между рибосомами вдоль цепи мРНК в полирибосоме м. б. предельно коротким, т.е. рибосомы находятся почти вплотную друг к другу. Рибосомы, входящие в полирибосомы, работают независимо и каждая из них синтезирует полную полипептидную цепь.


Активные центры рибосом
Рибосома – это тот самый рабочий, который претворяет генеральный план в жизнь, изготовляя по лекалам ДНК соответствующие белки.

Источник: biology623.blogspot.com

Рибосомы — молекулярные машины для синтеза белка — у всех известных организмов устроены похоже. У рибосомы всегда есть малая субъединица, которая связывается с молекулой матричной РНК (мРНК), а также большая субъединица, которая присоединяется к ним позже. Функции субъединиц отличаются: задача малой — опознать подходящую РНК и место на ней, с которого нужно начать синтез белка, а большая субъединица, содержащая каталитический центр, присоединяется ко всей конструкции, когда всё уже готово — завершая создание рабочей рибосомы. Преждевременное соединение половин рибосомы настолько нежелательно, что в клетке даже есть специальные белковые факторы, которые этому препятствуют.

То, что рибосома состоит из двух отдельных половин, важно и для продолжения синтеза полипептида. Повороты субъединиц друг относительно друга протаскивают мРНК сквозь активный центр, так что все ее участки, которые должны быть прочитаны, своевременно в него попадают*. Наконец, разъединение субъединиц, считавших всю кодирующую часть цепочки РНК, знаменует окончание синтеза белковой молекулы.


* — Узнать, как работает рибосома и как работают ученые, чтобы узнать, как работает рибосома, можно здесь: «Рибосома за работой» [1]. — Ред.

И всё же биоинженерам очень хотелось получить рибосомы, в которых субъединицы были бы объединены в одну молекулу и, несмотря на это, могли проводить все стадии трансляции. Субъединицы таких «машин» не смешивались бы с пулом обычных рибосом клетки, поэтому на них можно было бы экспериментировать, не влияя на обычные процессы синтеза клеточных белков. Такой отдельный набор рибосом можно было бы подстраивать под наработку необычных пептидов: например, перестраивать выходной туннель рибосомы, чтобы его могли покидать крупные молекулы, или модифицировать ее активный центр под специфические реакции.

Молекулы РНК служат каркасами рибосомных субъединиц. Поэтому скрепить субъединицы между собой можно, получив единую протяженную молекулу рибосомной РНК (рРНК), включающую в себя каркасы для обеих субъединиц. При этом новая РНК должна как можно меньше отличаться от суммы исходных, чтобы клеточные системы контроля ошибок не распознали новую молекулу как ошибочно синтезированную или чужеродную*. Проще всего было бы соединить концы рибосомных РНК цепочками нуклеотидов. Но концы рРНК большой и малой субъединиц природных рибосом располагаются далеко друг от друга. Зато два конца РНК большой субъединицы сближены. Поэтому их можно сшить, а новые концы сделать в другом месте. Получившиеся варианты называются циркулярными пермутантами РНК большой субъединицы.


* — В ходе эволюции клетки отобрали строжайших контролеров качества РНК, особенно матричной. Разные системы контроля распознают разные дефекты РНК, изощренно утилизируя и бракованные, и избыточные, и чужие молекулы: «Как избавиться от РНК за несколько минут» [2]. — Ред.

Ученым пришлось получить большую коллекцию таких мутантов, потому что не было известно, в каком месте рРНК лучше делать новые концы [3, 4]. По случайности один из невредных разрывов в РНК большой субъединицы 70S рибосомы располагался там, где большая субъединица контактирует с частью малой, которая, по данным прошлых исследований, к модификациям относится спокойно. Поэтому ученые решили соединить РНК в этом месте. Им пришлось еще и подбирать правильную длину рибонуклеиновых связок: они должны были быть не слишком короткими, чтобы связанные половины рибосомы могли двигаться друг относительно друга, но и не слишком длинными, чтобы к малой субъединице на старте синтеза белка не могла пристроиться одна из свободных клеточных больших субъединиц. Опыт показал, что подходящая длина линкеров — восемь и девять нуклеотидов.

Получившимися гибридными рибосомами Ribo-T (от англ. tethered — связанный) (рис. 1) ученые снабдили штаммы бактерий, не нарабатывающие обычных рибосом.


азалось, что гибриды вполне способны поддерживать жизнь бактерий и синтезировать все необходимые для них белки. Правда, скорость роста бактерий, несущих лишь гибридные рибосомы, была в два раза меньше, чем у бактерий с обычными рибосомами. И даже такой скорости удалось добиться только клеткам с мутацией в гене одного из рибосомных белков и нарушенным синтезом предполагаемого транспортера ионов магния и кобальта. Как и скорость роста, скорость синтеза белков у бактерий, несущих гибридные рибосомы, оказалась в два раза меньше нормальной.

Ученые решили выяснить, почему гибридные рибосомы медленнее синтезируют белок. Оказалось, что рибосомы со скрепленными субъединицами тормозят сразу после распознавания стартового кодона. То есть основная проблема для них — правильная инициация трансляции. Ученые выяснили, что эта проблема не связана с худшим взаимодействием гибридных рибосом с факторами инициации, так как их добавление не компенсировало стартовое торможение. Так что новый вариант рибосом еще предстоит подробнее исследовать и усовершенствовать.

Гибридные рибосомы хоть и не очень быстро, но делали свое дело, так что ученые решили испытать их пригодность к работе в качестве независимой популяции рибосом. Во-первых, рибосомы отдельной популяции можно задействовать для чтения мРНК с необычными стартовыми сигналами. Для этого получили гибридные рибосомы с модифицированным участком, узнающим последовательность Шайна-Дальгарно — стартовую точку посадки бактериальных рибосом на РНК. РНК с измененной последовательностью Шайна-Дальгарно обычные клеточные рибосомы не распознавали, однако ее продукт обнаруживался в цитоплазме клеток, несущих особым образом модифицированные гибридные рибосомы. Значит, синтезом белка на такой матрице занимались только гибридные рибосомы, и трансляцию РНК со специфическими сигналами можно будет исследовать, не влияя на трансляцию остальных мРНК клетки.

Еще ученые получили модификацию гибридных рибосом, зависимую от антибиотика. Такие рибосомы будут работать, если добавить в среду антибиотик, блокирующий обычные рибосомы клетки. Антибиотик в такой системе служит переключателем, определяющим, какой набор рибосом будет активным. Так что клетки можно будет поддерживать либо в природном режиме жизни, либо в условиях, когда всю наработку белка берут на себя синтетические рибосомы. Манипулируя свойствами отдельной популяции рибосом, можно будет узнать о процессе синтеза белка гораздо больше.

Источник: biomolecula.ru

Трансляция (от лат. translatio — перевод) — термин, обозначающий в биологии такие реакции, в результате которых в рибосомах с использованием в качестве матрицы иРНК осуществляется синтез полипептидной цепи.
В процессе синтеза полипептидная цепь удлиняется в результате последовательного присоединения отдельных аминокислотных остатков. Для того чтобы понять, каким образом осуществляется образование пептидной связи между соответствующими аминокислотами, необходимо рассмотреть структуру рибосом и транспортных РНК (тРНК), участвующих с процессе трансляции.

В состав каждой рибосомы входят 2 субъединицы: большая и малая, которые могут отделяться друг от друга. В состав каждой из этих субъединиц входят рибосомная РНК и белок. Некоторые рибосомные белки являются ферментами, т.е. выполняют каталитические функции. Главная функция малой субъединицы — «расшифровка» генетической информации. Она связывает иРНК и тРНК, несущие аминокислоты. Функция большой субъединицы — образование пептидной связи между аминокислотами, которые принесены в рибосому двумя соседними молекулами тРНК.

Транспортная РНК.

Молекулы транспортных РНК невелики, в их состав входят 70-90 нуклеотидов. Функция тРНК заключается в том, чтобы в ходе процесса синтеза полипептидной цепи переносить на рибосомы определенные аминокислоты, при этом каждая аминокислота переносится соответствующей тРНК. Все молекулы тРНК могут образовывать характерную конформацию (пространственное расположение атомов в молекуле) — конформацию клеверного листа. Такая конформация молекулы тРНК возникает потому, что в ее структуре имеется значительное количество нуклеотидов (по 4-7 в одном участке), комплементарных друг другу. Внутримолекулярное спаривание таких нуклеотидов за счет образования водородных связей между комплементарными основаниями и приводит к образованию такой структуры. В вершине клеверного листа расположен триплет нуклеотидов, который комплементарен кодону иРНК, кодирующему аминокислоту. Этот триплет отличается у тРНК, переносящих различные аминокислоты, он кодирует определенную аминокислоту, именно ту, которую переносит данная тРНК. Его называют антикодоном.

В основании клеверного листа есть участок, в котором связывается аминокислота. Таким образом, получается, что молекула тРНК не только переносит определенную аминокислоту, в ее структуре есть запись о том, что она переносит именно данную аминокислоту, причем эта запись сделана на языке генетического кода.

Как уже говорилось, рибосомы способны связывать иРНК, несущую информацию об аминокислотной последовательности синтезируемого белка, тРНК, несущие аминокислоты, и, наконец, синтезируемую полипептидную цепь. Малая субъединица рибосомы связывает иРНК и тРНК, несущую первую аминокислоту полипептидной цепи (обычно это метионин), после чего происходит связывание большой субъединицы с образованием функционирующей (работающей) рибосомы. Активный центр рибосомы, где образуется пептидная связь между двумя соседними аминокислотами, устроен так, что в нем могут одновременно находиться два соседних кодона (триплета) иРНК. На первом этапе за счет взаимодействия между кодоном и антикодоном происходит связывание тРНК с иРНК. Т.к. антикодон, находящийся на тРНК, и кодон, расположенный на иРНК, комплементарны, между входящими в их состав азотистыми основаниями образуются водородные связи. На втором этапе аналогичным образом осуществляется связывание с соседним кодоном второй молекулы тРНК. Молекулы тРНК в активном центре рибосомы на этом этапе располагаются таким образом, что группа -С=О первого аминокислотного остатка, который связан с первой тРНК, оказывается вблизи от свободной аминогруппы (-NH2) аминокислотного остатка, входящего в состав второй транспортной тРНК. Таким образом, благодаря взаимодействию кодон-антикодон между последовательно расположенными кодонами иРНК и соответствующими им антикодонами тРНК рядом располагаются именно те аминокислоты, которые последовательно закодированы в иРНК.

На следующем этапе при взаимодействии свободной аминогруппы, входящей в состав аминокислотного остатка вновь пришедшей тРНК, с карбоксильной группой аминокислотного остатка первой аминокислоты, между двумя аминокислотами, прикрепленными к соответствующим тРНК, образуется пептидная связь. Реакция осуществляется путем замещения, при этом уходящей группой является молекула первой тРНК. В результате такого замещения удлинившаяся тРНК, несущая уже дипептид, оказывается связанной с рибосомой. Для прохождения данной реакции необходим фермент, который есть в составе большой субъединицы рибосомы.

На последнем этапе пептид, связанный с второй молекулой тРНК, передвигается с участка, в котором в начале цикла была связана тРНК, содержащая аминокислоту, в участок, где связывается тРНК с образующимся пептидом. Одновременно с перемещением синтезирующейся пептидной цепи происходит перемещение рибосомы вдоль иРНК, при этом в ее (рибосомы) активном центре оказывается следующий кодон иРНК, после этого события, описанные выше, повторяются. Синтез белка осуществляется с очень большой скоростью, пептид, состоящий из 100 аминокислот, синтезируется примерно за 1 минуту.

Рибосома продвигается вдоль нитевидной молекулы иРНК по мере того, как происходит сборка полипептидной цепи. На одной молекуле иРНК может одновременно находиться несколько рибосом, и каждая из них осуществляет синтез полипептидной цепи, закодированной этой тРНК, в результате чего формируются полисомы: рибосомы, нанизанные на нить иРНК. Чем дальше рибосома проходит по цепи иРНК, тем более длинный фрагмент молекулы белка будет синтезирован. Синтез белка заканчивается, когда рибосома достигнет конца молекулы иРНК, после этого рибосома с вновь синтезированным белком покидает молекулу иРНК (см. рисунок ниже). Сигнал о том, что синтез полипептидной цепи закончен, подается тремя специальными кодонами, один из которых присутствует в терминальной части молекулы иРНК. Считывание информации с молекулы иРНК возможно только в одном направлении.

Только что образованный конец полипептидной цепи еще во время синтеза  может связываться со специальными белками шаперонами, которые обеспечат ее правильную укладку, а затем направляется к аппарату Гольджи, откуда белок транспортируется в то место, где он будет работать. Рибосома, которая освободилась от иРНК и синтезированной полипептидной цепи, распадается на субъединицы, после чего большая субъединица, снова может связаться с малой и образовать активную рибосому, способную синтезировать новый (или тот же самый) белок.

Как я рассказывал ранее, любые процессы синтеза, в результате которых из более простых молекул образуются более сложные, осуществляются с затратой энергии. Биосинтез белка — это целая цепь реакций, протекающих с затратой энергии. Так, например, для связывания одной аминокислоты с тРНК необходима энергия двух макроэргических связей молекулы АТФ. Кроме того, при образовании одной пептидной связи используется энергия еще одной макроэргической связи. Таким образом, при образовании одной пептидной связи в молекуле белка затрачивается количество энергии, запасенное в трех макроэргических связях молекул АТФ.

Перейти к оглавлению.

Источник: www.studentguru.ru


Adblock
detector