Рибосома

Від | 20.02.2025
0 Коментарів

Рибосома — це немембранна органела в клітині, яка є ключовим компонентом синтезу білків. Вона функціонує як молекулярна машина, що “зчитує” інформацію з матричної РНК (мРНК) і з’єднує амінокислоти в поліпептидні ланцюги відповідно до генетичного коду. Ось докладний опис рибосоми з хімічної, структурної, біологічної та функціональної точок зору.

Хімічна структура

  • Склад: Рибосоми складаються з рибосомної РНК (рРНК) і білків у приблизному співвідношенні 60:40 у еукаріотів (у прокаріотів ~65:35).
  • Компоненти:
  1. рРНК: Основний структурний і функціональний елемент, забезпечує каркас і каталітичну активність.
  2. Білки: Допомагають у збиранні, стабілізації та координації процесу трансляції.
  • Молекулярна маса: Залежить від типу:
  • Прокаріотичні (70S): ~2.5 МДа.
  • Еукаріотичні (80S): ~4.0 МДа.

Структурна організація

  • Субодиниці:
  • Рибосома складається з двох субодиниць, які об’єднуються під час трансляції:
    • Мала субодиниця: Зчитує мРНК.
    • Велика субодиниця: Каталізує утворення пептидних зв’язків.
  • Прокаріоти (70S):
    • Мала (30S): 16S рРНК + 21 білок.
    • Велика (50S): 5S і 23S рРНК + 34 білки.
  • Еукаріоти (80S):
    • Мала (40S): 18S рРНК + 33 білки.
    • Велика (60S): 5S, 5.8S, 28S рРНК + 49 білків.
  • Одиниця “S” (Сведберга) відображає швидкість седиментації, а не масу.
  • Функціональні центри:
  • A-сайт (аміноацильний): Місце приєднання тРНК із амінокислотою.
  • P-сайт (пептидильний): Місце утримання зростаючого поліпептидного ланцюга.
  • E-сайт (вихідний): Місце вивільнення тРНК після віддачі амінокислоти.
  • Пептидилтрансферазний центр: Розташований на великій субодиниці, каталізує пептидний зв’язок (рРНК виконує ферментативну роль — рибозим).
  • Просторова структура:
  • Складна тривимірна форма з тунелями для мРНК і тРНК.
  • рРНК утворює каркас, а білки заповнюють поверхню та стабілізують.

Локалізація в клітині

  • Вільні риබосоми: У цитоплазмі синтезують білки для внутрішньоклітинного використання (наприклад, ферменти).
  • Мембранозв’язані рибосоми: Прикріплені до грубого ендоплазматичного ретикулуму (ER), синтезують білки для секреції чи мембран.
  • У мітохондріях і хлоропластах: Власні рибосоми (70S), подібні до бактеріальних, синтезують частину органельних білків.

Функція: Синтез білків (трансляція)

Процес синтезу білка (трансляція) проходить у три етапи:

1. Ініціація:

  • Мала субодиниця зв’язується з мРНК у стартовому кодоні (AUG).
  • Ініціаторна тРНК (з метіоніном у еукаріотів або N-формілметіоніном у прокаріотів) приєднується до P-сайту.
  • Велика субодиниця приєднується, утворюючи функціональну рибосому.

2. Елонгація:

  • тРНК із амінокислотами послідовно приєднуються до A-сайту, відповідного кодону мРНК.
  • Пептидилтрансфераза каталізує зв’язок між амінокислотами (з P-сайту на A-сайт).
  • Рибосома переміщується вздовж мРНК (трансляція на 1 кодон = 3 нуклеотиди), тРНК із E-сайту виходить.

3. Термінація:

  • При досягненні стоп-кодону (UAA, UAG, UGA) фактори вивільнення (RF) розпізнають його.
  • Поліпептид від’єднується, рибосома розпадається на субодиниці.
  • Швидкість: У прокаріотів — до 20 амінокислот/с, в еукаріотів — 5-10 амінокислот/с.

Регуляція

  • Фактори трансляції:
  • Ініціаційні (IF, eIF), елонгаційні (EF, eEF), термиінаційні (RF, eRF).
  • Інші регулятори: Фосфорилювання рибосомних білків, мікроРНК, що пригнічують мРНК.
  • Полірибосоми (полісоми): Кілька рибосом одночасно транслюють одну мРНК для швидкого синтезу.

Біологічна роль

  1. Синтез білків: Усі білки клітини (ферменти, структурні, сигнальні) синтезуються рибосомами.
  2. Гомеостаз: Забезпечують оновлення білків (наприклад, гемоглобіну в еритроцитах).
  3. Адаптація: Регулюють синтез залежно від потреб клітини (наприклад, при стресі).

Походження

  • Прокаріотичні рибосоми (70S): Еволюційно древніші, менші, чутливі до антибіотиків (тетрациклін, стрептоміцин).
  • Еукаріотичні рибосоми (80S): Більші, складніші, менш чутливі до бактеріальних антибіотиків.
  • Мітохондріальні/хлоропластичні: 70S-тип, підтверджують ендосимбіотичну теорію.

Патології

  • Рибосомопатії:
  • Діаманта-Блекфана анемія: Дефект рибосомних білків, порушення синтезу гемоглобіну.
  • Дисфункція при раку: Надлишковий синтез рибосом у пухлинних клітинах.
  • Антибіотики: Блокують прокаріотичні рибосоми (еритроміцин зв’язується з 50S).

Методи дослідження

  • Седиментація: Визначення розміру (S).
  • Кристалографія: Розшифровка 3D-структури (Нобелівська премія 2009 — Венкатраману Рамакрішнану та ін.).
  • Електронна мікроскопія: Візуалізація полісом.

Цікаві факти

  • Рибосоми становлять ~25% маси клітини в активно синтезуючих тканинах (наприклад, печінці).
  • У бактерії E. coli до 20,000 рибосом, у людській клітині — до кількох мільйонів.
  • рРНК, а не білки, є головним каталізатором пептидного зв’язку, що робить рибосому рибозимом.
Переглядів: 22