Рибосомы - органеллы белкового синтеза, состоят из рРНК и белка (оттуда название, от лат. Soma - тело). Находятся в прокариотических и эукариотических клетках, за исключением эритроцитов млекопитающих. 3 Учитывая массу и распространения различают два вида рибосом:
(1) малые рибосомы, которые содержатся у прокариот, а также в пластидах и митохондриях эукариот. Они имеют массу в среднем около 2,5 х106 дальтонов (d) и постоянную седиментации Сведберга 70s. Такие рибосомы не подключен к мембранам и имеют диаметр 15 нм;
(2) большие рибосомы, которые содержатся в цитоплазме клеток эукариотического типа. Их масса составляет 4,8 х106 d, и постоянная седиментации 80s. Такие рибосомы диаметром около 22 нм, обычно связаны с мембранами эндоплазматической сети и составляют вместе с ней гранулярную эндоплазматическая сеть.
Структурная организация рибосом всех названных групп принципиально одинакова. Рибосома состоит из двух субъединиц (субчастицы): большой и малой. В рибосомах эукариот они константу седиментации Сведберга 60s i 40s. В нативном виде не все субчастицы соединяются в целые рибосомы, а находятся в динамическом равновесии: 80s « 60s +40 s.
Большая субъединица рибосомы имеет вид треугольника, трапеции или ковша с диаметром в 15-18 нм, меньше - напоминает телефонную трубку с диаметром 14-16 нм. Присоединяются обе субъединицы поперечными сторонами с помощью ионов магния (Mg2 +), а между ними остается узкая щель.
Химическая организация рибосом. Рибосомы содержат виcокополимерну рибосомальной РНК (рРНК) и белок: 40-60 % рРНК и 60-40 % белка. В рибосомах находится около 80-90 % всей РНК клетки. Каждая субъединица содержит по одной или две молекуле рРНК в виде клубка или тяжа, плотно упакованного белками, создавая рибонуклеопротеид (РНП). При снижении концентрации ионов магния в растворе может наступить изменение конформации РНК и развертывания тяжа. Кроме этого, в рибосомах обнаружены катионы кальция.
Рибосомальные РНК имеют характерную вторичную структуру, создается за счет особых участков - шпилек, образованных комплементарно связанными нуклеотидами. В состав рибосом входят полиамины (диаминопропан, кадаверин, путресцин). Структурные белки рРНК имеют щелочные свойства, содержат оснóвни аминокислоты, а ферментативные - кислые.
Полирибосомы (сокращенно, полисомы, от греч. Poli - много и soma - тело) - это комплекс, образованный из иРНК и рибосомы (от 5 до 70), нанизанных на нить информационной РНК (иРНК) толщиной 1,5 нм, которая обеспечивает передачу генетической информации с ДНК на синтез белка. Нетранслюючи, неработающие рибосомы постоянно обмениваются субъединицами. Собираются только в момент работы и формируют полисомы. Итак, полисомы - это структуры временного характера, связанные с периодичностью процессов синтеза белка (рис. 2.19).
Локализация рибосом (полисом). Рибосомы могут располагаться в цитоплазме клетки одиночно, тогда они функционально неактивны. Сбор рибосом на иРНК происходит в начале синтеза белка. Полисомы могут быть свободно размещенными в цитоплазме или прикрепленными к внешней поверхности эндоплазматической сети и кариолемы. Тогда имела субъединица рибосомы соединяется с иРНК, а большая может присоединяться к мембранам эндоплазматической сети. После завершения синтеза одного полипептида рибосомы могут вновь диссоциировать.
Полисомы НЕ агрегированные с мембраной в клетках с недостаточно развитой эндоплазматической сетью (овоциты), размещаются в один ряд или образуют розетки или спирали. Ядерные рибосомы находятся в сочетании с нитевидными структурами, из которых состоят окончательные хромосомы в интерфазном ядре. Рибосомы обнаружены также в митохондриях и пластидах.
Количество рибосом (полисом) зависит от метаболической активности клетки. Особенно много полисом есть в клетках, которые быстро делятся, и в таких, продуцирующие большое количество белков на экспорт. Количество рибосом в таких клетках может достичь 50 тысяч, что составляет около 25 % массы всей клетки (например, в печеночной клетке).
Функции рибосом - трансляция, то есть считывания кода матричной (инфоромационно) РНК и сбора полипептида. Путем введения меченых аминокислот выявлено, что в рибосомах происходит синтез белков. Полипептидные молекулы белка синтезируются таким образом, что определенные аминокислоты в рибосоме соединяются друг с другом в соответствующей последовательности. Поэтому информационная РНК, которая в виде кодонов (триплетов), кодирует порядок размещения аминокислот, должна перемещаться по рибосоме по мере присоединения очередной аминокислоты к предыдущей. Чем больше рибосом содержит полисома, тем больше молекул полипептидов будет синтезироваться на ней одновременно. На малой субъединицы рибосомы в месте ее контакта с большой находится иРНК - связывающая участок, а также участок, содержащее аминоацил - тРНК. Между двумя участками рибосомы находится центр, который катализирует образование пептидных связей.
Важную роль в синтезе белка играет транспортная РНК (синонимы: тРНК, растворимый РНК, или РНК- переносчик), функция которой состоит в том, чтобы из фонда аминокислот, образованных клеткой, выбрать "нужную" и вместе с ней направиться к рибосомы. Транспортная РНК имеет вид листочка (рис. 2.20), черешок которого в каждой тРНК имеет такой же триплет нуклеотидов - ЦЦА. Этот участок служит для прикрепления аминокислоты, образование аминоацил - тРНК. Второй участок " познает " " свою" аминокислоту, которая и прикрепляется к первому участку тРНК. Третий участок - это антикодон (триплет нуклеотидов), с помощью которого тРНК, нагруженная аминокислотой, помещает ее на соответствующее место - кодон в иРНК, спарюючись с ним, по принципу комплементарности. Четвертый участок тРНК узнает рибосому на иРНК и прикрепляется к ней.
Синтез белка на рибосомах начинается с прикрепления рибосомы (ее малой субъединицы) к определенному участку иРНК. Дальше в рибосому вступает тРНК с аминокислотой (аминоацил - тРНК) и своим антикодоном (триплетом нуклеодитив) контактирует с комплементарным ему кодоном на иРНК. Тогда тРНК отсоединяется и рибосома вместе с аминокислотой перемещается на следующую позицию (движение иРНК и рибосомы является встречным). В рибосоме предыдущей аминокислоты присоединяется следующая в составе аминоацил - тРНК путем образования пептидной связи. На каждом этапе происходит присоединение к рибосомы аминоацил - тРНК опять же по принципу комплементарности - антикодон тРНК к соответствующему кодона иРНК. Как только аминокислоты соединяются между собой, тРНК отпадает. И так процесс синтеза белковой цепочки продолжается и завершается освобождением олиго - или полипептида от рибосомы. Рибосома, которая закончила уборку пептидной цепочки диссоциирует (разъединяется) на субъединицы и может вновь присоединяться на освободившееся место в иРНК.
Считают, размещенные свободно в гиалоплазме полисомы синтезируют белок для нужд самой клетки. Прикрепленные к мембранам гранулярной эндоплазматической сети полисомы синтезируют белок на экспорт для экзоцитоза, т.е. выведение его за пределы клетки (клетка печени синтезирует белки плазмы крови, В- лимфоциты и плазмоциты - g - глобулины). При росте молодых клеток количество рибосом увеличивается. В процессе метаболизма белки цитоплазмы постоянно обновляются, синтезируясь на полисомах. Рибосомы осуществляют также синтез специальных белков, таких как гемоглобин у предшественников эритроцитов.
Образование рибосом. Рибосомы у эукариот синтезируются в ядрышке. Матрицей для рРНК есть участки ДНК. Выделяют несколько этапов образования рибосом с соответствующими названиями: (1) еосомы (с греч. Eos - ранняя звезда, начало) образуются на начальном этапе, когда в ядрышке на ДНК синтезируется только рРНК; (2) неосомы (с греч. Neos - новый) - это комплексы рРНК - белок, подвергающихся многоступенчатую процедуре созревания и как готовые субъединицы попадают в цитоплазму и там при участии Mg2 + на иРНК соединяются в (3) рибосомы. Нанизываясь на нить иРНК, образуют полирибосомы (полисомы). В прокариот рибосомы образуются в цитоплазме в результате простой агрегации компонентов.
Таким образом, формирование полисом происходит при участии иРНК, которая синтезируется в ядре на еухроматинових участках хромосом и через поровые комплексы попадает в цитоплазму. На ней и нанизываются рибосомы с участием ионов магния. Так формируются комплексы, синтезирующие белок.