Структурно-биохимическая организация рибосом, их роль в синтезе белка

Рибосомы имеются в любой клетке. По количеству они преобладают над всеми органоидами. Количество рибосом определяет общую интенсивность синтеза белка. Диаметр одной рибосомы примерно 10 – 20 нм. Форма и детальные очертания рибосом из разнообразных организмов и клеток очень похожи и отличаются в далях.

Рибосомы – это сложные рибонуклеопротеидные частицы, в состав которых входят несколько мелких индивидуальных не повторяющихся белков и несколько молекул РНК.

Рибосомы эукариот и прокариот обладают общими принципами организации и функционирования, но отличаются своими размерами и молекулярными характеристиками. Рибосомы прокариот имеют константу седиментации 70S (50S+30S).

Эукариотические рибосомы так же состоят из двух субъединиц. 80S (60S+40S).

 

Полная работающая рибосома состоит из двух неравных субъединиц, который легко диссоциируют на большую и малую. Размер составляет 20 – 17 – 17 нм.

Малая рибосомная субъединица имеет палочковидную форму и несколько необольших выступов. Размеры ее 23*12. Большая субъединица похожа на полусферу с 3 выступами.

При объединении в полную 70S(80S) рибосому малая субъединица входит в большую, формируется округлая.

Рибосомы прокариот: В состав малой субъединица прокариот входит одна молекула РНК с константой седиментации 16S (1500- 1600 нуклеотидов) и 21 индивидуальный белок.

В состав большой субъединицы входит уже две молекулы РНК(23S и 5S) и 34 индивидуальных белка.

Рибосомы эукариот: В состав малой субъединицы входит 1РНК 18S и 33-40 белковых молекул.

В большую 28S РНК, 5,8 S РНК и 5S РНК и 40-50 белков.

Рибосомные РНК обладают сложной вторичной и третичной структурой. Самоупаковка в сложные белковые тела. Благодаря наличию ионов магния и кальция рибосомы распадаются.

Почти все белки уникальные (1 молекула на рибосому).

Функции белков – входят в состав активных центров рибосом.

Активные центры рибосом:

Участок взаимодействующий с иРНК;

Участок инициирующий тРНК (аминоацил тРНК);

Активный центр образования пептидных связей;

Пептидил тРНК (несет растущую цепь полипептидов).

 

Для синтеза рибосома должна иметь:

Программу (задает последовательность). Закадирована в ядерной ДНК.

Материал (вещество, АМК).

Энергию.

На ДНК синтезируются все молекулы РНК.

 

Транскрипция – синтез РНК по принципу комплиментарности на матрице одной цепи ДНК. Фермент – ДНК-зависимая-РНК-полимераза. Язык триплетов ДНК переводится на язык кодонов иРНК.

В результате транскрипции синтезируются тРНК, иРНК, рРНК, которые через поры ядра выходят.

Трансляция – передача, синтез полипептидных цепей на матрице рибосомы.

 

Этап. Инициация.

В цитоплазме на 1 из концов иРНК вступает рибосома. Молекулы тРНК, транспортируют АМК, соединяются с рибосомой, прикрепляются к началу цепи иРНК (кодон АУГ).

Рядом с первой тРНК присоединяется вторая тРНК с АМК. Если антикодон АМК комплиментарен кодону иРНК, то образуется пептидная связь. Потом тРНК покидает рибосому, а иРНК в рибосоме перемещается на 1 кодон.

Этап. Элонгация (удлинение цепи).

Рибосома перемещается по иРНК, прерывисто, кодон за кодоном. тРНК взаимодействуют антикодонами с кодоном иРНК. При установлении комплиментарной связи рибосома перемещается еще на 1 кодон. Фермент сшивает вторую и третью АМК, образуется полипептидная цепь. Т.е. в полипептидной цепи АМК соединены в последовательности, заданной иРНК.

Этап. Детерминация (окончание).

Трансляция 1 из 3 стоп-кодонов (УАА, УАГ, УГА).Синтез тормозится, рибосома соскакивает с иРНК.

 

Постоянно происходят мутации. На молекулярном уровне генные. Повреждения в молекуле ДНК. Затрагивают 1 или несколько нуклеотидов.

Сдвиг рамки считывания. Выпадение/вставка одного или нескольких пар нуклеотидов. Изменяются кодоны, что приводит к синтезу других АМК. Это составляет 80% всех мутаций. К ним относятся так же «нонсенс-мутации». Проявление кодонов-терминаторов. Они приводят к остановке синтеза белка. Это приводит к изменению индивидуального развития или гибели.

В зависимости от природы АМК (выпадение или вставка) и их функций изменяется жизнеспособность организмов.

Генные мутации с заменой основания.

Транзиция (пурин заменяется на пурин или пиримидин на пирмидин);

Трансверсия (пурин на пиримидин, или пиримидин на пурин).

Пример. Серповидно-клеточная анемия. Наследственное нарушение структуры гемоглобина. В иРНК (ГАА заменяется на ГУА). Эта замена изменяет поверхность гемоглобина. Приводит к анемии (нехватке эритроцитов).

Значимость мутаций не одинакова. Молчащие мутации не оказывают видимого изменения.

Мутации, которые ведут к потере функций белка и гибели клетки – нонсенс-мутации.

Качественные изменения иРНК ведут к изменению признаков организма

Гипотезы происхождения эукариотической клетки и основных компартментов эукариотических клеток.