Рибосомы — субмикроскопические немембранные органеллы, необходимые для синтеза белка. Они объединяют аминокислоты в пептидную цепь, образуя новые белковые молекулы. Биосинтез осуществляется по матричной РНК путем трансляции.

Особенности строения

Рибосомы находятся на гранулярном эндоплазматическом ретикулуме или свободно плавают в цитоплазме. Крепятся они к эндоплазматической сети своей большой субъединицей и синтезируют белок, который выводится за пределы клетки, используется всем организмом. Цитоплазменные рибосомы в основном обеспечивают внутренние потребности клетки.

Форма шаровидная или овальная, в диаметре около 20нм.

На этапе трансляции к мРНК может прикрепляться несколько рибосом, образуя новую структуру – полисому. Сами же они образуются в ядрышке, внутри ядра.

Выделяют 2 вида рибосом:

• Малые – находятся в прокариотических клетках, а также в хлоропластах и митохондриальном матриксе. Они не связаны с мембраной и имеют меньшие размеры (в диаметре до 15нм).
• Большие – находятся в эукариотических клетках, могут достигать в диаметре до 23нм, связываются с эндоплазматической сетью или крепятся к мембране ядра.

Строение обоих видов идентичное. В состав рибосомы входят две субъединицы — большая и малая, которые в сочетании напоминают гриб. Объединяются они при помощи ионов магния, сохраняя между соприкасающимися поверхностями небольшую щель. При дефиците магния субъединицы отдаляются, происходит дезагрегация и рибосомы уже не могут выполнять свои функции.

Химический состав

Рибосомы состоят из высокополимерной рибосомальной РНК и белка в соотношении 1:1. В них сосредоточено примерно 90% всей клеточной РНК. Малая и большая субъединицы содержат около четырех молекул рРНК, которая имеет вид нитей собранных в клубок. Окружены молекулы белками и формируют вместе рибонуклеопротеид.

Полирибосомы – это объединение информационной РНК и рибосом, которые нанизываются на нить иРНК. В период отсутствия синтезирующих процессов, рибосомы разъединяются и обмениваются субъединицами. При поступлении иРНК они снова собираются в полирибосомы.

Количество рибосом может изменяться в зависимости от функциональной нагрузки на клетку. Десятки тысяч находятся в клетках с высокой митотической активностью (меристема растений, стволовые клетки).

Образование в клетке

Субъединицы рибосом формируются в ядрышке. Матрицей для синтеза рибосомальной РНК является ДНК. Для полного созревания они проходят несколько этапов:

• Эосома – первая фаза, при этом в ядрышке на ДНК синтезируется лишь рРНК;
• неосома – структура включающая не только рРНК, но и белки, после ряда модификаций выходит в цитоплазму;
• рибисома – зрелая органелла, состоящая из двух субъединиц.

Функции элементов рибосом
Структура	Строение	Функции
Большая субъединица	Большая субъединица Треугольная, в диаметре 16нм, состоит из 3 молекул РНК и 33 белковых молекул Трансляция, декодирование генетической информации	Трансляция, декодирование генетической информации
Малая субъединица	Вогнутая, овальная, в диметре 14нм, состоит из 1 молекулы РНК и 21 белковых молекул	Объединение аминокислот, создание пептидных связей, синтез новых молекул белка

Биосинтез белков на рибосомах

Трансляция или синтез белков на рибосомах с матрицы иРНК – конечный этап преобразования генетической информации в клетках. Во время трансляции информация, закодированная в нуклеиновых кислотах, переходит в белковые молекулы со строгой последовательностью аминокислот.

Трансляция – весьма непростой этап (в сравнении с репликацией и транскрипцией). Для проведения трансляции в процесс включаются все виды РНК, аминокислот, множество ферментов, которые могут исправлять погрешности друг друга. Самые важные участники трансляции – это рибосомы.

После транскрипции, новообразованная молекула иРНК, выходит из ядра в цитоплазму. Здесь после нескольких преобразований она соединяется с рибосомой. При этом аминокислоты приводятся в действие после взаимодействия с энергетическим субстратом – молекулой АТФ.

Аминокислоты и иРНК имеют разный химический состав и без постороннего участия не могут взаимодействовать между собой. Для преодоления этой несовместимости существует транспортная РНК. Под действием ферментов аминокислоты соединяются с тРНК. В таком виде они переносятся на рибосому и тРНК, с определенной аминокислотой, прикрепляется на иРНК в предназначенном месте. Далее рибосомальные ферменты формируют пептидную связь между присоединенной аминокислотой и строящимся полипептидом. После рибосома перемещается по цепи информационной РНК, оставляя участок для прикрепления следующей аминокислоты.

Рост полипептида идет до того момента, пока рибосома не встретит «стоп-кодон», который сигнализирует об окончании синтеза. Для освобождения новосинтезированного пептида от рибосомы включаются факторы терминации, окончательно завершающие биосинтез. К последней аминокислоте прикрепляется молекула воды, а рибосома распадается на две субъединицы.

Когда рибосома продвигается дальше по иРНК, она освобождает начальный отрезок цепи. К нему снова может присоединиться рибосома, которая начнет новый синтез. Таким образом, используя одну матрицу для биосинтеза, рибосомы создают одномоментно множество копий белка.

Роль рибосом в организме

1. Рибосомы синтезируют белок для собственных нужд клетки и за ее пределы. Так в печени образуются плазменные факторы свертывания крови, плазмоциты продуцируют гамма-глобулины.


2. Считывание закодированной информации с РНК, соединение аминокислот в запрограммированном порядке с образованием новых белковых молекул.
3. Каталитическая функция – формирование пептидных связей, гидролиз ГТФ.
4. Свои функции в клетке рибосомы выполняют более активно в виде полирибосом. Эти комплексы способны одновременно синтезировать несколько молекул белка.

Источник: animals-world.ru

Машина для синтеза белка образовалась путем самосборки из простых элементов. Российские биохимики выяснили, как из прото-РНК родилась столь сложная структура.

Возникновение живой клетки и ее отдельных элементов остается одной из самых больших загадок в биологии. Гипотезу о происхождении рибосомы — клеточной органеллы для синтеза белка предложили наши соотечественники, работающие в Монреальском университете (Université de Montréal ) в Канаде. Сергей Штейнберг (Sergey Steinberg), профессор биохимии, и его студент Константин Боков (Konstantin Bokov) детально изучили взаимодействие всех элементов в современной рибосоме и просчитали, как происходила самосборка первых проторибосом и их эволюция.

Машина для производства белка

Рибосома — это клеточная структура, построенная из РНК и белка.
а состоит из двух плотных гранулярных субъединиц, большой и малой. Ее функция в клетке — обеспечивать синтез белка. Матричная РНК (м-РНК), несущая информацию о белковой молекуле, связывается с малой субъединицей, которая распознает кодон — участок из трех нуклеотидов, соответствующий одной аминокислоте будущего белка. Аминокислоту доставляет к месту сборки транспортная РНК (т-РНК), а сама сборка белковой молекулы из аминокислот происходит посередине между большой и малой субъединицами.

Эта сложная система слаженно работает во всех клетках организма, причем и у бактерий, и у растений, и у человека рибосомы устроены примерно одинаково. Очевидно, что эта структура сформировалась на заре возникновения жизни. По мнению многих ученых, первый мир органических молекул был «миром РНК», когда белки еще не существовали, а молекулы РНК вступали в химические реакции и сами себя катализировали. Но чтобы появились первые молекулы белка, должны были возникнуть хотя бы самые примитивные рибосомы — проторибосомы.

Разгадывание рибосомного «паззла»

Команда Сергея Штейнберга уже несколько лет изучает вопрос, как могли сформироваться первые рибосомы. Для этого они изучают рибосомы современные. Центральную часть рибосомы составляет РНК, а белки расположены на периферии. «Проблема возникновения рибосомы сводится к проблеме возникновения рибосомной РНК», — пишут Сергей Штейнберг и Константин Боков в Nature.

Моделью им послужила РНК рибосомы кишечной палочки E. сoli. Эта РНК состоит из шести доменов, в которых они выделили 59 элементов. Каждый элемент представляет собой петлю из цепочки нуклеотидов. Элементы связаны между собой, таким образом образуется трехмерная структура молекулы.

Среди доменов молекулы ученые выделили пятый домен, отличающийся от остальных по характеру связей его элементов. Именно здесь находится «пептидил-трансферазный центр» рибосомы, в котором происходит присоединение очередной аминокислоты к полипептидной цепи. Биологи предположили, что пятый домен — самая древняя по происхождению часть рибосомы.

Чтобы проверить предположение, исследователи применили такой прием: они последовательно удаляли разные элементы из рибосомной РНК и смотрели, как это повлияет на ее строение. Если удаление какого-либо элемента никак не влияет на пространственную структуру остальной части молекулы, значит, он был присоединен к ней позднее. Проанализировав результаты удаления всех элементов, ученые ранжировали их по времени приобретения в эволюции.

Получилось, что 93% элементов относятся к более поздним приобретениям, а оставшаяся часть, расположенная как раз в пятом домене, — минимально необходимая для структуры рибосомы. Без нее органелла просто разваливается. Очевидно, с пятого домена она и начиналась.

Эволюция рибосомы

Ученые предположили, что эволюция рибосомы начиналась с первичного фрагмента длиной в 110 нуклеотидов, который имел ключевой для опознания т-РНК конец.
воение этого фрагмента, так что он мог опознавать уже не одну, а две т-РНК, привело к возникновению самой простой, но уже функционально активной проторибосомы, которая могла синтезировать белок. При этом последовательность аминокислот в первичной молекуле белка на том этапе ничем не задавалась — это была случайная последовательность. Это предположение подтвердилось в эксперименте: такой димер был способен проводить реакцию присоединения одной аминокислоты к другой.

Постепенно проторибосома обрастала новыми и новыми элементами. Каждый из них встраивался в уже существующую структуру, придавая ей дополнительные свойства. Первые восемь элементов, присоединенные к проторибосоме, придали ей дополнительную устойчивость. Следующие 12 элементов увеличили массу. Когда все элементы были собраны воедино, сформировались две субъединицы рибосомы в комплексе с белками и другими молекулами РНК.

«Наши результаты продемонстрировали, — пишет Сергей Штейнберг, — что такая сложная структура, как рибосома, могла самостоятельно построиться из простых молекул, которые взаимодействовали между собой по очень простым химическим правилам. Это могло произойти в эволюции за относительно короткое время».

На ранних стадиях рибосомы существовали как тела, построенные исключительно из РНК, но когда они «наработали» какое-то количество белка, то стали использовать его для своей же структуры. Так мир РНК сменился миром белков, в котором мы живем сейчас.

Статья опубликована в журнале Nature.

Источник: www.infox.ru

Рибосомы – это сложные рибонуклеопротеиды, в состав которых входят белки и молекулы РНК примерно поровну.

Рибосомы состоит из субъединиц – малой и большой. РНК имеет V-образную форму, создавая каркас, к которому крепятся белки, составляя плотно упакованный рибонуклеопротеид. Вторичная структура рРНК создается за счет особых участков – «шпилек». Это короткие двухспиральные участки молекулы, образованные комплиментарно связанными нуклеотидами. Как и в молекуле ДНК. Около 2/3 нуклеотидов рРНК организовано в шпильки, остальная часть молекулы представлена однотяжевыми «аморфными» участками, с которыми и связаны белки рибосом. Белки рибосом связаны кооперативно, поскольку при попвтке удалить белки из тяжа рибонуклеопротеида они уходят не по одному, а целыми группами. Белки рибосом образуют активные центры обеих частиц рибосом. Рибосомные субъединицы можно разобрать, экстрагируя из них отдельные фракции, на составляющие их РНК и белки. Из смеси специфических белков рибосом и рибосомных РНК можно снова получить рибосомные субъединицы спонтанно, путем самосборки.

Нетранслирующие, неработающие рибосомы постоянно обмениваются субъединицами. Практически вся РНК рибосом прсутствует в виде магниевой соли. Если снижать количество ионов магния, то происходит диссоциация рибосом на субъединицы.

Рибосомы прокариот и эукариот отличаются друг от друга:

	Коэффициент седиментации	Коэффициент седиментации субъединиц	Количество молекул РНК на субъединицу
Рибосомы прокариот	70S	30S и 50S	1 и 2
Рибосомы эукариот	80S	40S и 60S	1 и 3

 

Сейчас процесс синтеза рРНК представляется следующим образом. На цистроне рибосомного гена первоначально синтезируется гигантская молекула – предшественник с коэффициентом седиментации около 45S. Первичный продукт транскрипции сначала деградирует до 41S-молекулы, которая распадается на 32S и 20S предшественники рРНК, которые являются в свою очередь предварительными ступенями образования 28S и 18S рРНК. Области 28S и 18S рРНК располагаются на разных концах гена, между этими участками располагается большая нетранскрибируемая зона (спейсер), в котором есть небольшой участок, кодирующий 5,8S рРНК. РНК-полимераза, считывая транскрибируемые участки, как бы проскакивает спейсеры, но создает одну гигантскую молекулу, куда входят 28S, 18S и 5,8S РНК. Такой способ синтеза РНК и проскоком одного или нескольких спейсеров получил название сплайсинг, а расщепление больших предшественников на короткие – процессинг. Участок для синтеза 5S рРНК часто располагается даже на другой хромосоме. Белок ассоциирует с рРНК, начиная с 45S рРНК.

Несмотря на сходство в выполнении главной функции, рибосомы из разных источников значительно различаются между собой. 5S рРНК прокариот гомологичны 5,8S (а не 5S) рРНК эукариот. Рибосомальные РНК митохондрий не гомологичны ни цитоплазматическим РНК, ни РНК рибосом прокариот. Они различаются и по первичной и по вторичной структуре. В РНК митохондриальных рибосом значительно меньше спиральных участков, их структура менее компактна и более рыхла. Митохондриальные рибосомы разных групп эукариот значительно различаются по коэффициенту седиментации: у грибов и эвгленовых он составляет 70-74S, у высших животных – 55-60S, у высших растений – 80S.

 

Источник: studopedia.su

Какую функцию выполняют рибосомы

Назначение описываемого органоида в любой клетке заключается в осуществлении синтеза белков. Белки используются практически всеми клетками:

• в качестве катализаторов — ускоряют время реакции;
• в качестве волокон — обеспечивают стабильность клетки;
• многие белки имеют индивидуальные задачи.

Основным хранилищем информации в клетках служит молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Специальный фермент, РНК-полимераза, связывается с молекулой ДНК и создает «зеркальную копию» — матричную рибонуклеиновую кислоту (мРНК), свободно перемещающуюся из ядра в цитоплазму клетки.

Цепочка рибонуклеиновой кислоты обрабатывается при выходе из ядра; области РНК, которые не кодируют белки, удаляются; мРНК используется для дальнейшего синтеза белка.

Каждая мРНК состоит из 4 различных нуклеиновых кислот, тройки которых составляют кодоны. Каждый кодон определяет специфическую аминокислоту. В организме всех живых существ на Земле встречаются 20 аминокислот. Кодоны, используемые для спецификации аминокислот, почти универсальны.

Кодон, запускающий все белки — «AUG», последовательность нуклеиновых оснований:

1. аденин;
2. урацил;
3. гуанин.

Специальная молекула РНК поставляет аминокислоты для синтеза — транспортная РНК или тРНК. К активному кодону подходит тРНК, несущая соответствующую аминокислоту, ассоциируется с ним. Происходит образование пептидной связи новой аминокислоты со строящимся белком.

Где образуются рибосомы

Составные части органоида образуются в ядрышке. Две субъединицы объединяются для начала химического процесса синтеза белка из цепи мРНК. Рибосома действует в качестве катализатора, образуя пептидные связи между аминокислотами. Использованная тРНК высвобождается обратно в цитозоль, в дальнейшем она может связываться с другой аминокислотой.

Органоид достигнет стоп-кодона мРНК (UGA, UAG и UAA), остановив процесс синтеза. Специальные белки (факторы терминации) прервут цепочку аминокислот, отделив ее от последней тРНК — формирование белка закончится.

Различные белки требуют некоторых модификаций, транспортировки в определенные области клетки до начала функционирования. Рибосома, прикрепленная к эндоплазматическому ретикулуму, поместит вновь образованный белок внутрь, он пройдет дополнительные модификации, будет должным образом свернут. Другие белки образуются непосредственно в цитозоли, где действуют как катализатор для различных реакций.

Рибосомы создают нужные клеткам белки, составляющие около 20 процентов состава клетки. Приблизительно в клетке находится 10 000 различных белков, приблизительно по миллиону копий каждого.

Рибосома эффективно и быстро участвует в синтезе, добавляя 3-5 аминокислот к белковой цепи в секунду. Короткие белки, содержащие несколько сотен аминокислот, могут быть синтезированы за считанные минуты.

Состав и строение рибосом

Рибосомы имеют схожую структуру в клетках всех организмов Земли, незаменимы при синтезе белков. В начале эволюции различных форм жизни рибосома была принята в качестве универсального способа перевода РНК в белки. Эти органоиды изменяются в различных организмах незначительно.

Описываемые органоиды состоят из большой и малой субъединицы, располагающихся вокруг молекулы мРНК. Каждая субъединица представляет собой комбинацию белков и РНК, называемых рибосомальной РНК (рРНК).

Длина рРНК в разных цепях разная. рРНК окружена белками, создающими рибосому. рРНК удерживает мРНК и тРНК в органоиде и действует в качестве катализатора для ускорения образования пептидных связей между аминокислотами.

Рибосомы измеряются в единицах Svedberg, означающих сколько времени требуется молекуле для осаждения из раствора в центрифуге. Чем больше число, тем больше молекула.

Различия между прокариотическими и эукариотическими рибосомами рассмотрены в таблице.

Критерий	Прокариотические	Эукариотические
Размер в единицах Svedberg	70S	80S
содержание белков и РНК	меньше белков и меньше РНК	больше белков и больше РНК
содержание молекул РНК	3 молекулы РНК	4 молекулы РНК

Рибосомы отвечают за процесс синтеза белка – двигательной силы организма и являются одним из ключевых органоидов живой клетки, представленной во всем многообразии живых существ на Земле.

Источник: 1001student.ru