Рибосоми, їх структура і роль в синтезі білка

Рибосоми – це субмікроскопічні немебранні органели, основною функцією яких є біосинтез білка.

Вони об’єднують амінокислоти в пептидний ланцюг і формують нові молекули білка, які необхідні клітині для здійснення всіх процесів життєдіяльності.

Біосинтез білка в даному випадку здійснюється по матричної РНК шляхом процесу трансляції.

• Рибосоми мають кілька ключових особливостей будови:
• знаходяться в гранулярному ендоплазматичному ретикулумі, іноді вільно плавають в цитоплазмі;
• великий субодиницею рибосома кріпиться до ендоплазматичної мережі і синтезує білок, який виводиться за межі клітини і використовується організмом на забезпечення процесу життєдіяльності;
• рибосоми, які знаходяться в цитоплазмі в цілому забезпечують процеси життєдіяльності всередині клітини.

Рибосома має кулясту форму і діаметр близько 20 нм. У процесі трансляції до матричної РНК може прикріпитися відразу кілька рибосом, формуючи структуру – полісому. Рибосоми утворюються в ядерці, у внутрішньому просторі ядра.

• малі рибосоми, яких знаходяться в прокаріотичних клітинах, іноді в хлоропластах і матриксі мітохондрії, вони пов’язані з мембраною;
• великі рибосоми характерні для клітин еукаріот і зв’язуються з ендоплазматичної мережею або кріпляться до мембрани ядра.

Будова обох видів рибосом ідентичне. Вони складаються з двох субодиниць: великої і малої. Ці частини об’єднуються за допомогою іонів магнію, а між дотичними поверхнями залишається лише невелика щілина. При дефіциті магнію субодиниці віддаляються, відбувається дезагрегація і рибосоми вже не можуть виконувати свої функції.

Хімічний склад рибосоми також оригінальний. Рибосоми складаються з високополімерної рибосомальної РНК. Також в їх складі виділяють білок. Обидві субодиниці містять близько 4 молекул РНК, вони мають вигляд ниток, які зібрані в РНК. Ці нитки оточуються білками і формують комплексний рибонуклеопротеїд.

Також рибосоми можуть об’єднуватися в спеціалізовані комплекси полірібосоми.

Полірібосоми – це об’єднання інформаційної РНК і рибосом, які нанизуються на її нитку. В ході синтезуючих процесів рибосоми роз’єднуються і обмінюються субодиницями. У момент надходження т-РНК вони знову збираються в полірібосому.

Роль рибосом в процесі біосинтезу білка

Кількість рибосом може помінятися в залежності від функціонального навантаження на клітину. Коли клітина вступає в період мітотичної активності і в ній в цей період можна виявити десятки тисяч рибосом. Така кількість характерна для меристем рослин, а також стовбурових клітин.

Рибосоми певним чином утворюються в клітині. Вони формуються в ядерці і матрицею для їх створення є ДНК. До повного дозрівання вони проходять кілька ключових етапів:

• еосома або процес синтезу частини р-РНК в ядерці;
• неосома або структура з р-РНК і білками, які проходять в цитоплазму лише після ряду модифікацій;
• рибосома або зріла органела, яка готова до виконання власних функцій в повній мірі і складається з двох субодиниць.

Кожен елемент рибосоми виконує власну унікальну функцію. Велика субодиниця виконує функції трансляції, декодування генетичної інформації. Мала субодиниця в свою чергу відповідає за об’єднання амінокислот, створення пептидних зв’язків і синтез нових молекул білка.

Трансляція – це процес синтезу білка на рибосомах або кінцевий етап перетворення генетичної інформації в клітині. У процесі трансляції інформація закодована в нуклеїнових кислотах і переходить в білкові молекули, які мають суворої амінокислотної послідовністю.

Трансляція являє собою досить непростий етап у формуванні білкової молекули. Для проведення трансляції в процес включаються всі види РНК, амінокислот, безліч ферментів, які можуть виправляти похибки один одного. Найважливіші учасники трансляції – це рибосоми.

Після транскрипції Нова молекула і-РНК виходить з ядра в цитоплазму, потім відбувається кілька перетворень, і вона з’єднується з рибосомою. Амінокислоти починають діяти після з’єднання з енергетичним субстратом ДНК.

Оскільки амінокислоти мають різний склад РНК (хімічний). Без сторонньої участі їх процес взаємодії між собою стає неможливим. Щоб подолати подібну несумісність існує молекула транспортної РНК. Процес з’єднання всіх типів амінокислот стає можливим завдяки дії різних ферментів.

Надалі всі рибосомальні ферменти беруть участь в утворенні пептидного зв’язку. Далі запускається процес переміщення рибосоми по ланцюгу і-РНК. При цьому залишається ділянка для прикріплення нової амінокислоти.

Надалі відбувається зростання поліпептиду, але до того моменту, поки рибосома не зустріне «стоп – кодон», який є сигналом до закінчення процесу синтезу. Для того, щоб пептид зміг звільнитися від рибосоми, включаються фактори, які вже завершують процес синтезу остаточно.

Остання амінокислота прикріплює до себе молекулу води, а рибосома розпадається на дві субодиниці. В процесі просування рибосоми ПО і-РНК, вона звільняє початковий відрізок ланцюга. До нього знову може причепитися рибосома, і процес біосинтезу білка запуститися знову.

Тим самим на одній матриці для біосинтезу відбувається створення безлічі копій білка протягом одного моменту часу.

Рибосоми важливі для біосинтезу білка, оскільки вони створюють його для потреб самої клітини і за її межами.

Наприклад, в печінці створюються плазмові фактори згортання крові. Також рибосоми виконують свого роду каталітичну функцію при формуванні пептидних зв’язків в молекулі новоствореного білка.

Активація функцій рибосом відбувається в той момент, коли вони об’єднуються в полірібосоми. Ці комплекси можуть формувати одночасно кілька молекул білка.

Рибосоми: будова та функції

Рибосоми – це як крихітні фабрики в клітині. Вони виробляють білки, які виконують різні функції для роботи клітини.

Рибосоми або знаходяться в рідині всередині клітини, що називається цитоплазмою, або приєднані до мембрани. Їх можна знайти як в прокаріотах (бактерій), так і в еукаріотах (тварини і рослини). Більше про хімічний склад і структуру клітини читайте в підручнику з біології за 9 клас Л.І. Остапченко.

Структура рибосоми

Рибосома має два основні компоненти, які називаються великою та малою субодиницями. Ці дві одиниці об’єднуються, коли рибосома готова виробити новий білок. Вони складаються з ланцюгів РНК і різних білків.

У великій субодиниці містяться сайти, де створюються нові зв’язки при створенні білків. Мала субодиниця насправді не така вже й мала, лише трохи менша, ніж велика. Вона відповідає за потік інформації під час синтезу білка.

Згідно з величиною константи седиментації, яка залежить від розміру часточок, їхньої форми та щільності, рибосоми поділяють на 70S (S є одиницею виміру Сведберга) – прокаріотичні та 80S – еукаріотичні. Рибосоми хлоропластів вищих рослин належать до 70S типу. Мітохондріальні рибосоми грибів мають коефіцієнт седиментації 75S, а мітохондрії ссавців містять міні-рибосоми – 55S, хоча функціями вони схожі до 70S рибосом прокаріотів.

Механізм трансляції

Основна робота рибосоми – це виготовлення білків для клітини. Клітині необхідно виготовити сотні білків, тому рибосома потребує конкретних інструкцій, як виготовити кожен. Ці інструкції надходять з ядра у вигляді месенджерної РНК. У м-РНК містяться конкретні коди, які діють як рецепт, щоб розповісти рибосомі, як зробити білок.

У виробленні білків є два основні етапи: транскрипція та трансляція. Рибосома робить етап трансляції. Дізнатися більше про білки ви можете в підручнику з біології за 9 клас В.І. Соболя.

Трансляція – це процес отримання інструкцій від м-РНК та перетворення її на білок. Основним завданням функціонування живої клітини вважається біосинтез білка. Для відтворення цієї операції абсолютно у всіх клітинних організмах знаходяться рибосоми. Рибосома робить наступні кроки, щоб зробити білок:

1. Дві субодиниці об’єднуються разом з РНК задля обміну повідомленнями.
2. Рибосома розпізнає тритонуклеотидні кодони м-РНК.
3. Рибосома рухається вниз по РНК, читаючи інструкції про те, які амінокислоти приєднати до білка. Для відмінності амінокислот в клітині існують особливі “адаптери” – молекули т-РНК. Вони нагадують форму листа конюшини, що має область (антикодон), відповідну кодону м-РНК, і ще одну ділянку для приєднання амінокислоти, яка компліментарна цьому кодону.
4. Рибосома приєднує амінокислоти, що утворюють білок. Прикріплення амінокислот до т-РНК відбувається в енергозалежній реакції за допомогою ферментів аміноацил-т-РНК-синтетаз.
5. Рибосома припиняє будувати білок, коли він досягає коду “стоп” в РНК, який повідомляє йому, що білок готовий.

Цікаві факти про рибосому:

• Назва рибосоми походить від рибонуклеїнової кислоти (РНК), яка дає вказівки щодо виготовлення білків.
• Рибосоми виготовляються всередині ядра. Після того, як вони готові, вони надсилаються за його межі через пори в мембрані ядра.
• Рибосоми відрізняються від більшості органел тим, що вони не оточені захисною мембраною.
• Рибосому було відкрито в 1974 році Альбертом Клодом, Крістіаном де Дюве та Джорджем Емілем Паладом. Вони отримали Нобелівську премію за своє відкриття.

Рибосома – типи, будова, функція та схема

Рибосоми — це невеликі складні молекулярні механізми, які є у всіх живих клітинах і відіграють вирішальну роль у синтезі білка. Вони зчитують генетичну інформацію, закодовану в інформаційній РНК (мРНК), і збирають амінокислоти в білки на основі цієї інформації. Рибосоми складаються з двох основних субодиниць, кожна з яких містить рибосомну РНК (рРНК) і білки, і є важливими для функціонування та росту клітин.

Розмір і форма рибосом

• Однорідність за розміром і формою: Рибосоми, необхідні для синтезу білка в клітинах, відрізняються незмінним розміром і формою в різних видів. У клітинах вищих рослин і тварин рибосоми зазвичай мають сплющену або сфероїдну форму. Їх діаметр коливається від 150 до 200 ангстрем (A0), демонструючи дивовижну однорідність, незважаючи на різноманітність типів клітин.
• Варіація розміру: Розмір рибосом може змінюватися в залежності від конкретного типу клітини та її фізіологічного стану. Наприклад, розмір клітини, що перебуває в стані спокою, може відрізнятися від клітини, що ділиться. Ця варіація відображає динамічну природу рибосом у адаптації до клітинного середовища та вимог.
• Структура і склад: Рибосоми складаються з двох окремих субодиниць, кожна з яких відрізняється за розміром. Ці субодиниці об’єднуються, утворюючи функціональну рибосому, яка має вирішальне значення для трансляції мРНК у білки. Рибосоми не закриті мембраною, незалежно від того, чи є вони вільними в цитоплазмі, чи зв’язані з ендоплазматичним ретикулумом.
• Рибосоми прокаріотів: У прокаріотичних клітинах рибосоми зазвичай мають розмір 70S. Цей розмір походить від комбінації малої субодиниці 30S і великої субодиниці 50S. Одиниця «S», або одиниця Сведберга, представляє швидкість седиментації під час ультрацентрифугування, що вказує на швидкість, з якою частинки осідають у відцентровому полі. Прокаріотичні рибосоми мають молекулярну масу приблизно 2.7×10^6 Дальтон і діаметр приблизно 20 нм. Вони складаються приблизно з 65% рибосомної РНК (рРНК) і 35% рибосомних білків.
• Еукаріотичні рибосоми: Еукаріотичні клітини містять рибосоми, які зазвичай більші, з розміром 80S. Цей розмір є результатом асоціації малої субодиниці 40S і великої субодиниці 60S. Молекулярна маса еукаріотичних рибосом становить близько 4 × 10 ^ 6 Дальтон, а їх діаметр коливається від 25 до 30 нм.

Характеристика рибосоми

1. Фундаментальна природа рибосом:
   • Рибосоми – це цілісні клітинні структури, які беруть участь у синтезі білка в усіх живих організмах. Вони всюдисущі як у прокаріотичних, так і в еукаріотичних клітинах, що підкреслює їх важливу роль у біологічних процесах.
2. Склад і будова:
   • Складові: Рибосоми складаються з рибонуклеїнової кислоти (РНК) і білків. Компонент РНК відомий як рибосомальна РНК (рРНК).
   • СубодиниціКожна рибосома складається з двох окремих субодиниць: меншої субодиниці та більшої субодиниці. Ці субодиниці працюють у тандемі під час процесу синтезу білка.
3. Функціональні сайти та трансляція генетичного коду:
   • Рибосоми мають специфічні сайти зв’язування молекул, які беруть участь у синтезі білка. Вони відповідають за зчитування генетичного коду, що переноситься інформаційною РНК (мРНК), і переклад його в послідовність амінокислот, утворюючи білки.
4. Стільникове розташування:
   • Рибосоми розташовані або розкидані по всій цитоплазмі, або прикріплені до ендоплазматичного ретикулуму, утворюючи шорстку ендоплазматичну сітку. Цей розподіл важливий для їх ролі в синтезі білка.
5. Прокаріотичні рибосоми (70S):
   • Розмір і склад: Прокаріотичні рибосоми, менші за їхні еукаріотичні аналоги, мають діаметр приблизно 20 нм і складаються з 65% рРНК і 35% рибосомальних білків.
   • Субодиниці та рРНК: Рибосома 70S складається з великої субодиниці 50S і малої субодиниці 30S. Субодиниця 30S містить 16S рРНК, тоді як субодиниця 50S включає 5S і 23S рРНК.
6. Архейні рибосоми:
   • Подібність до бактеріальних рибосом: Архейні рибосоми структурно подібні до бактеріальних рибосом, причому 70S рибосоми складаються з 50S і 30S субодиниць. Однак на рівні послідовності вони нагадують еукаріотичні рибосоми.
7. Еукаріотичні рибосоми (80S):
   • Розмір і формування: Еукаріотичні рибосоми більші, розміром приблизно 25-30 нм. Їх утворення відбувається як в цитоплазмі, так і в ядерці.
   • Субодиниці та рРНК: Рибосома 80S складається з великої субодиниці 60S і малої субодиниці 40S. Субодиниця 40S містить 18S рРНК, тоді як субодиниця 60S містить 5S, 5.8S і 28S рРНК.
   • Рибосоми мітохондрій і хлоропластів: Еукаріотичні напівавтономні органели, такі як хлоропласти та мітохондрії, містять рибосоми 70S, подібні до рибосом прокаріотів, що вказує на бактеріальне походження.

Типи рибосом

Типи рибосом На основі коефіцієнтів седиментації

Рибосоми, ключові для синтезу білка в клітинах, класифікуються на основі їх коефіцієнтів седиментації, позначених як «S». Ця класифікація має вирішальне значення для розуміння функціональних і структурних відмінностей у рибосомах різних типів клітин.

1. 70S Рибосоми:
   • Розмір і коефіцієнт седиментації: Рибосоми 70S відносно менші з коефіцієнтом седиментації 70S.
   • Молекулярна вага: ці рибосоми мають молекулярну масу приблизно 2.7 × 10^6 дальтон.
   • Місцезнаходження: Вони переважно знаходяться в прокаріотичних клітинах, включаючи бактерії та синьо-зелені водорості. Цікаво, що рибосоми 70S також присутні в мітохондріях і хлоропластах еукаріотичних клітин, що відображає симбіотичне еволюційне походження.
   • Функціональне значення: Наявність рибосом 70S у прокаріотичних клітинах і органелах, таких як мітохондрії та хлоропласти, підкреслює їх роль у синтезі білка в різноманітних клітинних середовищах.
2. 80S Рибосоми:
   • Розмір і коефіцієнт седиментації: На відміну від рибосом 70S, рибосоми 80S більші, з коефіцієнтом седиментації 80S.
   • Молекулярна вага: ці рибосоми мають вищу молекулярну масу, приблизно 4 × 10^6 дальтон.
   • Місцезнаходження: Рибосоми 80S переважно розташовані в еукаріотичних клітинах, охоплюючи як рослинні, так і тваринні клітини. Примітно, що рибосоми, знайдені в мітохондріях і хлоропластах, менші за цитоплазматичні рибосоми 80S.
   • Склад:: У дріжджіНаприклад, рибосома 80S містить 79 різних рибосомальних білків, 12 з яких є унікальними для виду. Ця композиція підкреслює складність і специфічність еукаріотичних рибосом у синтезі білка.
3. Порівняльний аналіз:
   • Прокаріотичні проти еукаріотичних рибосом: Рибосоми 70S характерні для прокаріотичних клітин, тоді як еукаріотичні клітини зазвичай містять рибосоми 80S. Ця різниця полягає не лише в розмірі, але й у молекулярному складі та вазі, що відображає еволюційну розбіжність між прокаріотичними та еукаріотичними організмами.
   • Рибосоми мітохондрій і хлоропластів: Наявність рибосом 70S у мітохондріях і хлоропластах еукаріотичних клітин є захоплюючим аспектом, що свідчить про бактеріальне походження цих органел. Цей аспект є вирішальним у вивченні клітинної еволюції та функціонування.

Типи рибосом на основі розташування

1. Вільні рибосоми:
   • Розташування та пересування: вільні рибосоми розташовані в цитозолі, рідкому компоненті цитоплазми клітини. Вони характеризуються здатністю вільно пересуватися в межах цієї області, хоча вони виключені з клітинного ядра та інших органел.
   • Синтез і призначення білка: Білки, синтезовані вільними рибосомами, зазвичай виділяються в цитозоль. Ці білки зазвичай використовуються в самій клітині.
   • Екологічні міркування: Цитозоль є відновленим середовищем, багатим на глутатіон, що означає, що дисульфідні зв’язки, утворені окисленими залишками цистеїну, зазвичай не утворюються в цьому середовищі.
2. Мембранні рибосоми:
   • Формування та розташування: Мембранні рибосоми зв’язуються з мембранами, коли вони синтезують білки, необхідні певним органелам. В еукаріотичних клітинах ця асоціація відбувається з ендоплазматичним ретикулумом (ER), зокрема з шорстким ER.
   • Синтез і переробка білка: оскільки ці рибосоми синтезують поліпептидні ланцюги, ланцюги безпосередньо вставляються в ER. Цей векторний синтез дозволяє білкам згодом передаватись до кінцевих місць призначення через секреторний шлях.
   • Функція синтезованих білків: Білки, що виробляються мембранозв’язаними рибосомами, як правило, призначені для плазматичної мембрани або виділяються з клітини шляхом екзоцитозу. Це вказує на спеціалізовану роль пов’язаних з мембраною рибосом у синтезі білків для експорту або включення в мембрану.
3. Просторовий розподіл і функціональна гнучкість:
   • Динамічне розташування: Існування рибосоми як вільної або пов’язаної з мембраною не є фіксованим, але залежить від присутності послідовності, націленої на ER, у синтезованому білку. Таким чином, окрема рибосома може чергуватися між вільною в цитозолі та зв’язаною з мембраною залежно від білка, який вона синтезує в певний час.
   • Структурна подібність: Незважаючи на різне розташування та роль, вільні та пов’язані з мембраною рибосоми мають однакову структуру. Ця однаковість підкреслює універсальність рибосом у синтезі білка в різних клітинних середовищах.
4. Класифікація як немембранозних органел:
   • Визначення органел: Хоча рибосоми часто описують як органели, вони відрізняються тим, що в них відсутня фосфоліпідна мембрана, яка є спільною рисою багатьох інших органел.
   • Безмембранна природа: Завдяки своїй частинковій немембранній природі рибосоми іноді класифікують як «немембранні органели», що підкреслює їхній унікальний статус у клітині.

Відео з анімацією рибосом

Розташування рибосоми

Рибосоми, важливі для синтезу білка, розташовані або в цитозолі, або прикріплені до ендоплазматичного ретикулуму (ER) як у рослинних, так і в тваринних клітинах. Їх розташування має ключове значення для визначення типу білків, які вони синтезують, і їхньої подальшої ролі в клітині.

1. Рибосоми в цитозолі:
   • Вільні рибосоми: Багато рибосом вільно існують у цитоплазматичному матриксі клітин. Ці рибосоми не прикріплені до жодної мембрани та беруть участь у синтезі білків, які зазвичай виконують функції в самій клітині.
   • полісоми: Кілька рибосом можуть приєднуватися до одного ланцюга мРНК, утворюючи структуру, відому як полісома. Таке розташування підвищує ефективність синтезу білка.
2. Рибосоми, прикріплені до ендоплазматичної мережі:
   • Шорсткий ендоплазматичний ретикулум (RER): У клітинах, які активно беруть участь у синтезі білка, рибосоми приєднуються до ER, утворюючи шорстку ER. Ця асоціація має вирішальне значення для синтезу білків, призначених для секреція або для включення в клітинні мембрани.
   • Типи клітин з високою активністю RER: Клітини, такі як клітини підшлункової залози, плазматичні клітини, клітини паренхіми печінки та інші, демонструють високу щільність рибосом, приєднаних до RER, що відображає їх високу активність синтезу білка.
3. Розподіл в окремих типах клітин:
   • Дріжджі, ретикулоцити та лімфоцити: Ці клітини разом із меристематичними рослинними тканинами, ембріональними нервовими клітинами та раковими клітинами містять велику кількість рибосом, що вказує на їхню високу потребу в синтезі білка.
   • Клітини з переважаючими вільними рибосомами: Клітини, такі як еритробласти та розвиваються м’яз клітини мають значну кількість вільних рибосом, що підкреслює їх роль у синтезі білків для внутрішньоклітинного використання.
4. Кількісні аспекти рибосом:
   • Клітини прокаріотів: Наприклад, у E. coli рибосоми складають близько 25% від загальної клітинної маси, приблизно 10,000 XNUMX рибосом на клітину.
   • Еукаріотичні клітини: У культивованих клітинах ссавців може бути до 10 мільйонів рибосом на клітину, що підкреслює потужний механізм синтезу білка в цих організмах.

Будова рибосоми

1. Основний склад і будова:
   • Рибосоми – це складні молекулярні механізми, що складаються з рибонуклеїнової кислоти (РНК) і білків. Компонент РНК, відомий як рибосомна РНК (рРНК), поєднується з різними рибосомальними білками, утворюючи структуру рибосоми.
   • Структурно рибосоми складаються з двох окремих субодиниць: меншої субодиниці та більшої субодиниці. Ці субодиниці взаємодіють у процесі синтезу білка, причому кожна з них відіграє певну роль.
2. Функціональні компоненти та сайти:
   • Мала субодиниця відповідає за зчитування генетичної інформації та зв’язування з інформаційною РНК (мРНК). Більша субодиниця сприяє утворенню пептидного зв’язку та зв’язується з аміноацильованими транспортними РНК (тРНК).
   • Рибосоми мають три ключові сайти для зв’язування тРНК і синтезу пептидів: сайт А (аміноацил), сайт Р (пептидил) і сайт Е (вихід). Ці ділянки мають вирішальне значення для послідовного додавання амінокислот до зростаючого пептидного ланцюга.
3. Морфологія субодиниці та взаємодія:
   • Більша субодиниця рибосоми має куполоподібну форму, а менша субодиниця має сплюснуто-еліпсоїдну форму шапки. Більша субодиниця містить такі елементи, як виступ, ніжка та гребінь із сайтами P та A для зв’язування тРНК.
   • Менша субодиниця включає голову, щілину та платформу, що прилягає до більшої субодиниці, як шапка. Ущелина забезпечує простір для мРНК між двома субодиницями.
4. Асоціація та роз’єднання субодиниць:
   • На асоціацію рибосомних субодиниць впливає концентрація іонів магнію (Mg++). Більша концентрація іонів Mg++ утримує субодиниці приєднаними, тоді як зниження призводить до їх роз’єднання.
   • У бактеріальних клітинах субодиниці вільно існують у цитоплазмі й об’єднуються лише під час синтезу білка. За певних умов рибосоми можуть утворювати димери (моносоми) або агрегувати на мРНК з утворенням полірибосом або полісом.
5. Рибосомний склад:
   • Рибосоми складаються з майже однакової кількості білків і РНК. Обидві субодиниці містять ці компоненти та пов’язані через взаємодію між білками однієї субодиниці та рРНК іншої.
   • РНК-компонент рибосом синтезується в ядерці, де рибосоми спочатку збираються.
6. Розташування та мінливість:
   • Рибосоми розташовані у двох основних областях усередині клітини: розкидані в цитоплазмі та прикріплені до ендоплазматичного ретикулуму (ER), утворюючи грубий ендоплазматичний ретикулум.
   • І вільні, і зв’язані рибосоми подібні за структурою та функціями синтезу білка. Вміст РНК в рибосомах коливається від 37 до 62%, решта припадає на білки.
7. Різноманітність організмів:
   • Прокаріотичні клітини мають 70S рибосоми, що включають 30S малу субодиницю та 50S велику субодиницю. Еукаріотичні клітини мають 80S рибосом, що складаються з 40S малої субодиниці та 60S великої субодиниці.
   • Рибосоми, знайдені в хлоропластах і мітохондріях еукаріот, нагадують прокаріотичні рибосоми з частинками 70S, що складаються з великих і малих субодиниць.
8. Структура РНК і націлювання антибіотиків:
   • РНК у рибосомах розташована в різних третинних структурах, утворюючи петлі, які відходять від ядра, не змінюючи загальну структуру.
   • Відмінності між еукаріотичними та бактеріальними рибосомами використовуються при розробці антибіотиків, що дозволяє націлюватися на бактеріальні інфекції, не завдаючи шкоди клітинам людини.

Структура рибосоми | Від CNX OpenStax [CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0)], через Wikimedia Commons

Хімічний склад рибосом

1. Рибосомальні РНК (рРНК):
   • Рибосоми в різних організмах містять різні типи рРНК, необхідні для їх структури та функціонування.
   • 70S Рибосоми:
     • Ці рибосоми, як правило, знаходяться в прокаріотичних клітинах, складаються з трьох типів рРНК: 23S, 16S і 5S рРНК.
     • Рибосомальна субодиниця 50S, яка є більшою субодиницею, містить як 23S, так і 5S рРНК.
     • Менша рибосомальна субодиниця 30S містить 16S рРНК.
   • 80S Рибосоми:
     • Ці рибосоми, поширені в еукаріотичних клітинах, складаються з чотирьох типів рРНК: 28S, 18S, 5S і 5.8S рРНК.
     • Більша рибосомальна субодиниця 60S включає 28S, 5S і 5.8S рРНК.
     • 18S рРНК присутня в меншій 40S рибосомній субодиниці.
2. Рибосомальні білки:
   • Рибосомальні білки відрізняються в різних організмах і сприяють структурі та функції рибосом.
   • У бактерій склад рибосомальних білків різний у різних видів.
   • Наприклад, у Кишкова паличка (E. coli), ідентифіковано 55 різних рибосомальних білків, включаючи корові білки (CP) і розщеплені білки (SP).
3. Іони металів:
   • Рибосоми також містять іони двовалентних металів, які відіграють вирішальну роль у підтримці структури та сприянні функціонуванню рибосом.
   • Основні іони металів включають магній (Mg++), кальцій (Ca++) і марганець (Mn++).

Що таке пласторибосоми та міторибосоми?

Пласторибосоми та міторибосоми — це спеціалізовані рибосоми, які знаходяться в еукаріотичних клітинах, зокрема в пластидах і мітохондріях відповідно.

• Місцезнаходження: вони розташовані в пластидах, переважно в хлоропластах рослинних клітин.
• тип: Вони належать до типу 70S, схожі на прокаріотичні рибосоми.
• функція: Пласторибосоми відіграють ключову роль у синтезі білка в пластидах.
• Подібність: Пласторибосоми виявляють більшу схожість з прокаріотичними рибосомами, підкреслюючи еволюційну лінію походження хлоропластів від ціанобактерій предків.

Міторибосоми:

• Місцезнаходження: Міторибосоми локалізовані в мітохондріальному матриксі.
• тип: Вони також належать до категорії 70S.
• функція: Міторибосоми відіграють важливу роль у синтезі білків, необхідних для функціонування мітохондрій, використовуючи попередники, що надаються мітохондріями.
• Подібність: Хоча міторибосоми мають певні характеристики з прокаріотичними рибосомами, вони не так тісно пов’язані, як пласторибосоми. Це відображає еволюційну історію мітохондрій, які, як вважають, походять від предків прокаріотів.

Таким чином, як пласторибосоми, так і міторибосоми є специфічними для еукаріотичної клітини рибосомами, які виявляють схожість з прокаріотичними рибосомами, підкреслюючи ендосимбіотичне походження пластид і мітохондрій.

Структура рибосом високої роздільної здатності

Складну архітектуру рибосом було з’ясовано з надзвичайною точністю завдяки структурним дослідженням високої роздільної здатності. Ці дослідження зіграли важливу роль у картографуванні атомних розділень рибосом різних організмів, надаючи безцінне розуміння їх функціональних і структурних нюансів.

1. Рибосоми прокаріотів:
   • Підрозділ 50S: Це велика субодиниця прокаріотичних рибосом. Для цієї субодиниці було визначено структури високої роздільної здатності з двох організмів:
     • Археон Haloarcula marismortui: екстремофільний археон, відомий своєю стійкістю до середовища з високим вмістом солі.
     • Бактерія Deinococcus radiodurans: Бактерія, відома своєю надзвичайною стійкістю до іонізуючого випромінювання.
   • Підрозділ 30S: Представляючи невелику субодиницю прокаріотичних рибосом, її структура з високою роздільною здатністю була окреслена з:
     • Бактерія Thermus thermophilus: Термофільна бактерія, яка розвивається при підвищених температурах.
2. Еукаріотичні рибосоми:
   • Підрозділ 60S: Це велика субодиниця еукаріотичних рибосом. Його структуру високої роздільної здатності зіставлено з:
     • Tetrahymena thermophila: модель війчастих найпростіших, яка широко використовується в дослідженнях молекулярної та клітинної біології.
   • Підрозділ 40S: Мала субодиниця еукаріотичних рибосом має свою структуру з високою роздільною здатністю, визначену за:
     • Tetrahymena thermophila.

По суті, структури рибосом з високою роздільною здатністю, отримані з різноманітних організмів, проклали шлях до глибшого розуміння рибосомних функцій, взаємодії та еволюційних зв’язків. Ці структури, визначені з атомною точністю, є свідченням прогресу в структурній біології та спільних зусиль світової наукової спільноти.

Біогенез рибосом

Біогенез рибосом – це складний і скоординований процес, який охоплює синтез і збирання компонентів рибосом. В еукаріотичних клітинах цей складний процес відбувається як в ядрі, зокрема в ядерці, так і в цитоплазмі.

1. Рибосомальні субодиниці: Еукаріотичні рибосоми позначаються як 80S і складаються з двох окремих субодиниць: більшої 60S і меншої 40S. Ці субодиниці диференційовані своєю рибосомальною РНК (рРНК) і білковими складовими.
2. Рибосомальний синтез білка: Рибосомальні білки піддаються синтезу за допомогою двоетапного процесу. Спочатку їх гени, що кодують, транскрибуються в ядрі. Отримані транскрипти потім експортуються в цитоплазму, де вони піддаються трансляції, утворюючи рибосомні білки. Після дозрівання ці білки транспортуються назад до ядра, спеціально націлюючись на ядерце.
3. Продукція рРНК: рРНК, а саме 18S, 28S і 5.8S, транскрибуються як уніфікований попередник, який називається 45S пре-рРНК, у ядерцевому організаторному регіоні. Цій транскрипційній активності сприяє РНК-полімераза I. Посттранскрипційні модифікації призводять до поділу цих рРНК. І навпаки, 5S рРНК транскрибується як пре-5S рРНК за допомогою РНК-полімерази III у нуклеоплазмі поза ядерця. Подальша обробка направляє його до ядерця.
4. Збірка підрозділу: Усередині ядерця 5S рРНК зв’язується з 28S і 5.8S рРНК, керуючи утворенням великої субодиниці 60S. 18S рРНК, з іншого боку, співпрацює з рибосомальними білками, утворюючи малу субодиницю 40S. Ці зібрані субодиниці потім направляються з ядерця в цитоплазму.
5. Підсумкова асамблея: У цитоплазмі субодиниці 60S і 40S зближуються, що завершується утворенням функціональної рибосоми 80S, яка бере участь у синтезі білка.

Захворювання, пов’язані з рибосомами

1. рибосомопатії:
   • Рибосомопатії – це захворювання, викликані неправильним функціонуванням рибосом.
   • Ці стани часто є наслідком мутацій у рибосомних білках, що призводить до низки клінічних проявів, включаючи недостатність кісткового мозку та анемію.
2. Вроджені синдроми внаслідок дефектного біогенезу рибосом:
   • Кілька вроджених синдромів пов’язані з дефектним біогенезом рибосом. До них належать анемія Даймонда-Блекфана (DBA), Х-зчеплений вроджений дискератоз (DKC), гіпоплазія хрящового волосся (CHH) і синдром Трічера Коллінза (TCS).
   • Ці умови підкреслюють критичну роль рибосом у різних фізіологічних процесах.
3. Анемія Diamond-Blackfan (DBA):
   • DBA — це рідкісне захворювання крові, яке характеризується нездатністю кісткового мозку виробляти достатню кількість еритроцитів (еритроцитів), що призводить до анемії.
   • Захворювання включає аномальне дозрівання пре-рРНК і пов’язане з мутаціями в кількох генах рибосомальних білків.
   • Ці мутації порушують структурні компоненти рибосоми, впливаючи на її функцію та призводячи до клінічних проявів DBA.
4. Х-зчеплений вроджений дискератоз (DKC):
   • DKC – це генетичне захворювання, яке вражає шкіру, нігті та слизові оболонки, часто пов’язане з недостатністю кісткового мозку.
   • Захворювання пов’язане з мутаціями, що впливають на транскрипцію рибосомної ДНК (рДНК) і збирання рибосом.
5. Гіпоплазія хрящового волосся (CHH):
   • CHH характеризується низьким зростом, тонким волоссям, імунною недостатністю та підвищеним ризиком деяких видів раку.
   • Це пов’язано з мутаціями, що впливають на процес рибосомної РНК, підкреслюючи роль рибосом у зростанні та поділі клітин.
6. Синдром Трічера Коллінза (TCS):
   • ТКС – це стан, що характеризується черепно-лицьовими деформаціями.
   • Мутації, що впливають на рибосомальний біогенез і синтез білка, беруть участь у розвитку ТКС.

Відмінності між еукаріотичною рибосомою та прокаріотичною рибосомою

Рибосоми можна знайти в організмах, таких як бактерії, паразити та різні інші тварини, такі як мікроскопічні та організми нижчого рівня, які називаються прокаріотичними рибосомами. Ті, що живуть всередині людини та інших тварин, як тварини вищого рівня, ми називаємо еукаріотичними рибосомами.

1. Прокаріоти мають рибосоми 70S, що складаються з субодиниць 30S і 50S. Навпаки, еукаріоти мають рибосоми 80S, що складаються з субодиниці 40S, а також 60S.
2. Рибосоми 70S, як правило, менші за рибосоми 80S, тоді як рибосоми 80S значно більші за рибосоми 70S.
3. Прокаріоти мають субодиницю 30S, яка є субодиницею 16S РНК. Вони складаються з 1540 нуклеотидів, приєднаних 21 білком. Субодиниця 50S складається з субодиниці 5S РНК, яка містить 120 нуклеотидів. Субодиниця 23S РНК включає 2900 нуклеотидів і 31 білок.
4. Еукаріоти характеризуються субодиницями 40S з 18S РНК, а також 300 білками та 1900 нуклеотидами. Основна субодиниця містить 5S РНК, 120 нуклеотидів, 4700 нуклеотидів, а також 28S РНК. 5.8S РНК і 160 нуклеотидів і 46 білків.
5. Еукаріотичні клітини містять хлоропласти та мітохондрії як органели. Ці органели також мають рибосоми 70S. Таким чином, еукаріотичні клітини мають різні типи рибосом (70S, а також 80S), а прокаріотичні клітини містять лише 70S рибосоми.

Що таке гетерогенні рибосоми?

• Рибосоми мають гетерогенність композиції, яка є спільною для видів і навіть в межах однієї клітини, про що свідчить наявність мітохондріальних і цитоплазматичних рибосом в одній еукаріотична клітина. Деякі дослідники припускають, що різноманітність у складі рибосомальних білків ссавців має вирішальне значення в регуляції генів, тобто спеціальну рибосомну гіпотезу. Ця гіпотеза є суперечливою і є предметом для постійних досліджень.
• У роботі Вінса Мауро та Джеральда Едельмана вперше було припущено, що неоднорідність у складі рибосом відіграє роль у контролі трансляції виробництва білка. Вони запропонували гіпотезу рибосомного фільтра, щоб пояснити функції регуляції рибосом. Докази свідчать про те, що спеціалізовані рибосоми зі специфічністю до різних популяцій клітин можуть змінити спосіб контролю експресії генів. Певні рибосомальні білки обмінюються комплексом, зібраним із цитозольними копіями HTML1, що передбачає, що структури живої рибосоми можуть бути змінені без необхідності створення нової рибосоми.
• Деякі рибосомні білки необхідні для життя клітини, а інші ні. У дріжджах, що брунькуються, 14/78 рибосомальних білків не потрібні для росту, тоді як у людей це залежить від конкретної клітини. Іншими прикладами гетерогенності є посттрансляційні модифікації рибосомальних білків, такі як процес ацетилювання, метилювання, а також фосфорилювання. У Arabidopsis і Viral внутрішні сайти входу рибосом (IRESs) можуть сприяти трансляції рибосомами з різними композиціями. Наприклад, рибосомальні одиниці 40S, у яких відсутній eS25, у клітинах ссавців і дріжджових клітинах не здатні залучати CrPV IGR. CrPV IGR.
• Гетерогенність модифікацій рибосомної ДНК є ключовим фактором у підтримці структурної цілісності або функції. Більшість модифікацій мРНК розташовані у висококонсервативних ділянках. Найбільш часто використовувані зміни рРНК включають псевдоуридилювання, а також 2′-O метилювання рибози.

Функції рибосом

1. Місце синтезу білка:
   • Рибосоми є невід’ємною частиною процесу біологічного синтезу білка, також відомого як трансляція.
   • Вони відповідають за зв’язування амінокислот у послідовності, визначеній молекулами інформаційної РНК (мРНК).
2. Каталітичні функції в утворенні пептидного зв’язку:
   • Рибосоми діють як каталізатори в критичних біологічних процесах, включаючи перенесення пептиду та гідроліз пептиду.
   • Ці процеси необхідні для утворення пептидних зв’язків, які зв’язують амінокислоти з утворенням білків.
3. Захист новонароджених поліпептидних ланцюгів:
   • Під час синтезу білка рибосоми захищають поліпептидний ланцюг, що з’являється, від деградації травленням білка. ферменти.
4. Розшифровка генетичних повідомлень:
   • Основна функція рибосом полягає в розшифровці генетичних повідомлень, які передаються мРНК.
   • Це розшифровка є вирішальним кроком у перекладі генетичного коду у функціональні білки.
5. Процес перекладу:
   • Рибосоми полегшують трансляцію мРНК у білки, процес, який ініціюється в ядрі клітини транскрипцією ДНК.
   • МРНК, організована в ядрі, транспортується в цитоплазму, де з нею зв’язуються рибосоми, ініціюючи синтез білка.
6. Взаємодія з тРНК:
   • У цитоплазмі рибосомальні субодиниці зв’язуються навколо полімерів мРНК, а транспортна РНК (тРНК) інтегрує амінокислоти у зростаючий білковий ланцюг.
7. Різноманітний синтез білка:
   • Білки, синтезовані вільними рибосомами, зазвичай використовуються в самій цитоплазмі.
   • І навпаки, білки, синтезовані рибосомами, пов’язаними з ендоплазматичним ретикулумом, часто секретуються або вбудовуються в клітинні мембрани.
8. Ферментативна та ініціаційна роль:
   • Рибосоми забезпечують необхідні ферменти, такі як пептидилтрансфераза, і фактори ініціації для конденсації амінокислот у поліпептиди.
9. Місця приєднання РНК та мРНК:
   • Рибосоми містять рибосомну РНК (рРНК), важливу для приєднання мРНК і тРНК під час синтезу білка.

вікторина

Яка з перерахованих функцій є основною функцією рибосом?
а) Реплікація ДНК
б) Фотосинтез
в) Синтез білка
г) Ліпідний обмін

У якому місці клітини ви в основному знайдете рибосоми?
а) Ядро
б) Мітохондрії
в) Цитоплазма
г) апарат Гольджі

Який тип РНК переважно пов’язаний з рибосомами?
а) іРНК
б) тРНК
в) рРНК
г) мРНК

До якого типу належать рибосоми, знайдені в прокаріотичних клітинах?
а) 60S
б) 80-ті роки
в) 70S
г) 90-ті роки

Яка субодиниця рибосоми зчитує мРНК?
а) Велика субодиниця
б) Мала субодиниця
в) Обидві субодиниці
d) Жодна субодиниця

Який антибіотик діє конкретно на бактеріальні рибосоми?
а) Пеніцилін
б) Тетрациклін
в) Аспірин
г) Ібупрофен

З яких двох основних компонентів складаються рибосоми?
а) Ліпіди і білки
б) Цукор і ліпіди
в) Білки та рРНК
г) іРНК і тРНК

Яка органела тісно пов’язана з рибосомами для синтезу та модифікації білка?
а) Лізосома
б) Ендоплазматична сітка
c) Пероксисома
г) Вакуоль

Що з перерахованого НЕ є функцією рибосом?
а) Каталізує утворення пептидного зв’язку
b) Допомога в реплікації ДНК
в) Читання генетичного коду
г) сприяння зв’язуванню тРНК з мРНК

В еукаріотичних клітинах рибосоми можна знайти приєднаними до чого з наведеного?
а) мітохондріальна мембрана
б) Ядерна оболонка
в) Шорсткий ендоплазматичний ретикулум
г) плазматична мембрана

FAQ

Що таке рибосоми?

Рибосоми – це молекулярні комплекси, які містяться у всіх живих клітинах і відповідають за синтез білків.

Яка будова рибосом?

Рибосоми мають складну структуру, що складається з білків і молекул РНК. Вони мають дві субодиниці, кожна з яких складається з різних молекул РНК і білків.

Яку функцію виконують рибосоми?

Основною функцією рибосом є трансляція генетичного коду, що зберігається в молекулах РНК, у білки. Рибосоми роблять це, зчитуючи послідовність нуклеотидів у молекулах інформаційної РНК (мРНК) і використовуючи цю інформацію для синтезу певних амінокислотних послідовностей.

Який розмір рибосом?

Рибосоми відрізняються за розміром залежно від організму і типу клітин, але зазвичай вони мають діаметр від 20 до 30 нанометрів.

Чи є рибосоми у всіх живих клітинах?

Так, рибосоми присутні у всіх живих клітинах, включаючи бактерії, археї та еукаріоти.

Як синтезуються рибосоми?

Рибосоми синтезуються в процесі, який називається біогенезом рибосом. Цей процес включає збірку молекул рибосомної РНК (рРНК) з рибосомальними білками з утворенням двох субодиниць рибосоми.

Які дві субодиниці рибосом?

Рибосоми мають велику субодиницю та малу субодиницю, кожна з яких складається з різних молекул РНК та білків.

Яка різниця між прокаріотичними та еукаріотичними рибосомами?

Прокаріотичні рибосоми менші та простіші за еукаріотичні рибосоми, але вони все ще здатні синтезувати білки. Крім того, прокаріотичні рибосоми мають інший склад РНК і білків, ніж еукаріотичні рибосоми.

Як рибосоми перетворюють генетичну інформацію в білки?

Рибосоми зчитують послідовність нуклеотидів у молекулах мРНК і використовують цю інформацію для синтезу певних амінокислотних послідовностей. Цей процес включає залучення специфічних молекул транспортної РНК (тРНК), які переносять амінокислоти до рибосоми, де вони додаються до зростаючого білкового ланцюга.

Яка роль рибосом у синтезі білка?

Рибосоми відповідають за синтез білків шляхом зчитування послідовності нуклеотидів у молекулах мРНК і використання цієї інформації для синтезу певних амінокислотних послідовностей.

Чи можна знайти рибосоми поза клітинами?

Рибосоми зазвичай знаходяться всередині клітин, але в деяких випадках вони можуть вивільнятися в позаклітинне середовище або зв’язуватися з клітинними мембранами.

Яка роль рибосом у стійкості до антибіотиків?

Рибосоми є звичайною мішенню для антибіотиків, і мутації в рибосомній РНК або рибосомних білках можуть призвести до стійкості бактерій до антибіотиків.

Які захворювання або розлади пов’язані з рибосомами?

Рибосомальна дисфункція причетна до ряду захворювань і розладів людини, включаючи деякі типи анемії та раку.

Чи можна використовувати рибосоми в біотехнології чи медицині?

Рибосоми використовуються в біотехнології для синтезу білків для різних застосувань, і вони також вивчаються як потенційна мішень для нових антибіотиків.

Як рибосоми пов’язані з ендоплазматичним ретикулумом (ЕР)?

В еукаріотичних клітинах рибосоми можна знайти прикріпленими до ендоплазматичної сітки, де вони синтезують білки, які призначені для секреції або інтеграції в клітинну мембрану. Цей процес відомий як котрансляційна транслокація.

1. Нобелівська премія Outreach AB. (1974). Джордж Е. Палейд – Факти. Отримано з https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1974/palade/facts/
2. МакКвілен, К., Робертс, Р. Б., Бріттен, Р. Дж. (1959). СИНТЕЗ НАСЦЕНТНОГО БІЛКА РИБОСОМАМИ ESCHERICHIA COLI. Праці Національної академії наук Сполучених Штатів Америки, 45(9), 1437–1447. https://doi.org/10.1073/pnas.45.9.1437
3. Noller, HF, Hoffarth, V., & Zimniak, L. (червень 1992). Незвичайна стійкість пептидилтрансферази до процедур екстракції білка. Наука, 256 (5062), 1416–9. https://doi.org/10.1126/science.1604315
4. Noller, HF (2012). Еволюція синтезу білка зі світу РНК. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 4(4), a003681. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a003681
5. Бірма, DP (1992). Світ РНК і рибосоми. Актуальна наука, 63 (9/10), 550–560. Отримано з http://www.jstor.org/stable/24094570
6. Palade, GE (січень 1955). Невеликий частинковий компонент цитоплазми. Журнал біофізичної та біохімічної цитології, 1 (1), 59–68. https://doi.org/10.1083/jcb.1.1.59
7. Kurland, CG (1960). Молекулярна характеристика рибонуклеїнової кислоти з рибосом Escherichia coli. Журнал молекулярної біології, 2(2), 83–91. https://doi.org/10.1016/s0022-2836(60)80029-0
8. Wilson, DN, & Doudna Cate, JH (травень 2012). Будова і функції еукаріотичної рибосоми. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 4(5), a011536. https://doi.org/10.1101/cshperspect.a011536
9. Каллен, К.Е. (2009). Архейні рибосоми. В Енциклопедії наук про життя (с. 1–5). Нью-Йорк: наявні факти. https://doi.org/10.1002/9780470015902.a0000293.pub3
10. Шмітт, Е., Куре, П.Д., Казан, Р., Буржуа, Г., Лазенек-Шурдевін, К., & Мечулам, Ю. (2020). Останні досягнення в ініціації архейського перекладу. Frontiers in Microbiology, 11, 584152. https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.584152
11. Альбертс, Б. та ін. (2002). Молекулярна біологія клітини (4-е вид.). Гірляндна наука. ISBN 978-0-8153-3218-3.
12. Вілсон, Д.Н. (2013). Антибіотики, спрямовані на рибосоми, і механізми стійкості бактерій. Nature Reviews Microbiology, 12, 35-48.