Зміст
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.
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.
У міру закінчення рибосомами їх роботи починаються процеси переробки (або 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.
Примітка 1Існують 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:
- 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.
- Сам код міститься у триплеті нуклеотидів. Термін «триплет» використовується невипадково: вказівку на амінокислоту несуть три, з’єднані разом, нуклеотиду.
Приклад 1
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.
- 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 рибосом
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.
Примітка 2Спостерігаючи 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.
Примітка 3Деякі 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 окремому 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.
Попри те що, що це клітинні білки утворюються рибосомами, розмір цих органел вкрай 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 освіти 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 ланцюгів шляхом додавання амінокислот, виглядають так:
