Изучение рибосом. Рибосомы

Рибосомы являются важнейшими органоидами клетки, так как на них протекает процесс трансляции - синтез полипептида на матричной РНК (мРНК). Другими словами, рибосомы служат местом белкового синтеза .

Строение рибосом

Рибосомы относятся к немембранным органоидам. Они очень мелкие (около 20 нм), но многочисленные (тысячи и даже миллионы на клетку), состоят из двух частей – суб ъединиц . В состав субчастиц входят рибосомальные РНК (рРНК) и рибосомные белки, т. е. рибосомы по химическому составу являются рибонуклеопротеи д ами . Однако в них также присутствует небольшое количество низкомолекулярных соединений. Из-за многочисленности рибосом, рРНК составляет более половины от всей РНК клетки.

Одну из субъединиц называют «малой», вторую – «большой».

В собранной из субъединиц рибосоме выделят два (по одним источникам) или три (по другим) участка, которые называют сайтами . Один из участков обозначают A (aminoacyl) и называют аминоацильным, второй - P (peptidyl) - пептидильный. Данные сайты являются основными каталитическими центрами протекающих на рибосомах реакций. Третий участок обозначают E (exit), через него освободившаяся от синтезируемого полипептида транспортная РНК (тРНК), покидает рибосому.

Кроме перечисленных сайтов на рибосомах есть другие участки, используемые для связывания различных ферментов.

Когда субъединицы диссоциированы (разъединены) специфичность сайтов теряется, т. е. они определяются сочетанием соответствующих областей обеих субъединиц.

Отличие рибосом прокариот и эукариот

Соотношение по массе белков и РНК в рибосоме примерно поровну. Однако у прокариот белков меньше (около 40%).

Размеры как самих рибосом, так и субъединиц выражают в скорости их седиментации (осаждения) при центрифугировании. При этом S обозначает константу Сведберга - единицу, характеризующую скорость оседания в центрифуге (чем больше S, тем быстрее частица осаждается, а значит тяжелее). У прокариот рибосомы имеют размер в 70S, а у эукариот - в 80S (т. е. они тяжелее и крупнее). При этом субъединицы прокариотических рибосом имеют значения 30S и 50S, а эукариотических - 40S и 60S. Размеры рибосом в митохондриях и хлоропластах эукариот сходны с прокариотическими (хотя имеют определенную вариабельность по размерам), что может указывать на их происхождение от древних прокариотических организмов.

У прокариот в состав большой субъединицы рибосом входит две молекулы рРНК и более 30 молекул белка, в состав малой - одна молекула рРНК и около 20 белков. У эукариот в субъединицах больше молекул белка, а также в большой субъединице три молекулы рРНК. Составляющие рибосому белки и молекулы рРНК обладают способностью к самосборке и в итоге образуют сложную трехмерную структуру. Структуру рРНК поддерживают ионы магния.

Синтез рРНК

У эукариот в состав рибосом входят 4 вида рРНК. При этом три образуются из одного транскрипта-предшественника - 45S рРНК. Он синтезируется в ядрышке (на петлях хромосом его формирующем) при помощи РНК-полимеразы-1. Гены рРНК имеют много копий (десятки и сотни) и обычно располагаются на концах разных пар хромосом. После синтеза 45S рРНК разрезается на 18S, 5.8S и 28S рРНК, каждая из которых подвергается тем или иным модификациям.

Четвертый вид рРНК синтезируется вне ядрышка с помощью фермента РНК-полимеразы-3. Это 5S РНК, которая после синтеза не нуждается в .

Третичная структура рРНК в составе рибосом очень сложная и компактная. Она служит каркасом для размещения рибосомных белков, которые выполняют вспомогательные функции для поддержания структуры и функциональности.

Функция рибосом

Функционально рибосомы являются местом связывания молекул, участвующих в синтезе (мРНК, тРНК, различные факторы). Именно в рибосоме молекулы могут занять друг по отношению к другу такое положение, которое позволит быстро протечь химической реакции реакции.

В эукариотических клетках рибосомы могут находиться свободно в цитоплазме или быть прикрепленными с помощью специальных белков к ЭПС (эндоплазматическая сеть, она же ЭР - эндоплазматический ретикулум).

В процессе трансляции рибосома перемещается по мРНК. Часто по одной нитевидной мРНК двигаются несколько (или множество) рибосом, образуя так называемую полисому (полирибосому).

Органеллы клетки, состоящие из белков и РНК и отвечающие за синтез белков, называются рибосомами. Количество рибосом в одной клетке сильно варьирует в зависимости от потребностей и может достигать нескольких миллионов.

Строение

Важнейшей органеллой клетки является ядро. Оно содержит генетическую информацию и ядрышко, где образуются рибосомы. Синтезированные рибосомы через поры ядерной мембраны попадают либо на эндоплазматическую сеть, либо в цитоплазму. В зависимости от расположения в эукариотической клетке выделяют два вида рибосом:

• связанные - располагаются на эндоплазматической сети (шероховатый вид);
• свободные - располагаются в цитозоле.

Гладкая ЭПС образуется после освобождения от рибосом. В растительных клетках гладкая ЭПС формирует провакуоли, из которых затем образуются вакуоли.

Рис. 1. Расположение рибосом в клетке.

Рибосомы - немембранные органеллы, имеющие округлую форму и состоящие из двух частей - субъединиц (большой и малой), каждая из которых представляет собой смесь рибосомальной РНК (рРНК) и белков. С химической точки зрения рибосома - нуклеопротеид, состоящий из нуклеиновых кислот и протеинов.

Рис. 2. Строение рибосом.

Связанные и свободные рибосомы называются цитоплазматическими рибосомами. Также существуют собственные рибосомы митохондрий и пластид. Они отличаются меньшим количеством белков и рРНК.

Различают четыре разновидности молекул РНК рибосомы:

ТОП-3 статьи которые читают вместе с этой

• 18S-РНК - содержит 1900 нуклеотидов;
• 5S-РНК - содержит 120 нуклеотидов;
• 5,8S-РНК - состоит из 160 нуклеотидов;
• 28S-РНК - состоит из 4800 нуклеотидов.

Малая частица рибосомы образована 30-35 белками и 18S-РНК. В большую субчастицу входит 45-50 белков и 5S-, 5,8S-, 28S-РНК.

В нерабочем состоянии части рибосом разъединены. Они соединяются с помощью информационной (матричной) РНК, обхватывая её с двух сторон. При синтезе белка рибосомы объединяются, образуя комплексы - полисомы или полирибосомы, связанные мРНК и напоминающие бусины на нитке.

Рибосомы прокариот меньше, чем эукариот. Диаметр рибосом клетки человека, животных, растений и грибов - 25-30 нм, бактерий - 15-20 нм.

Синтез белка

Главная функция рРНК - синтез белка и аминокислот.
Биосинтез белков включает два процесса:

• транскрипцию;
• трансляцию.

Транскрипция происходит с участием ДНК. Генетическую информацию считывает фермент РНК-полимераза, образуя мРНК. Далее начинается процесс трансляции, происходящий на рибосомах.
Этот процесс разделяется на три этапа:

• инициацию - начало синтеза;
• элонгацию - биосинтез;
• терминацию - завершение синтеза, отделение рибосомы.

При инициации происходит сборка рибосомы. Контактные части субъединиц называются активными центрами, между которыми располагается :

• мРНК в качестве «шаблона» синтеза;
• тРНК, осуществляющая перенос аминокислот на синтезируемую цепь;
• синтезируемый пептид, состоящий из аминокислот.

В процессе элонгации происходит удлинение полипептидной цепи за счёт присоединения аминокислот. Цепь отсоединяется от рибосомы на стадии терминации благодаря стоп-кодону - единицы генетического кода, шифрующего прекращение синтеза белка.

Рис. 3. Общая схема синтеза белка на рибосоме.

Биосинтез требует энергетических затрат. При присоединении одной аминокислоты расходуется по две молекулы АТФ (аденозинтрифосфата) и ГТФ (гуанозинтрифосфата). Кроме того, ГТФ тратится на процессы инициации и терминации.

Что мы узнали?

Из урока 9 класса кратко узнали о строении и функции рибосомы. Это важные органоиды клетки, осуществляющие биосинтез белка путём считывания информации с мРНК. Рибосомы образованы двумя частями (большой и малой), каждая из которых состоит из рибонуклеиновой кислоты и белков.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.6 . Всего получено оценок: 110.

Каждая клетка любого организма имеет сложную структуру, включающую в себя множество компонентов.

Вкратце о строении клетки

Она состоит из мембраны, цитоплазмы, органоидов, которые в них расположены, а также ядра (кроме прокариотов), в котором находятся молекулы ДНК. Кроме того, над мембраной имеется дополнительная защитная структура. В животных клетках во всех остальных - У растений она состоит из целлюлозы, у грибов - из хитина, у бактерий - из муреина. Мембрана состоит из трех слоев: двух фосфолипидных и белкового между ними.

В ней есть поры, благодаря которым осуществляется перенос веществ внутрь и наружу. Возле каждой поры расположены специальные транспортные белки, которые пропускают в клетку только определенные вещества. Органоидами животной клетки являются:

Рибосома - это что?

Раз уж мы говорим о ней в данной статье, то вполне логично задать такой вопрос. Рибосома - это органоид, который может быть расположен на внешней стороне стенок комплекса Гольджи. Нужно уточнить еще, что рибосома - это органоид, который содержится в клетке в очень больших количествах. В одной может находиться до десяти тысяч.

Где находятся данные органоиды?

Итак, как уже говорилось, рибосома - это структура, которая находится на стенках комплекса Гольджи. Также она может свободно передвигаться по цитоплазме. Третий вариант, где может располагаться рибосома - мембрана клетки. И те органоиды, которые находятся в этом месте, практически не покидают его и являются стационарными.

Рибосома - строение

Как же выглядит данная органелла? Она похожа на телефон с трубкой. Рибосома эукариот и прокариот состоит из двух частей, одна из которых больше, другая - меньше. Но эти две ее составляющие не соединяются вместе, когда она находится в спокойном состоянии. Это происходит только тогда, когда рибосома клетки непосредственно начинает выполнять свои функции. О функциях мы поговорим позже. Рибосома, строение которой описывается в статье, также имеет в своем составе информационную РНК и Данные вещества необходимы для того, чтобы записывать на них информацию о нужных клетке белках. Рибосома, строение которой мы рассматриваем, не имеет собственной мембраны. Ее субъединицы (так называются две ее половины) ничем не защищены.

Какие функции выполняет в клетке данный органоид?

То, за что отвечает рибосома, - синтез белка. Он происходит на основе информации, которая записана на так называемой матричной РНК (рибонуклеиновой кислоте). Рибосома, строение которой мы рассмотрели выше, объединяет свои две субъединицы только на время синтеза белка - процесса под названием трансляция. Во время данной процедуры синтезируемая полипептидная цепь находится между двумя субъединицами рибосомы.

Где они формируются?

Рибосома - органоид, который создается ядрышком. Данная процедура происходит в десять этапов, на протяжении которых постепенно формируются белки малой и большой субъединиц.

Каким образом происходит формирование белков?

Биосинтез белков происходит в несколько этапов. Первый из них - это активация аминокислот. Всего их существует двадцать, при комбинировании их разными методами можно получить миллиарды различных белков. На протяжении данного этапа из аминокислот формируется аминоалиц-т-РНК. Данная процедура невозможна без участия АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты). Также для осуществления этого процесса необходимы катионы магния.

Второй этап - полипептидной цепи, или процесс объединения двух субъединиц рибосомы и поставка к ней необходимых аминокислот. В данном процессе также принимают участие ионы магния и ГТФ (гуанозинтрифосфат). Третий этап называется элонгацией. Это непосредственно синтез полипептидной цепи. Происходит методом трансляции. Терминация - следующий этап - это процесс распада рибосомы на отдельные субъединицы и постепенное прекращение синтеза полипептидной цепочки. Далее идет последний этап - пятый - На этой стадии из простой цепи аминокислот формируются сложные структуры, которые уже и представляют собой готовые белки. В данном процессе участвуют специфические ферменты, а также кофакторы.

Структура белка

Так как рибосома, строение и функции которой мы разобрали в этой статье, отвечает за синтез белков, то давайте рассмотрим подробнее их структуру. Она бывает первичной, вторичной, третичной и четвертичной. - это определенная последовательность, в которой располагаются аминокислоты, формирующие данное органическое соединение. представляет собой сформированные из полипептидных цепочек альфа-спирали и бета-складки. Третичная структура белка предусматривает определенную комбинацию альфа-спиралей и бета-складок. Четвертичная же структура заключается в формировании единого макромолекулярного образования. То есть комбинации альфа-спиралей и бета-структур формируют глобулы либо фибриллы. По этому принципу можно выделить два типа белков - фибриллярные и глобулярные.

К первым относятся такие, как актин и миозин, из которых сформированы мышцы. Примерами вторых могут служить гемоглобин, иммуноглобулин и другие. напоминают собой нить, волокно. Глобулярные больше похожи на клубок сплетенных между собой альфа-спиралей и бета-складок.

Что такое денатурация?

Каждый наверняка слышал это слово. Денатурация - это процесс разрушения структуры белка - сначала четвертичной, затем третичной, а после - и вторичной. В некоторых случаях происходит и ликвидация первичной структуры белка. Данный процесс может происходить вследствие воздействия на данное органическое вещество высокой температуры. Так, денатурацию белка можно наблюдать при варке куриных яиц. В большинстве случаев этот процесс необратим. Так, при температуре выше сорока двух градусов начинается денатурация гемоглобина, поэтому сильная гипертермия опасна для жизни. Денатурацию белков до отдельных нуклеиновых кислот можно наблюдать в процессе пищеварения, когда с помощью ферментов организм расщепляет сложные органические соединения на более простые.

Вывод

Роль рибосом очень сложно переоценить. Именно они являются основой существования клетки. Благодаря данным органоидам она может создавать белки, которые ей необходимы для самых разнообразных функций. формирующиеся рибосомами, могут играть защитную роль, транспортную, роль катализатора, строительного материала для клетки, ферментативную, регуляторную (многие гормоны имеют белковую структуру). Поэтому можно сделать вывод, что рибосомы выполняют одну из самых важных функций в клетке. Поэтому их и так много - клетке всегда нужны продукты, синтезируемые данными органоидами.

История изучения строения рибосом насчитывает более полувека со времени их открытия, и краткое описание методов, использованных для этого, представляет отдельный интерес, поскольку эти методы используются или могут быть использованы для изучения не только рибосом, но и других сложных надмолекулярных комплексов.

Итак, к 1940 г. Альберт Клод (США) сумел выделить из эукариотических клеток цитоплазматические РНК-содержащие гранулы, гораздо меньшие, чем митохондрии и лизосомы (от 50 до 200 мкм в диаметре); позже он назвал их микросомами. Результаты химических анализов показали, что микросомы Клода были рибонуклеопротеидными комплексами. В дополнение к этому, цитохимические работы Т. Касперсона (Швеция) и Ж.Браше (Бельгия) продемонстрировали, что чем интенсивнее идет белковый синтез, тем больше обнаруживается РНК в цитоплазме.

В дальнейшем, некоторым исследователям удавалось выделять из клеток бактерий, животных и растений частицы, ещё более мелкие, чем микросомы. Электронная микроскопия и седиментационный анализ в ультрацентрифуге указывали, что частицы компактны, более или менее сферичны и гомогенны по размеру, имея диаметр 100-200 Ȧ (ангстрем) и обнаруживая резкие седиментационные границы с коэффициентами седиментации от 30-40S до 80-90S (S-коэффициент седиментации , или константа Сведберга, - отражает скорость осаждения каких-либо молекулярных комплексов при скоростном ультрацентрифугировании и зависит от молекулярного веса частиц и их плотности – компактности ). Пожалуй, первое ясное свидетельство, что такие частицы бактерий являются рибонуклеопротеидами было получено Г.К. Шахманом, А.Б. Парди и Р. Станиером (США) в 1952 г.

Улучшенная техника микротомии и электронной микроскопии ультратонких срезов животных клеток привела к выявлению однородных плотных гранул с диаметром около 150 Ȧ непосредственно в клетке. Электронно-микроскопические исследования Дж. Паладе (США) , проведенные в 1953-1955 гг., показали, что маленькие плотные гранулы в изобилии содержатся в цитоплазме животных клеток. Они видны либо присоединенными к мембране эндоплазматического ретикулума, либо свободно рассеяны в цитоплазме. Микросомы Клода оказались фрагментами эндоплазматического ретикулума с сидящими на них гранулами. Выяснилось, что эти «гранулы Паладе» являются рибонуклеопротеидными частицами и что они представляют основную массу цитоплазматической РНК, обеспечивающей белковый синтез.

Исследования функциональной роли рибосом шли параллельно с их обнаружением и структурным описанием. Первой убедительной демонстрацией того, что именно рибонуклеопротеидные частицы микросом ответственны за включение аминокислот в новосинтезированный белок, были эксперименты П. Замечника с сотрудниками (США), опубликованные в 1955 г. За этим последовали эксперименты из этой же лаборатории, показавшие, что свободные рибосомы не прикрепленные к мембранам эндоплазматического ретикулума, также включают аминокислоты и синтезируют белок, освобождающийся затем в растворимую фазу. Функции бактериальных рибосом были предметом интенсивных исследований группы Р.Б. Робертса (США); публикация К. МакКиллена, Р.Б. Робертса и Р.Дж. Бриттена в 1959 г. окончательно установила, что белки синтезируются в рибосомах и затем распределяются по другим частям бактериальной клетки.

Слышали ли вы о клеточном разуме? Это довольно смелая научная гипотеза утверждает, что организация элементарной единицы жизни - клетки - подчиняется разумным логическим программам. Они похожи на управление человеческого организма сложнейшим органом - мозгом. Все органеллы клетки не только имеют филигранное, логически объяснимое строение, но и способны выполнять уникальные задачи. Они обеспечивают все процессы жизнедеятельности клеточной биосистемы: ее питание, рост, деление и т. д. В нашей статье мы рассмотрим такие органеллы клетки, как рибосомы. Функции их заключаются в синтезе главных органических соединений клетки - белков.

Мал, да удал

Эта народная поговорка как нельзя лучше подходит к клеточному органоиду - рибосоме. Открытая в 1953 году, она считается мельчайшей клеточной структурой, да вдобавок не имеющей мембран. То, что рибосомы так важны, можно доказать следующим простым фактом. Все без исключения клетки: животных, растений, грибов и даже безъядерных организмов - содержат огромное количество рибосом. Синтез белков, осуществляемый ими, обеспечивает клетку белками, выполняющими в ней строительную, защитную, каталитическую, сигнальную и многие другие функции.

Размеры одной органеллы не превышают 20 нм, диаметр составляет около 15 нм, а ее форма напоминает сферическую игрушку - матрешку. Каждая субъединица формируется внутри клеточного ядра, содержащего ядрышко. Это место синтеза частиц рибосомы. Остановимся на строении белоксинтезирующего аппарата клетки подробнее.

Что внутри

В состав рибосом входят две субъединицы, называемые большой и малой. Каждая из них содержит особые белки, связанные с молекулами Субъединицы органоида, как два пазла, сливаются в момент синтеза белков, а по его завершении разъединяются, оставаясь по отдельности в цитоплазме клетки.

Как было сказано ранее, в состав рибосом входит РНК. Большая субъединица органеллы имеет три молекулы нуклеиновой кислоты, соединенной с 35 молекулами пептидов, одна молекула РНК малой частицы связана с 20 белковыми компонентами. Ранее мы упоминали тот факт, что количество рибосом велико. Оно прямо пропорционально интенсивности процессов биосинтеза белков, протекающих в клетке. Так, у человека и большинства позвоночных наибольшее скопление органоидов наблюдается в клетках красного костного мозга и гепатоцитах - структурных единицах печени.

Протеины органеллы неоднородны по своему аминокислотному составу, поэтому каждая белковая молекула строго связывается только с определенным участком рибосомной рибонуклеиновой кислоты. Молекула РНК, образовавшаяся в ядрышке, соединяется с протеидами, находящимися в третичной конфигурации, многочисленными ковалентными связями. Здесь же, в ядрышке происходит формирование субъединиц органоида. Таким образом, в состав рибосом входят два вида полимеров, а именно белки и рибонуклеиновая кислота. Подготавливаясь к биосинтезу, рибосомы соединяются с одной молекулой информационной рибонуклеиновой кислоты, что приводит к образованию комплексной структуры - полисомы.

Количество органелл, сидящих на цепи РНК, будет соответствовать количеству одинаковых по своему аминокислотному составу молекул белка.

Трансляция

Синтетические процессы, приводящие к образованию конечного продукта - белка - входят в группу реакций ассимиляции и называются трансляцией. Какую же роль в ней играют рибосомы? Начало биосинтеза характеризуется тем, что осуществляется инициация - соединение информационной рибонуклеиновой кислоты с малой субъединицей органоида. В клеточной цитоплазме на один из конечных участков прикрепляется рибосома, что является сигналом к процессу биосинтеза. Следующая стадия, элонгация, заключается во взаимодействии рибосомы с первыми двумя частицами РНК, называемыми транспортными. Они, подобно грузовым такси, доставляют аминокислоты к органелле, которая затем передвигается вдоль полинуклеотидной цепи.

Одновременно идет связывание аминокислот между собой с помощью пептидных связей, приводящее к наращиванию белковой молекулы. Заключительная стадия - терминация, заключается в том, что по ходу движения органеллы по и-РНК ей встречается стоп-кодон, например, УАА, УГА или УАГ. В участке названных триплетов наблюдается разрыв ковалентных связей между белком и последней т-РНК. Это приводит к освобождению пептида от полисомы. Таким образом, рибосома является ведущим компонентом клетки, обеспечивающим синтез ее белков.

В нашей статье мы выяснили, какие органические полимеры входят в состав рибосом, а также определили их роль в жизнедеятельности клетки.