Само название «Рибосома» говорит о функции этой органеллы — «рибо» — от рибонуклеиновой кислоты (РНК), «сома» — тело.
Рибосомы клетки — это органойды, функция которых — синтез белка .
Поэтому в животных клетках их тысячи. Они могут быть расположены на ЭПС (такой ретикулум называют гранулярным, шероховатым) , могут свободно находиться в цитоплазме.
Соответственно, рибосомы есть в клетках животных — в большом количестве, есть в клетках бактерий, в меньшем — в клетках грибов и очень мало рибосом в клетках растений:
| Тип клетки | Бактерии | Растения | Животные | Грибы |
| Рибосомы | + | + но в небольшом количестве | + | + |
Получается, что рибосомы входят в состав абсолютно любой клетки. Почему? Потому что жизнь на земле — белковая, белки — неотъемлимая составляющая любого живого организма, только в животных клетках их больше, а в других — меньше.
Строение рибосомы
- Формируются в ядрышке клетки; есть так же специальные рибосомы в митохондриях; в растительных клетках «спец-рибосомы» находятся в хлоропластах;
- Состоят из РНК (50%) и белка (50%) ;
- Рибосомы клетки — маленькие органойды сферической или овальной формы;
- Размер — 20 нм (это самые мелкие органойды в клетке);
- Состоят из двух субъединиц — большой и малой. Эти части могут разъединяться и так же свободно соединяться.
Функции рибосом
Как уже упоминалось, основная и единственная функция рибосом — биосинтез белка, или Трансляция .
Трансляция — синтез белка рибосомой на основе информации, записанной в матричной РНК
Этапы биосинтеза белка:
- мРНК подходит и связывается с малой субъединицей рибосомы — это инициация — узнавание рибосомой стартового кодона и начало синтеза;
- Большая и малая субъединицы объединяются и начинает двигаться по цепи РНК, «считывая» кодоны один за другим. «Считывание» происходит с помощью специальных «адаптеров» — молекул т-РНК — ее основная роль в этом процессе — доставка нужных аминокислот к месту синтеза;
По сути, т-РНК служат клеточными «переводчиками» с нуклеотидного «языка» на аминокислотный.
К одной молекуле РНК может присоединиться несколько рибосом. Получается такая «ниточка с бусинами». Т.о. одновреенно могут синтезироваться несколько белковых молекул. Такие «бусы» называются Полирибосомы («поли» — много).
Рибосомы клетки — удивительные органеллы. Они на столько четко справляются со своей работой, что мы и не замечаем, а ведь биосинтез белка идет непрерывно.
В каких тканях рибосом больше
Рибосомы — это очень мелкие органеллы (диаметром около 20 нм). Число рибосом в цитоплазме живых клеток весьма велико как у прокариот, так и у эукариот. В обычной бактериальной клетке содержится до 10 000 рибосом, а в эукариотических клетках число их во много раз больше. Рибосомы служат местом синтеза белка.
Каждая рибосома состоит из двух субчастиц, как это можно видеть на рисунке. Из-за мелких размеров рибосомы при дифференциальном центрифугировании седиментируют последними среди всех других органелл: рибосомную фракцию можно получить лишь после центрифугирования при 100 000 g в течение 1—2 ч. Опыты по седиментации выявили существование двух главных типов рибосом, которые были названы 70S- и 80S-рибосомами1. 70S-рибосомы обнаруживаются у прокариот, а несколько более крупные 80S-рибосомы — в цитоплазме эукариотических клеток. Интересно отметить, что в хлоропластах и митохондриях содержатся 70S-pn6ocoMbi, что указывает на какое-то родство этих эукариотических органелл с прокариотами.
Рибосомы состоят из примерно равных (по массе) количеств РНК и белка. Входящая в их состав РНК, называемая рибосомной РНК (рРНК), синтезируется в ядрышке. Распределение в рибосоме белковых молекул и молекул РНК показано на рисунке. Вместе те и другие молекулы образуют сложную трехмерную структуру.
Во время синтеза белка на рибосомах аминокислоты последовательно соединяются друг с другом, формируя полипептидную цепь. Подробно этот процесс описан в статьях. 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 клеточного ядра, транспортная РНК (тРНК), доставляющая к рибосоме требуемые аминокислоты, и растущая полипептидная цепь. Кроме того, в этом процессе участвуют факторы инициации, элонгации и терминации цепи. Весь процесс в целом настолько сложен, что без рибосомы он не мог бы идти эффективно (или не шел бы вообще).
В эукариотических клетках отчетливо видны две популяции рибосом — свободные рибосомы и рибосомы, присоединенные к ЭР. Строение тех и других идентично, но часть рибосом связана с ЭР через белки, которые они синтезируют. Такие белки обычно секретируют-ся. 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 ЭР полисомы обнаруживаются в виде характерных завитков.
Аппарат Гольджи
Структуру, известную теперь как аппарат Гольджи, впервые обнаружил в клетках в 1898 г. Камилло Гольджи (Camillo Golgi), применивший в своих наблюдениях особую методику окрашивания. Однако подробно исследовать ее удалось только с помощью электронного микроскопа. Аппарат Гольджи содержится почти во всех эукариотических клетках и представляет собой стопку уплощенных мембранных мешочков, так называемых цистерн, и связанную с ними систему пузырьков, называемых пузырьками Гольджи. Трехмерную структуру аппарата Гольджи трудно выявить при изучении ультратонких срезов, однако предполагают, что вокруг центральной стопки формируется сложная система взаимосвязанных трубочек.
На одном конце стопки постоянно образуются новые цистерны путем слияния пузырьков, отпочковывающихся от агранулярного ЭР. Эта «наружная», или формирующаяся сторона стопки выпуклая, тогда как другая, «внутренняя», где завершается созревание и где цистерны вновь распадаются на пузырьки, имеет вогнутую форму. Стопка состоит из многих цистерн, которые постепенно перемещаются от наружной стороны к внутренней.
Функцию аппарата Гольджи составляют транспорт веществ и химическая модификация поступающих в него клеточных продуктов. Функция эта особенно важна в секреторных клетках, хорошим примером которых могут служить ацинарные клетки поджелудочной железы. Эти клетки секретируют пищеварительные ферменты панкреатического сока в выводной проток железы, по которому они поступают в двенадцатиперстную кишку. На рисунке, А представлена электронная микрофотография такой клетки, а на рисунке схема упомянутого секреторного пути.
Отдельные этапы этого пути выявляют при помощи радиоактивно меченных аминокислот.
Из аминокислот в клетке строятся белки. Используя меченые аминокислоты, можно проследить их включение в белки и передвижение по различным клеточным органеллам. Для этого образцы ткани гомогенизируют через разные промежутки времени после введения аминокислот, разделяют клеточные органеллы центрифугированием и определяют, в каких органеллах наблюдается наивысшая радиоактивность. После концентрирования в аппарате Гольджи белок в пузырьках Гольджи транспортируется к плазматической мембране. Конечным этапом является секреция неактивного фермента посредством процесса, обратного пиноцитозу. Пищеварительные ферменты, выделяемые поджелудочной железой, синтезируются в неактивной форме, чтобы они не могли разрушать клетки, в которых они образуются. Примером может служить трипсиноген, превращающийся в активный трипсин в двенадцатиперстной кишке.
Обычно у белков, поступающих в аппарат Гольджи из ЭР, имеются короткие олигосахаридные цепи, т. е. они представляют собой гликопротеины. Такие углеводные «антенны» могут претерпевать в аппарате Гольджи модификацию, превращающую их в маркеры, с помощью которых белок направляется строго по своему назначению. Однако, каким образом аппарат Гольджи сортирует и распределяет молекулы, в точности не известно.
Иногда аппарат Гольджи участвует в секреции углеводов, например при синтезе материала клеточных стенок у растений. Рисунок свидетельствует об усиленной его активности в области «клеточной пластинки», т. е. в той области, где после деления ядра между двумя только что образовавшимися дочерними ядрами закладывается новая клеточная стенка.
Пузырьки Гольджи направляются к нужному месту на клеточной пластинке при помощи микротрубочек. Мембраны этих пузырьков становятся частью плазматических мембран дочерних клеток, а их содержимое используется для построения срединной пластинки и новых клеточных стенок. Целлюлоза поставляется отдельно, но не через аппарат Гольджи а с помощью микротрубочек.
Два рассмотренных нами примера — секреция ферментов клетками поджелудочной железы и образование новых клеточных стенок в делящихся растительных клетках — показывают, каким образом многие клеточные органеллы могут объединяться для выполнения какой-либо одной функции.
Аппаратом Гольджи секретируется гликопротеин муцин, в растворе образующий слизь. Он выделяется бокаловидными клетками, находящимися в толще эпителия слизистой оболочки кишечника и дыхательных путей. В железах листьев некоторых насекомоядных растений, например росянки, аппарат Гольджи секретиру-ет клейкую слизь и ферменты, с помощью которых эти растения ловят и переваривают добычу. Во многих клетках аппарат Гольджи участвует в секреции слизи, воска, камеди и растительного клея.
Помимо секреции различных веществ аппарат Гольджи выполняет и еще одну важную функцию — в нем формируются лизосомы, к описанию которых мы теперь перейдем.
Характеристика рибосом, типы, структура, функции
рибосомы они являются наиболее распространенными клеточными органеллами и участвуют в синтезе белков. Они не окружены мембраной и образованы двумя типами субъединиц: большой и малой, как правило, большая субъединица почти вдвое меньше.
Прокариотическая линия имеет 70S рибосомы, состоящие из большой 50S субъединицы и небольшой 30S. Аналогично, рибосомы эукариотической линии состоят из большой субъединицы 60S и маленькой 40S субъединицы..
Рибосома является аналогом фабрики в движении, способной считывать РНК-мессенджер, переводить ее в аминокислоты и связывать их пептидными связями..
Рибосомы эквивалентны почти 10% от общего количества бактерий и более 80% от общего количества РНК. В случае эукариот их не так много по сравнению с другими белками, но их количество больше..
В 1950 году исследователь Джордж Паладе впервые визуализировал рибосомы, и это открытие было удостоено Нобелевской премии по физиологии и медицине..
- 1 Общая характеристика
- 2 Структура
- 3 типа
- 3.1 Рибосомы у прокариот
- 3.2 Рибосомы у эукариот
- 3.3 Рибосомы в Аркеасе
- 3.4 Коэффициент седиментации
- 4.1 Трансляция белков
- 4.2 Передача РНК
- 4.3 Химические стадии синтеза белка
- 4.4 Рибосомы и антибиотики
- 5.1 Рибосомные РНК-гены
Общие характеристики
Рибосомы являются важными компонентами всех клеток и связаны с синтезом белка. Они очень маленькие по размеру, поэтому их можно визуализировать только в свете электронного микроскопа..
Рибосомы свободны в цитоплазме клетки, они прикреплены к шероховатой эндоплазматической сети — рибосомы дают «морщинистый» вид — и в некоторых органеллах, таких как митохондрии и хлоропласты..
Рибосомы, прикрепленные к мембранам, ответственны за синтез белков, которые будут вставлены в плазматическую мембрану или отправлены наружу клетки..
Свободные рибосомы, которые не связаны с какой-либо структурой в цитоплазме, синтезируют белки, предназначение которых находится внутри клетки. Наконец, рибосомы митохондрий синтезируют белки для митохондриального использования..
Таким же образом несколько рибосом могут соединяться и образовывать «полирибосомы», образуя цепь, связанную с РНК-мессенджером, синтезируя один и тот же белок, многократно и одновременно
Все они состоят из двух подразделений: одно называется большим или большим, а другое маленьким или меньшим.
Некоторые авторы считают, что рибосомы являются не мембранными органеллами, поскольку им не хватает этих липидных структур, хотя другие исследователи сами не считают их органеллами..
структура
Рибосомы представляют собой небольшие клеточные структуры (от 29 до 32 нм, в зависимости от группы организмов), округлые и плотные, состоящие из рибосомальной РНК и белковых молекул, которые связаны друг с другом..
Наиболее изученными являются рибосомы эубактерий, архей и эукариот. В первой линии рибосомы проще и меньше. Эукариотические рибосомы, с другой стороны, являются более сложными и более крупными. У архей рибосомы в некоторых аспектах больше похожи на обе группы.
Рибосомы позвоночных и покрытосеменных (цветковых растений) особенно сложны.
Каждая рибосомная субъединица состоит в основном из рибосомальной РНК и большого разнообразия белков. Большая субъединица может состоять из небольших молекул РНК, в дополнение к рибосомальной РНК.
Белки связаны с рибосомальной РНК в определенных регионах, следуя порядку. В рибосомах можно дифференцировать несколько активных сайтов, таких как каталитические зоны.
Рибосомная РНК имеет решающее значение для клетки, и это можно увидеть в ее последовательности, которая практически не изменилась в ходе эволюции, отражая высокое селективное давление против любых изменений.
тип
Рибосомы у прокариот
Бактерии, как Кишечная палочка, имеют более 15000 рибосом (в пропорциях это эквивалентно почти четверти сухой массы бактериальной клетки).
Рибосомы в бактериях имеют диаметр около 18 нм и состоят из 65% рибосомальной РНК и только 35% белков различных размеров, от 6000 до 75000 кДа..
Большая субъединица называется 50S, а маленькая 30S, которые в совокупности образуют структуру 70S с молекулярной массой 2,5 × 10. 6 кД.
Субъединица 30S вытянута и не симметрична, тогда как 50S толще и короче.
Небольшая субъединица Кишечная палочка он состоит из 16S рибосомальной РНК (1542 основания) и 21 белка, а в большой субъединице — 23S рибосомальной РНК (2904 основания), 5S (1542 основания) и 31 белка. Белки, которые их составляют, являются основными, и их количество варьируется в зависимости от структуры..
Молекулы рибосомальной РНК вместе с белками группируются во вторичной структуре подобно другим типам РНК..
Рибосомы у эукариот
Рибосомы у эукариот (80S) крупнее, с более высоким содержанием РНК и белка. РНК длиннее и называются 18S и 28S. Как и у прокариот, в составе рибосом доминирует рибосомная РНК.
У этих организмов рибосома имеет молекулярную массу 4,2 × 10. 6 кДа, и он разбит на 40S и 60S субъединицу.
Субъединица 40S содержит одну молекулу РНК, 18S (1874 основания) и около 33 белков. Аналогично, субъединица 60S содержит 28S РНК (4718 оснований), 5,8S (160 оснований) и 5S (120 оснований). Кроме того, он состоит из основных белков и кислотных белков..
Рибосомы в Аркеасе
Археи представляют собой группу микроскопических организмов, которые напоминают бактерии, но они отличаются по многим характеристикам, которые составляют отдельный домен. Они живут в разных условиях и способны колонизировать экстремальные условия.
Типы рибосом, обнаруженные у архей, сходны с рибосомами эукариотических организмов, хотя они также имеют определенные характеристики бактериальных рибосом..
Он имеет три типа молекул рибосомальной РНК: 16S, 23S и 5S, связанные с 50 или 70 белками, в зависимости от вида исследования. По размеру рибосомы архей ближе к бактериальным (70S с двумя субъединицами 30S и 50S), но по своей первичной структуре они ближе к эукариотам.
Поскольку археи обычно обитают в средах с высокими температурами и высокими концентрациями соли, их рибосомы обладают высокой устойчивостью.
Коэффициент седиментации
S или Svedbergs, относится к коэффициенту оседания частиц. Выражает связь между постоянной скоростью седиментации между приложенным ускорением. Эта мера имеет временные измерения.
Обратите внимание, что Сведберги не являются добавками, так как они учитывают массу и форму частицы. По этой причине в бактериях рибосома, состоящая из субъединиц 50S и 30S, не добавляет 80S, а также субъединицы 40S и 60S не образуют рибосому 90S..
функции
Рибосомы отвечают за процесс синтеза белков в клетках всех организмов, являясь универсальным биологическим механизмом..
Рибосомы — вместе с РНК-переносчиком и РНК-мессенджером — способны декодировать сообщение ДНК и интерпретировать его в последовательности аминокислот, которые образуют все белки организма, в процессе, называемом трансляцией..
В свете биологии, перевод слова относится к изменению «языка» от нуклеотидных триплетов к аминокислотам..
Эти структуры являются центральной частью трансляции, где происходит большинство реакций, таких как образование пептидных связей и высвобождение нового белка.
Трансляция белков
Процесс образования белка начинается со связывания между РНК-мессенджером и рибосомой. Посланник движется через эту структуру в определенном конце, называемом «кодон начала цепи».
Когда РНК-мессенджер проходит через рибосому, образуется молекула белка, потому что рибосома способна интерпретировать сообщение, закодированное в мессенджере..
Это сообщение закодировано в триплетах нуклеотидов, в которых каждые три основания указывают определенную аминокислоту. Например, если РНК-мессенджер несет последовательность: AUG AUU CUU UUG GCU, образованный пептид состоит из аминокислот: метионина, изолейцина, лейцина, лейцина и аланина..
Этот пример демонстрирует «вырождение» генетического кода, поскольку более одного кодона — в данном случае CUU и UUG — кодируют аминокислоту одного типа. Когда рибосома обнаруживает стоп-кодон в РНК-мессенджере, трансляция заканчивается.
Рибосома имеет сайт A и сайт P. Сайт P связывает пептидил-тРНК, а в сайт A он входит в аминоацил-тРНК..
Передача РНК
Передающие РНК ответственны за транспортировку аминокислот к рибосоме и имеют последовательность, комплементарную триплету. Для каждой из 20 аминокислот, из которых состоят белки, существует транспортная РНК..
Химические стадии синтеза белка
Процесс начинается с активации каждой аминокислоты связыванием АТФ в комплексе аденозинмонофосфата, высвобождая высокоэнергетические фосфаты..
На предыдущем этапе получается аминокислота с избыточной энергией, и происходит связывание с соответствующей ей РНК-переносчиком с образованием комплекса аминокислота-тРНК. Здесь происходит высвобождение аденозинмонофосфата.
В рибосоме трансферная РНК находит РНК-мессенджер. На этом этапе последовательность переносящей или антикодонной РНК гибридизуется с кодоном или триплетом РНК-мессенджера. Это приводит к выравниванию аминокислоты с ее правильной последовательностью.
Фермент пептидилтрансфераза ответственен за катализ образования пептидных связей, которые связывают аминокислоты. Этот процесс потребляет большое количество энергии, так как он требует образования четырех высокоэнергетических связей для каждой аминокислоты, которая связывается с цепью.
Реакция удаляет гидроксильный радикал на СООН-конце аминокислоты и удаляет водород на NH-конце2 другой аминокислоты. Реактивные области двух аминокислот связывают и создают пептидную связь.
Рибосомы и антибиотики
Поскольку синтез белка является обязательным событием для бактерий, определенные антибиотики нацелены на рибосомы и различные стадии процесса трансляции..
Например, стрептомицин связывается с небольшой субъединицей, чтобы вмешиваться в процесс трансляции, вызывая ошибки при чтении РНК-мессенджера..
Другие антибиотики, такие как неомицины и гентамицины, также могут вызывать ошибки трансляции, связанные с небольшой субъединицей..
Синтез рибосом
Весь клеточный механизм, необходимый для синтеза рибосом, находится в ядрышке, плотной области ядра, которая не окружена мембранными структурами..
Ядрышко представляет собой вариабельную структуру, зависящую от типа клеток: оно крупное и заметное в клетках с высокими потребностями в белке и является практически незаметной областью в клетках, которые синтезируют небольшое количество белков.
Процессинг рибосомальной РНК происходит в этой области, где она связана с рибосомными белками и дает продукты гранулярной конденсации, которые являются незрелыми субъединицами, которые образовали функциональные рибосомы..
Субъединицы транспортируются вне ядра — через ядерные поры — в цитоплазму, где они собираются в зрелые рибосомы, которые могут начать синтез белка.
Гены рибосомальной РНК
У людей гены, кодирующие рибосомные РНК, обнаружены в пяти парах специфических хромосом: 13, 14, 15, 21 и 22. Поскольку клетки требуют большого количества рибосом, гены в этих хромосомах повторяются несколько раз.
Гены ядрышек кодируют рибосомальные РНК 5.8S, 18S и 28S и транскрибируются РНК-полимеразой в транскрипте-предшественнике 45S. 5S рибосомная РНК не синтезируется в ядрышке.
Происхождение и эволюция
Современные рибосомы, должно быть, появились во времена LUCA, последнего универсального общего предка (сокращений на английском языке). последний универсальный общий предок), вероятно, в гипотетическом мире РНК. Предполагается, что трансфер РНК были фундаментальными для эволюции рибосом.
Эта структура может появиться как комплекс с самореплицирующимися функциями, которые впоследствии приобретают функции для синтеза аминокислот. Одной из самых выдающихся характеристик РНК является ее способность катализировать собственную репликацию..