Рибосома: функції та будова

Рибосома, функції якої будуть розглянуті у цій статті, – це частка, яка розташована безпосередньо всередині клітини. Основна функція цієї частки біосинтез білка. Основна, але не єдина.

Першовідкривачем рибосоми прийнято вважати біолога Джорджа Палладе. Своє відкриття він зробив у 1953 році, використовуючи у своїй роботі електронний мікроскоп.

Якщо говорити про внесок російських учених у вивченні рибосоми, варто виділити роботу біохіміка академіка А. З. Спірина.

Зовнішній вигляд рибосоми та її інші особливості

Якщо уважно розглянути клітину на електронних мікрофотографіях, можна побачити невеликі частинки, які у цитоплазмі. Цими частинками є рибосоми.

Назва "рибосома" складається з двох частин. Перша походить від "рибонуклеїнова кислота", а друга в перекладі з грецького "сома" - тіло.

Розмір рибонуклеїнових частинок клітини коливається в межах 15-20 нм, а їх кількість повністю залежить від процесу біосинтезу білка, а саме - його інтенсивності. Як правило, рибосом може бути близько 5000 штук, у деяких випадках – до 90 000. Якщо говорити про масу цієї кількості частинок, вона може доходити до чверті маси самої клітини.

Форма рибосоми більше схожа на сферу, але однозначно констатувати цей факт неможливо. А ось функція рибосом у клітині пов'язана з біосинтезом білка, і це підтверджений факт.

За своєю хімічною природою ці частинки відносяться до нуклеопротеїдів (комбінація нуклеїнових кислот з білком), які складаються з рибонуклеїнової кислоти.

Прокаріотичний тип

Існує два типи рибосоми, будова та функції яких трохи відрізняються один від одного.

Перший тип характерний для клітин бактерій та зелених водоростей, тобто прокаріотів. Її назва - 70S рибосома, функції вона виконує ті самі. Число в назві означає коефіцієнт седиментації (величина, яка визначає розмір і форму макромолекул, а також швидкість осадження певної мікрочастинки, в даному випадку рибосоми, досить сильного гравітаційного поля). Для цього він становить 70 одиниць Сведберга. Дані рибосоми складаються з двох нерівноправних частинок: 30S та 50S. У першій складовій знаходиться одна молекула білка, у другій – дві молекули РНК. Основна функція, яку виконують молекули білка, що входять до складу рибосоми, – структурна.

Еукаріотичний тип

Другий тип рибосом був виявлений в клітинах еукаріотів (рослинні або тваринні організми, у яких в клітинах присутні чітко виражене ядро). Назва цієї субчастки - 80S. Рибосоми, функції яких полягають у синтезі білка цього класу, складаються з рівних частин РНК та білка. Але ті самі дві нерівні субодиниці є й у них (60S і 40S).

Рибосоми: будова та функції

Рибосома складається з двох нерівних субодиниць.

Велика субчастка, у свою чергу, складається з:

• однієї молекули рибосомальної РНК, яка є високополімерною;



• однієї молекули РНК, яка є низькополімерною;



• деякої кількості молекул білка, як правило, їх близько трьох десятків.

Щодо меншої субчастинки, то тут трохи простіше. До її складу входять:

• молекула високополімерної РНК;



• кілька десятків молекул білка, як правило, близько 40 штук (молекули при цьому різноманітні за структурою та формою).

Молекула високополімерної РНК необхідна для того, щоб усі присутні білки з'єднати в одну цілісну рибонуклеопротеїдну складову клітини.

У процесі виконання основної своєї функції, тобто під час синтезу білка, рибосома виконує ряд додаткових:

1. Зв'язка, а також утримання всіх складових так званої білоксинтезуючою системи.



2. Рибосоми виконують каталітичну функцію, яка полягає в утворенні особливого пептидного зв'язку (амідний зв'язок, який виникає як при утворенні білків, так і при виникненні пептидів) Сюди ж можна віднести і гідроліз ГТФ (субстрату для синтезу РНК). субодиниця рибосоми. Саме в ній знаходяться спеціальні ділянки, в яких і відбувається процес синтезу. пептидного зв'язку, а також центр необхідний для гідролізу ГТФ. Крім цього, саме велика субодиниця рибосоми під час біосинтезу білка утримує на собі ланцюг, який поступово виростає.



3. Виконує рибосома функції механічного пересування субстратів, до яких відносяться іРНК і тРНК. Вони відповідають за транслокацію.

Як висновок

Буквально кожна із субодиниць рибосоми, як велика, так і маленька, може виявляти певною мірою ті функції, які безпосередньо з нею пов'язані, окремо від своєї «сусідки». Проте виконувати функцію транслокації може лише рибосома у повному складі.

Можна сміливо сказати, що є чіткий поділ функцій між частинками рибосоми.Мала частина відповідає за виконання прийому, а також розшифрування генетичної інформації. А ось велика частка бере безпосередню участь у транслітерації.

Будова рибосоми

Рибосоми - важливі органели клітини, що знаходяться на поверхні ендоплазматичної мережі. Будова рибосоми пов'язана із синтезом білка.

Будова

Рибосома – це немембранна органела, що складається із двох частин – субодиниць. Рибосоми потрапляють на ЕПС або цитоплазму з ядерця через пори мембранної стінки ядра.
Залежно від розташування рибосоми бувають два види:

Субодиниці поділяються на два типи – великі та малі. Кожна частина складається із суміші нуклеїнових кислот та протеїну, тобто. за хімічною структурою рибосома є нуклеопротеїдом.

До складу рибосом еукаріотичної клітини входять чотири види рибосомальної РНК (рРНК), що відрізняються кількістю нуклеотидів:

• 18S – 1900 нуклеотидів;



• 5S – 120 нуклеотидів;



• 5,8 S – 160 нуклеотидів;



• 28S – 4800 нуклеотидів.

18S-рРНК і 30-35 білків складають малу субодиницю, решта рибонуклеїнових кислот і 45-50 білків входять до складу великої субодиниці. Велика субодиниця прокаріотів включає два види РНК, а мала - один.

У ядерці субодиниці синтезуються окремо. Вони збираються на місці в єдину рибосому лише для роботи – синтезу білка, який відбувається на матричній РНК. Субодиниці охоплюють мРНК, збираючись у комплекси, які називаються полісомами або полірибосомами.

які читають разом з цією

За будовою рибосоми тваринної клітини нічим не відрізняються від рослинної клітини. Проте клітини рослин містять значно менше рибосом, т.к. основну роль обміні речовин грають хлоропласти.

Функції

Головна функція органоїду – синтез білка.
Біосинтез білка включає декілька компонентів:

• мРНК;



• рРНК;



• поліпептид;



• 20 амінокислот;



• ГТФ (гуанозинтрифосфат) як джерело енергії;



• рибосомальні білки;



• білкові фактори, що регулюють процес.

Біосинтез відбувається у два етапи:

• транскрипція – зчитування та копіювання інформації з ДНК, утворення мРНК;



• трансляція – синтез білка на рибосомах за допомогою транспортної РНК (ТРНК).

Матрична РНК - зліпок, шаблон з ДНК, по якому рибосома синтезує білок.

Процес трансляції включає три фази:

• ініціацію - рибосома прикріплюється до початку мРНК;



• елонгацію - власне синтез білка, утворення поліпептидного ланцюга;



• термінацію – вивільнення синтезованого ланцюга від рибосоми.

Елонгація відбувається досить швидко. За секунду поліпептидний ланцюг збільшується приблизно на 20 амінокислот.

3. Синтез білка на рибосомах.

До складу рибосом входить 10% всього клітинного білка та 80% клітинної РНК.

Що ми дізналися?

З'ясували, які особливості будови та функцій рибосоми є щільною немембранною структурою, що складається з білка і рРНК. поліпептидний ланцюг з мРНК.

Які особливості будови та функцій рибосом

Кожна клітина має певний набір органел. Вони мікроскопічного розміру, але виконують функції, необхідних життєдіяльності всього організму. Одна з важливих та функціонально навантажених органел – рибосома.

Що таке рибосоми

Рибосома - органела, що має не більше 20 нм у діаметрі і виконує функції синтезу білка.

Розташовані у цитоплазмі клітини численні рибосоми забезпечують умови процесу трансляції.

Обережно! Якщо викладач виявить плагіат у роботі, не уникнути великих проблем (аж до відрахування). Якщо немає можливості написати самому, замовте тут.

Трансляція - функція рибосом, при якій у них відбувається синтез білка, що є продовженням транскрипції ДНК у РНК. Місцем цієї транскрипції є клітинне ядро.

І транскрипція, і трансляція належать до етапів матричного біосинтезу.

Відкриття рибосом відбулося у 50-х роках минулого століття, проте з'ясувати структуру органел швидко не вийшло. Лише 1974 року Д.Паладе та К.Де Дюв змогли виконати таку роботу та отримати за це Нобелівську премію.

Сам термін узвичаїв Р.Робертсон. Це сталося 1958 року. Однак назва виникла не з нуля, а в результаті перетворення терміна "рибонуклеопротеїдна частка". Слово "рибосома" утворено від злиття двох частин: "рибо" - скорочена форма від "рибонуклеїнова кислота" і "сома" (у перекладі з латинського означає "тіло").

Сьогодні цю органелу справедливо називають макромолекулярною машиною. І це заслужено. Її можна знайти у всіх клітинах. Результат роботи численних внутрішньоклітинних рибосом - поліпептидні ланцюги, які утворюються в результаті зв'язування певним чином амінокислот.Цей порядок зчитується з кодонів спеціальних молекул - РНК - виконують інформаційну функцію. Пов'язані в ланцюг амінокислоти коротко називають поліпептидами.

Синтез білка у рибосомах проводиться оперативно та чітко. Іноді кількість сполучених амінокислот досягає двохсот на хвилину. Якщо розглянути клітини прокаріотів, то їх рибосоми можуть з'єднувати понад двадцять за секунду. Однак не завжди відбувається так. Якщо розглядати складання складних білків, то це може йти до кількох годин. Загалом, частку білків, синтезованих рибосомами, припадає найзначніша їх десяти мільярдів, присутніх у клітині ссавців.

Принаймні закінчення рибосомами їх роботи, починаються процеси переробки (чи розпаду) утворених білків.

У клітинах еукаріотів існує два види рибосом: перебувають у незв'язаному стані і ті, які приєднані до ендоплазматичного ретикулуму. Цей зв'язок забезпечується за допомогою синтезованих ними білків, наприклад, гемоглобіну.

Рібосоми, які прикріплені до ретикулуму ендоплазми, синтезують білки для поповнення плазматичної мембрани або для зовнішнього простору клітини. Органели вільного розташування займаються синтезом білка для внутрішніх потреб клітини.

Існують рибосоми у мітохондріях. На них лежить функція утворення білка для потреб самої мітохондрії.

Функції рибосом

Основною функцією рибосом, як говорилося вище, є синтез білка. Це складний та послідовний процес, оскільки кожен білок має свою будову. Щоб скласти амінокислоти в нитки, необхідні конкретного білка, потрібно «розшифрувати» закладені коди послідовності їх сполуки.

Саме через те, що рибосоми вміють це робити, їх називають універсальними механізмами в біології.

У процесі розкодування послідовності амінокислот беруть участь як вони, а й РНК (переносники і месенджери). Здійснюваний цими учасниками механізм називається трансляцією. Він має на увазі перехід від декодування нуклеотидних триплетів в амінокислоти.

Схематично реакцію можна так:

1. Білкова трансляція. На початковому етапі відбувається зв'язування певної РНК із рибосомою. РНК, яка виконує функцію месенджера, направляється в початковий кодон ланцюга рибосоми. При цьому рибосома читає закодовану інформацію і використовує її для синтезу білка.



2. Сам код міститься у триплеті нуклеотидів. Термін «триплет» використовується невипадково: вказівку на амінокислоту несуть три, з'єднані разом, нуклеотиду.

Якщо в РНК-месенджері міститься інформація про наступну послідовність AUG AUU CUU, то для утворення обраного білка необхідно послідовно поєднати такі амінокислоти: метіонін, ізолейцин, лейцин.

На прикладі видно, наскільки чітко необхідно розкодувати код.

Ще один нюанс – необхідність правильно визначити закінчення синтезу. Для цього до рибосоми має надійти стоп-кодон. Його постачальником також є месенджер РНК.

1. Процес передачі РНК. Його характеристика залежить від компліментарності кожного триплету. Так, РНК, що здійснюють доставку амінокислот до місця синтезу білка в рибосомі, повинні чітко приєднатися до «своєї» амінокислоти, яких існує близько двадцяти.

Будова

У будові рибосом слід зазначити ознака відсутності в них мембрани.Саме завдяки цьому стає зрозумілою наявність у тілі двох субодиниць: великої та малої.

Вони плавають у цитоплазмі окремо до певного моменту. У ході виконання своєї функції – при синтезі білка – ці субодиниці з'єднуються.

Спостерігаючи електронний мікроскоп, можна виявити, що вони з'єднані і в проміжках між утворенням білка. Однак безпосередньо перед самим процесом вони однаково мають роз'єднатися.

У рибосомі виділяють дві ділянки, за якими закріплені назви сайти.

Деякі джерела свідчать про наявність трьох сайтів.

Сайти є каталітичними центрами, без яких неможливе перебіг характерних реакцій. Назви цих центрів: аміноаціальний та пептидильний. Щодо третього, вводиться позначення E або exit. Він стає необхідним виведення транспортної РНК після передачі поліпептиду.

Крім цього, на цих сайтах є ділянки для обробки ферментів.

Цікаво, що тільки в з'єднаному стані субодиниць ці сайти можуть функціонувати.

Дані особливості характерні як прокаріотичної лінії, так еукаріотів. Так, у першому випадку співвідношення 70S рибосом становить 50S та 30S. У другому - 60S та 40S.

Зі схеми видно, що при трансляції відбувається одночасне переміщення субодиниць вздовж мРНК в одному напрямку. Для збільшення швидкості синтезу білка такий вид роботи здійснюється декількома рибосомами. Тоді утворюється полірибосома, скорочена назва якої – полісома. Таким чином, формування полісоми - результат включення в роботу кількох рибосом.

Де утворюються рибосоми

Структура рибосоми зовні є комплексом молекул рРНК.Це особливий тип рибонуклеїнових кислот, які називаються рибосомальними. рРНК пов'язані з білками.

Синтезуються рРНК на ДНК із наступним приєднанням білків. Відбувається це в ядерці клітин еукаріотів. Обидві субодиниці рибосоми після їх утворення в ядерці прагнуть вийти в цитоплазму, де об'єднатися з утворенням рибосоми. Вони можуть прикріпитись до зовнішньої мембрани ядра або з'єднатися з ендоплазматичною мережею. Залишаються і вільні елементи, функціями яких є синтез білків для самої клітини.

Полірибосоми – комплекси рибосом на мембранах – постачають білки в апарат Гольджі.

Кількість ядерців у клітинах буває різною: від одного до п'яти. Механізм збільшення їхнього числа називається ампліфікацією.

Наскільки багато в клітинах є рибосом, залежить від необхідності синтезу білка. Для тканин, які утворюють елементи активного росту, характерна велика кількість рибосом. До таких тканин можна зарахувати хлоропласти. Є органели, які мають власні рибосоми. Наприклад, це мітохондрії. Синтез білка у таких органелах, на відміну попередніх, відбувається незалежно від інших клітинних структур, зокрема. ядра. Такий синтез називається автономним.

На відміну від рРНК, що утворюються в ядерці, рибосомальні білки синтезуються у цитоплазмі. Надалі вони транспортуються в ядро ​​клітини з подальшим утворенням комплексу з РНК. Рибосомальні утворення, що утворюються, виходять за межі ядра і потрапляють в цитоплазму. Існуючи там у роздільному стані, вони виконують різні функції. Найменша субодиниця рибосоми займається зв'язуванням (або захопленням) РНК інформаційною, а велика — починає синтезувати ланцюг поліпептидів.

Однак не всі рибосоми приступають одразу до роботи.Ті, що не функціонують, приймають дисоційований стан, у зв'язку з чим здатні зазнавати процесів самооновлення. Суть цих процесів — обмін субодиницями з такими ж дисоційованими рибосомами.

Незважаючи на те, що всі клітинні білки утворюються рибосомами, розмір цих органел дуже незначний. Їх неможливо розрізнити у мікроскоп, крім електронного. У цитологів існує спосіб визначення їхньої кількості шляхом специфічного фарбування цитоплазми. Особливі фарби, наприклад, флюорохроми та інші гістохімічні реактиви, особливо маркують РНК, завдяки чому можна побачити скупчення рибосом.

Сьогодні доведено залежність зовнішнього вигляду рибосом від вмісту в них магнію, адже всі РНК у них включають солі магнію. Досвідченим шляхом підтверджено, що при зниженні кількості магнію субодиниці рибосом інтенсивно дисоціюють.

Які реакції відбуваються на рибосомах

Утворення білка можна уявити і з хімічної точки зору.

Спочатку окремі АТФ приєднуються до амінокислот, чим вивільняють енергію. Використання цієї енергії необхідне утворення комплексу транспортна РНК — амінокислота.

Потрапляючи в рибосому, тРНК передає на РНК-месенджер необхідну інформацію як триплета.

Зазначені хімічні реакції протікають з особливістю обов'язковою участю пептидилтрансферази. Це фермент-учасник каталізу синтезу пептидних зв'язків (оскільки для реакції обов'язково велика кількість енергії).

Паралельно відбувається видалення фрагментів, що не використовуються: гідроксильного радикала і водню.

Схематично описані хімічні реакції, що призводять до утворення поліпептидних кіл шляхом додавання амінокислот, виглядають так: