Рибосома. Функции, строение. Полирибосома

Рибосомы обильно наполняют клетки, ведущие интенсивный белковый синтез. В бактериальной клетке они рассеяны по всей протоплазме, составляя до 30%, а иногда и более, ее сухой массы; на одну бактериальную клетку приходится грубо 10⁴ рибосом. В эукариотических клетках относительное содержание (концентрация) рибосом меньше, и их количество очень сильно варьирует в зависимости от белоксинтезирующей активности соответствующей ткани или отдельной клетки.

Основная масса рибосом локализована в цитоплазме.

Все рибосомы цитоплазматического матрикса (как мембраносвязанные, так и свободные) образуются в ядрышке эукариотической клетки и соответственно обнаруживаются также в этом компартменте клеточного ядра; считается, что в ядрышке они неактивны.

Имеется два главных типа рибосом в живой природе. Всем прокариотическим организмам, включая грамположительные и грамотрицательные эубактерии, актиномицеты и синезеленые водоросли, а также архебактерии (метабактерии), свойственны 70S рибосомы. Они характеризуются седиментационным коэффициентом около 70S. Их молекулярная масса составляет около 2,5 • 10⁶ дальтон, а линейные размеры (средний диаметр) в лиофильно-высушенном состоянии около 20—25 нм.

По химическому составу они - чистые рибонуклеопротеиды, т. е. состоят только из РНК и белка.

Цитоплазма клеток всех эукариотических организмов, включая животных, грибы, растения и простейших, содержит несколько более крупные 80S рибосомы. Их линейные размеры от 25 до 30 нм. Они также включают только два типа биополимеров — РНК и белок, но содержание белка в них существенно больше, чем в прокариотических рибосомах; соотношение масс РНК: белок около 1:1.

Синтез белка рибосомой

Биосинтез белков осуществляется во всех клетках про- и эукариот. Информация о первичной структуре (порядке аминокислот) белковой молекулы закодирована последовательностью нуклеотидов в соответствующем участке молекулы ДНК — гене. Ген— это участок молекулы ДНК, определяющий порядок аминокислот в молекуле белка. Следовательно, от порядка нуклеотидов в гене зависит порядок аминокислот в полипептиде, т.е. его первичная структура, от которой в свою очередь зависят все другие структуры, свойства и функции белковой молекулы. Система записи генетической информации в ДНК (и-РНК) в виде определенной последовательности нуклеотидов называется генетическим кодом. Т.е. единица генетического кода (кодон) — это триплет нуклеотидов в ДНК или РНК, кодирующий одну аминокислоту.

Для того, чтобы синтезировался белок, информация о последовательности нуклеотидов в его первичной структуре должна быть доставлена к рибосомам. Этот процесс включает два этапа – транскрипцию и трансляцию.

Транскрипция (переписывание) информации происходит путем синтеза на одной из цепей молекулы ДНК одноцепочной молекулы РНК, последовательность нуклеотидов которой точно соответствует последовательности нуклеотидов матрицы – полинуклеотидной цепи ДНК.

Второй этап в биосинтезе белка — трансляция — это перевод последовательности нуклеотидов в молекуле и-РНК в последовательность аминокислот в полипептиде.

В цитоплазме на один из концов и-РНК (а именно на тот, с которого начинается синтез молекулы в ядре) вступает рибосома и начинается синтез полипептида. По мере продвижения по молекуле РНК рибосома транслирует триплет за триплетом, последовательно присоединяя аминокислоты к растущему концу полипептидной цепи. Точное соответствие аминокислоты коду триплета и - РНК обеспечивается т - РНК.

Одна рибосома способна синтезировать полную полипептидную цепь. После завершения синтеза полипептидная цепочка отделяется от матрицы – молекулы и-РНК, сворачивается в спираль и приобретает свойственную ей (вторичную, третичную или четвертичную) структуру.

Нередко по одной молекуле и-РНК движется несколько рибосом. Продвигаясь вдоль матричного полинуклеотида от 5'-конца к 3'-концу, рибосома через какое-то время освободит 5'-концевой участок матрицы. Тогда этот участок может начать считывать другая рибосома. Так же отойдя от 5'-концевой части, она предоставит возможность начать считывание третьей рибосоме. Идя вдоль матрицы друг за другом, ряд рибосом оказываются читающими одну и ту же информацию и, следовательно, синтезирующими идентичные полипептидные цепи, но находящимися на разных стадиях формирования полипептида. Такая структура, где матричный полинуклеотид ассоциирован со многими транслирующими рибосомами, получила название полирибосомы.