Рибосома

Состав и структура рибосомы

Рибосома — микроскопические немембранные органоиды в клетках живых организмов, осуществляющие биосинтез белка. Рибосомы обнаружены в клетках представителей всех царств живых организмов: бактерий, растений, животных и грибов. Каждая клетка содержит от тысячи до десятков тысяч рибосом.

Органоиды имеют сферическую форму и состоят из двух субъединиц — большой и малой.

Состав и структура рибосом

Рибосома является сложным пространственно организованным рибонуклепротеидным комплексом. Состоит комплекс из рибосомальной РНК и белков. Соотношение рРНК и белков составляет у высших животных 50:50, а у бактерий 65:35. Каждая рибосома состоит из малой и большой субъединиц. По отдельности субъединицы не обладают способностью к биосинтезу протеиновых молекул.

В рибосоме содержится несколько видов молекул рРНК. Молекулы рРНК у эукариот и прокариот гомологичны, то есть схожи между собой, однако имеются и некоторые отличия.

Субчастицы и их комплексы, различаются по размеру и молекулярному весу, относительный размер нуклеопротеидных комплексов, в том числе рибосом определяется коэффициентом седиментации. Он рассчитывается по скорости оседания частицы при центрифугировании в градиенте концентрации сахарозы. Чем крупнее частица, тем быстрее она оседает и, соответственно, больше её коэффициент седиментации. Скорость седиментации измеряют в относительных единицах, называемых Сведберг, по имени учёного, разработавшего метод. Так, коэффициент седиментации полной эукариотической рибосомы составляет около 80 единиц Сведберга (80S), а коэффициент седиментации ее субчастиц составляет 40S и 60S (зависимость константы седиментации от размера частицы не линейна). Рибосомы прокариот имеют аналогичную структуру, но они несколько мельче, чем эукариотические (коэффициенты седиментации полной рибосомы 70S, а субчастиц — 30S и 50S). Рибосомы митохондрий и хлоропластов близки к прокариотическим.

Рибосомы прокариот содержат молекулы рибосомальной РНК трёх видов: 5S, 16S и 23S РНК. 16S рРНК расположена в малой субъединице рибосом и служит для прикрепления информационной РНК на рибосому для запуска процесса трансляции. Информационная РНК прокариот имеет особую последовательность, называемую последовательностью Шайна-Дальгарно, необходимую для связывания рибосомы и информационной РНК.

В большой субъединице у прокариот содержатся два вида рРНК — 23S и 5S рРНК. При этом 23S рРНК ответственна за катализ образования пептидной связи.

Рибосомы эукариотических организмов имеют 4 вида рРНК: 5S, 5.8S,18S и 28S РНК. Малая субъединица содержит 18S рРНК, которая гомологична 16S рРНК прокариот. В ней отсутствует последовательность Шайна-Дальгарно, и 18S рРНК напрямую связывается с иРНК. Большая субъединица имеет в своём составе три молекулы рРНК. 5S рРНК гомологичная рРНК прокариотических организмов. 5.8S и 28S РНК гомологичны 23S рРНК прокариот.

Функции рибосом

Реализация процесса биосинтеза белка на информационной РНК

Основной функцией рибосом является процесс биосинтеза белков в клетке.

Внутри рибосомы осуществляется связывание и удержание сложной многокомпонентной каталитической системы, необходимой для биосинтеза белка, в её состав входят: информационная, или матричная, РНК (иРНК), аминоацил-тРНК, пептидил-тРНК, гуанозинтрифосфат (ГТФ), белковые факторы трансляции EF — Т и EF — G.

Рибосомы выполняют каталитическую функцию, осуществляя образование пептидной связи и гидролиза ГТФ, а также обеспечивают механическое перемещение иРНК и тРНК при транслокации. Малая рибосомная субчастица содержит участки для связывания иРНК и аминоацил-тРНК и не несёт непосредственных каталитических функций. Большая субчастица содержит каталитический участок для синтеза пептидной связи, а также центр, участвующий в гидролизе ГТФ. При этом, основную каталитическую функцию в рибосомах несут не протеины (как это имеет место обычно в большинстве биологических систем), а непосредственно рРНК, обладающая специфической каталитической активностью.

Разнообразие рибосом

Микроскопические рибосомы в клетках эукариот могут свободно плавать в цитоплазме или находится в комплексе с гранулярной эндоплазматический сетью, а также отдельно существовать в митохондриях и пластидах.

Рибосомы в цитоплазме и на поверхности гранулярной эндоплазматической сети осуществляют процесс трансляции. На этих рибосомах обычно синтезируются белки, необходимые для работы внутри клетки. Большинство рибосом объединяются в полисомы.

Рибосомы гранулярной эндоплазматической сети транслируют белки наеапливающиеся внутри её пространства. В дальнейшем эти белки отправятся на строительство мембран. Рибосомы ЭПС работают так же, как и цитоплазматические рибосомы: они связываются с иРНК и начинают транслировать те или иные протеины. Локализация рибосом на мембране ретикулума облегчает ряд посттрансляционных процедур, в частности гликозилирование и др.

Рибосомы в митохондриях имеют более мелкие размеры и как и сами эти органоиды являются по происхождению прокариотическими.

Полисома

Совокупность нескольких рибосом, которые одновременно транслирует одну молекулу информационной ДНК. Полисомы обычно располагаются на поверхности мембран гранулярной (шероховатой) эндоплазматической сети (ЭПС), образуя цепочки или спирали. Образование и количество рибосом в полисоме зависит от скорости инициации, элонгации и терминации на данной конкретной мРНК. Организация рибосом в полисомы многократно ускоряет процесс трансляции протеинов позволяя быстро производить множество копий молекул белка с одной матрицы иРНК.