Что такое рибосомы в биологии краткое определение
Рибосома
Рибосо́ма — важнейший немембранный органоид живой клетки сферической или слегка эллипсоидной формы, диаметром от 15—20 нанометров (прокариоты) до 25—30 нанометров (эукариоты), состоящий из большой и малой субъединиц. Рибосомы служат для биосинтеза белка из аминокислот по заданной матрице на основе генетической информации, предоставляемой матричной РНК, или мРНК. Этот процесс называется трансляцией.
В эукариотических клетках рибосомы располагаются на мембранах эндоплазматической сети, хотя могут быть локализованы и в неприкрепленной форме в цитоплазме. Нередко с одной молекулой мРНК ассоциировано несколько рибосом, такая структура называется полирибосомой (полисомой). Синтез рибосом у эукариот происходит в специальной внутриядерной структуре — ядрышке.
Рибосомы представляют собой нуклеопротеид, в составе которого отношение РНК/белок составляет 1:1 у высших животных и 60-65:35-40 у бактерий. Рибосомная РНК составляет около 70 % всей РНК клетки. Рибосомы эукариот включают четыре молекулы рРНК, из них 18S, 5.8S и 28S рРНК синтезируются в ядрышке РНК полимеразой I в виде единого предшественника (45S), который затем подвергается модификациям и нарезанию. 5S рРНК синтезируется РНК полимеразой III в другой части генома и не нуждаются в дополнительных модификациях. Почти вся рРНК находится в виде магниевой соли, что необходимо для поддержания структуры; при удалении ионов магния рибосома подвергается диссоциации на субъединицы.
Константа седиментации (скорость оседания в ультрацентрифуге) рибосом эукариотических клеток равняется 80S (большая и малая субъединицы 60S и 40S, соответственно), бактериальных клеток (а также митохондрий и пластид) — 70S (большая и малая субъединицы 50S и 30S, соответственно).
Содержание
История исследований рибосомы
В начале 2000-х появились атомные структуры отдельных субъединиц, а также полной рибосомы, связанной с различными субстратами, которые позволили понять механизм декодинга (распознавания антикодона тРНК, комплементарного кодону мРНК) и детали взаимодействий между рибосомой, антибиотиками, тРНК и мРНК.
Нобелевская премия по химии 2009 года получена за определение структуры прокариотической рибосомы учёным из Великобритании Венкатраманом Рамакришнаном, американцем Томасом Стейцем и израильтянкой Адой Йонат. В 2010 году в лаборатории Марата Юсупова была определена трехмерная структура эукариотической рибосомы. [3]
В 2009 году канадские биохимики Константин Боков и Сергей Штейнберг из Монреальского университета, исследовав трёхмерную структуру рибосомной РНК современных бактерий E.coli, пришли к выводу, что рибосомы могли сформироваться в результате постепенной эволюции из очень простой маленькой молекулы РНК — «проторибосомы», способной катализировать реакцию соединения двух аминокислот. Все остальные структурные блоки рибосомы последовательно добавлялись к проторибосоме, не нарушая её структуру и постепенно повышая эффективность её работы. [4]
Механизм трансляции
Трансляция — синтез белка рибосомой на основе информации, записанной в матричной РНК (мРНК). мРНК связывается с малой субъединицей рибосомы, когда происходит узнавание 3′-концом 16S рибосомной РНК комплементарной последовательности Шайн-Далгарно, расположенной на 5′-конце мРНК (у прокариот), а также позиционирование стартового кодона (как правило, AUG) мРНК на малой субъединице. У эукариот малая субчастица рибосомы связывается также с помощью кэпа, на конце мРНК. Ассоциация малой и большой субъединиц происходит при связывании формилметионил-тРНК (fMET-тРНК) и участии факторов инициации (IF1, IF2 и IF3 у прокариот; их аналоги и дополнительные факторы участвуют в инициации трансляции у эукариотических рибосом). Таким образом, распознавание антикодона (в тРНК) происходит на малой субъединице.
После образования пептидной связи, полипептид оказывается связанным с тРНК, находящейся в А-сайте. На следующем этапе деацилированная тРНК двигается из Р-сайта в Е-сайт (exit-), а пептидил-тРНК из А- в Р-сайт. Этот процесс называется транслокацией и происходит при участии фактора EF-G. тРНК, комплементарная следующему кодону мРНК, связывается с А-центром рибосомы, что ведет к повторению описанных шагов. Стоп-кодоны (UGA, UAG и UAA) сигнализируют об окончании трансляции. Процесс окончания трансляции и освобождения готового полипетида, рибосомы и мРНК, называется терминацией. У прокариот он происходит при участии факторов терминации RF1, RF2, RF3 и RRF.
Строение функция рибосома
Строение функция рибосома
Строение функция рибосома
Рибосомы — это важнейшие компоненты клеток как прокариот, так и эукариот. Строение и функции рибосом связаны с синтезом белка|белка в клетке, т. е. процессом трансляции.
По химическому составу рибосомы представляют собой рибонуклеопротеиды, т. е. состоят из РНК и белков. В рибосомы входит только один тип РНК – рРНК (рибосомальная РНК). Однако существует 4 разновидности её молекул.
По строению рибосомы — это мелкие, округлой формы, немембранные органоиды клетки. Их количество в разных клетках варьирует от тысяч до нескольких миллионов. Рибосома — это не монолитная структура, она состоит из двух частиц, которые называют большой и малой субъединицами.
В клетках эукариот большинство рибосом прикреплено к ЭПС, в результате чего последняя становится шероховатой.
Большая|Большая часть рРНК, составляющая рибосомы, синтезируется в ядрышке. Ядрышко образуют определённые участки разных хромосом, содержащие множество копий генов, на которых синтезируется предшественник молекул рРНК. После синтеза предшественника он видоизменяется и распадается на три части — разные молекулы рРНК.
Одна из четырёх типов молекул рРНК синтезируется не в ядрышке, а в ядре на других участках хромосом.
В ядре происходит сборка отдельных субъединиц рибосом, которые затем выходят в цитоплазму, где при синтезе белка|белка объединяются.
По строению обе субъединицы рибосом представляют собой молекулы рРНК, которые принимают определённые третичные структуры (сворачиваются) и инкрустируются десятками различных белков. При этом в состав большой субъединицы рибосом входит три молекулы рРНК (у прокариот — две), а в состав малой — только одна.
Единственная функция рибосом — это обеспечение возможности протекания химических реакций при биосинтезе белка|белка в клетке. Матричная РНК, транспортные РНК, множество белковых факторов в рибосоме занимают определённые положения, что даёт возможность эффективно протекать химическим реакциям.
При объединении субъединиц в рибосоме образуются «места|места» – сайты. Рибосома движется по мРНК и «считывает» кодон за кодоном. В один сайт поступает тРНК с присоединённой к ней аминокислотой, в другом – находится ранее прибывшая тРНК, к которой прикреплена ранее синтезированная полипептидная цепочка. В рибосоме между аминокислотой и полипептидом образуется пептидная связь. В результате полипептид оказывается на «новой» тРНК, а «старая» покидает рибосому. На её место смещается оставшаяся тРНК вместе со своим «хвостом» (полипептидом). Рибосома сдвигается по мРНК вперёд на один триплет, и к нему присоединяется комплементарная тРНК и т. д.
По одной цепи мРНК могут двигаться друг за другом|другом несколько рибосом, образуя полисому.
Видео по теме : Строение функция рибосома
Строение функция рибосома
Каждая клетка любого организма имеет сложную структуру, включающую в себя множество компонентов.
Вкратце о строении клетки
Она состоит из мембраны, цитоплазмы, органоидов, которые в них расположены, а также ядра|ядра (кроме прокариотов), в котором находятся молекулы ДНК. Кроме того, над мембраной имеется дополнительная защитная структура. В животных клетках это гликокаликс, во всех остальных — клеточная стенка. У растений она состоит из целлюлозы, у грибов — из хитина, у бактерий — из муреина. Мембрана состоит из трёх слоёв: двух фосфолипидных и белкового между ними. В ней есть поры|поры, благодаря которым осуществляется перенос веществ внутрь и наружу. Возле каждой поры|поры расположены специальные транспортные белки|белки, которые пропускают в клетку только определённые вещества. Органоидами животной клетки являются:
Рибосома — это что?
Раз уж мы говорим о ней в данной статье, то вполне логично задать такой вопрос. Рибосома — это органоид, который может быть расположен на внешней стороне стенок комплекса Гольджи. Нужно уточнить ещё, что рибосома — это органоид, который содержится в клетке в очень больших|больших количествах. В одной может находиться до десяти тысяч.
Где находятся данные органоиды?
Итак, как уже говорилось, рибосома — это структура, которая находится на стенках комплекса Гольджи. Также она может свободно передвигаться|передвигаться по цитоплазме. Третий вариант, где может располагаться рибосома — мембрана клетки. И те органоиды, которые находятся в этом месте, практически не покидают его и являются стационарными.
Рибосома — строение
Как же выглядит данная органелла? Она похожа на телефон с трубкой. Рибосома эукариот и прокариот состоит из двух частей, одна из которых больше, другая — меньше. Но эти две её составляющие не соединяются вместе, когда она находится в спокойном состоянии. Это происходит только тогда, когда рибосома клетки непосредственно начинает выполнять свои функции. О функциях мы поговорим позже. Рибосома, строение которой описывается в статье, также имеет в своём составе информационную РНК и транспортную РНК. Данные вещества необходимы для того, чтобы записывать на них информацию о нужных клетке белках|белках. Рибосома, строение которой мы рассматриваем, не имеет собственной мембраны. Её субъединицы (так называются две её половины) ничем не защищены.
Какие функции выполняет в клетке данный органоид?
То, за что отвечает рибосома, — синтез белка|белка. Он происходит на основе информации, которая записана на так называемой матричной РНК (рибонуклеиновой кислоте). Рибосома, строение которой мы рассмотрели выше, объединяет свои две субъединицы только на время синтеза белка|белка — процесса под названием трансляция. Во время данной процедуры синтезируемая полипептидная цепь находится между двумя субъединицами рибосомы.
Где они формируются?
Рибосома — органоид, который создаётся ядрышком. Данная процедура происходит в десять этапов, на протяжении которых постепенно формируются белки|белки малой и большой субъединиц.
Каким образом происходит формирование белков?
Биосинтез белков происходит в несколько этапов. Первый из них — это активация аминокислот. Всего их существует двадцать, при комбинировании их разными методами можно получить миллиарды различных белков. На протяжении данного этапа из аминокислот формируется аминоалиц-т-РНК. Данная процедура невозможна без участия АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты|кислоты). Также для осуществления этого процесса необходимы катионы магния. Второй этап — это инициация полипептидной цепи, или процесс объединения двух субъединиц рибосомы и поставка к ней необходимых аминокислот. В данном процессе также принимают участие ионы магния и ГТФ (гуанозинтрифосфат). Третий этап называется элонгацией. Это непосредственно синтез полипептидной цепи. Происходит методом трансляции. Терминация — следующий этап — это процесс распада рибосомы на отдельные субъединицы и постепенное прекращение синтеза полипептидной цепочки. Далее идёт последний этап — пятый — это процессинг. На этой стадии из простой цепи аминокислот формируются сложные структуры, которые уже и представляют собой готовые белки|белки. В данном процессе участвуют специфические ферменты, а также кофакторы.
Структура белка|белка
Так как рибосома, строение и функции которой мы разобрали в этой статье, отвечает за синтез белков, то давайте рассмотрим подробнее их структуру. Она бывает первичной, вторичной, третичной и четвертичной. Первичная структура белка|белка — это определённая последовательность, в которой располагаются аминокислоты|аминокислоты, формирующие данное органическое соединение. Вторичная структура белка|белка представляет собой сформированные из полипептидных цепочек альфа-спирали и бета-складки. Третичная структура белка|белка предусматривает определённую комбинацию альфа-спиралей и бета-складок. Четвертичная же структура заключается в формировании единого макромолекулярного образования. То есть комбинации альфа-спиралей и бета-структур формируют глобулы либо фибриллы. По этому принципу можно выделить два типа белков — фибриллярные и глобулярные. К первым относятся такие, как актин и миозин, из которых сформированы мышцы. Примерами вторых могут служить гемоглобин, иммуноглобулин и другие. Фибриллярные белки|белки напоминают собой нить, волокно. Глобулярные больше похожи на клубок сплетённых между собой альфа-спиралей и бета-складок.
Что такое денатурация?
Каждый наверняка слышал это слово. Денатурация — это процесс разрушения структуры белка|белка — сначала четвертичной, затем третичной, а после — и вторичной. В некоторых случаях происходит и ликвидация первичной структуры белка|белка. Данный процесс может происходить вследствие воздействия на данное органическое вещество высокой температуры. Так, денатурацию белка|белка можно наблюдать при варке куриных яиц. В большинстве случаев этот процесс необратим. Так, при температуре выше сорока|сорока двух градусов начинается денатурация гемоглобина, поэтому сильная гипертермия опасна для жизни. Денатурацию белков до отдельных нуклеиновых кислот можно наблюдать в процессе пищеварения, когда с помощью ферментов организм расщепляет сложные органические соединения на более простые.
Вывод
Роль рибосом очень сложно переоценить. Именно они являются основой существования клетки. Благодаря данным органоидам она может создавать белки|белки, которые ей необходимы для самых разнообразных функций. Органические соединения, формирующиеся рибосомами, могут играть защитную роль, транспортную, роль катализатора, строительного материала для клетки, ферментативную, регуляторную (многие гормоны имеют белковую структуру). Поэтому можно сделать вывод, что рибосомы выполняют одну из самых важных функций в клетке. Поэтому их и так много — клетке всегда нужны продукты, синтезируемые данными органоидами.
Рибосома – определение, функция и структура
Определение рибосомы
Рибосома – это сложный клеточный механизм, используемый для трансляции генетический код в цепочки аминокислоты, Длинные цепочки аминокислот складываются и функционируют как белки в клетках.
Функция рибосомы
Функция рибосомы в любом клетка это производить белки. Белки используются практически во всех клеточных функциях; в качестве катализаторов они ускоряют время реакций, в качестве волокон они обеспечивают поддержку, и многие белки функционируют в конкретных задачах, таких как заключение контрактов. мускул клетки. Все белки начинаются как дезоксирибонуклеиновая кислота или ДНК. Специальный белок, РНК-полимераза является ферментом, который распознает последовательности в ДНК, связывается с ними с помощью других белков и создает новую информацию молекула который может путешествовать от ядра к цитозоль клетки. Нить рибонуклеиновой кислоты (РНК), продуцируемая РНК-полимеразой, обрабатывается на выходе из ядра, и области РНК, которые не кодируют белки, удаляются. Молекула теперь известна как мессенджер РНК или мРНК.
Каждая мРНК состоит из 4 различных нуклеиновых оснований, известных как нуклеиновые кислоты. Базовые пары «читаются» в виде серии по три, образуя кодоны. Каждый кодон указывает конкретную аминокислоту. Вся жизнь на Земле использует одни и те же 20 аминокислот, и кодоны, используемые для вызова этих аминокислот, почти универсальны. Кодон, который запускает все белки – «AUG». Это означает последовательность нуклеиновых оснований: аденин, урацил и гуанин соответственно. Специальная молекула РНК, которая может связываться с аминокислотами, известная как перенос РНК или тРНК, распознает эту последовательность и связывается с ней. Эта конкретная тРНК несет метиониновую аминокислоту. В зависимости от строящегося белка следующей аминокислотой может быть любая из двадцати.
Здесь начинается рибосома. Признавая структуру мРНК, связанной с тРНК, две субъединицы рибосомы (обсуждаемые ниже) могут объединиться, чтобы начать синтезировать белок из цепи мРНК. Рибосома действует как большой катализатор, образуя пептидные связи между аминокислотами. Использованная тРНК высвобождается обратно в цитозоль, поэтому она может связываться с другой аминокислотой. В конце концов, мРНК представит кодон рибосоме, что означает «стоп». Специальные белки отделят цепочку аминокислот от последней тРНК, и белок будет выпущен. Этот процесс синтеза нового белка изображен на изображении ниже:
Различные белки требуют различных модификаций и транспорта в различные области клетки, прежде чем они смогут функционировать. Рибосома, прикрепленная к эндоплазматическая сеть Например, отложит новообразованный белок внутрь, где он может быть далее модифицирован и правильно сложен. Другие белки образуются непосредственно в цитозоле, где они могут начать действовать как катализаторы для различных реакций. Рибосомы создают все эти белки, которые нужны клеткам, а это очень много. На клетку весят белки около 20 процентов. Средняя клетка может иметь 10000 различных белков, в среднем по миллиону копий каждого. Это много белка, который необходимо синтезировать, поэтому рибосома превратилась в эффективную и быструю машину. В среднем рибосомы могут добавлять 3-5 аминокислот в секунду к белковой цепи. Учитывая, что самый большой известный белок, титин, содержит около 30000 аминокислот, для синтеза рибосомы требуется всего 2-3 часа. Короткие белки, состоящие из нескольких сотен аминокислот, могут быть синтезированы за считанные минуты.
После изготовления рибосомы не могут отключиться. Как только тРНК связывается с мРНК, они присоединяются с помощью различных других белков, и начинается процесс синтеза белка. Вирусы воспользовались этим фактом. вирус является небольшой цепью ДНК или РНК, которая размножается путем угона нормального механизма клетки, включая рибосомы. Рибосомы клетки используются вирусом для создания белков, необходимых для репликации ее генома и инкапсуляции, чтобы он мог покинуть клетку. Когда вирус вводит свой геном в клетку, молекула обрабатывается так же, как если бы клетка создала ее. Если вирус основан на ДНК, ДНК проникает в ядро, где белки клетки переводят его в РНК, которая переводится рибосомами в белки. Если вирус основан на РНК, вирусная РНК остается в цитоплазма где он может взаимодействовать с рибосомами напрямую, создавая новые белки. В любом случае вирус сможет создавать все белки, необходимые для репликации своего генома, и упаковывать копии в новые белковые капсулы, способные перемещаться в новую клетку-хозяина и распространять болезнь.
Структура рибосомы
Рибосомы имеют невероятно похожую структуру во всех формах жизни. Ученые объясняют это тем, что рибосома является очень эффективным и действенным способом синтеза белков. Таким образом, в начале эволюции различных форм жизни рибосома была повсеместно принята как метод трансляции РНК в белки. Поэтому рибосомы очень мало меняются между разными организмами. Рибосомы состоят из большой и маленькой субъединиц, которые объединяются вокруг молекулы мРНК, когда перевод происходит. Каждая субъединица представляет собой комбинацию белков и РНК, называемых рибосомная РНК (РРНК). Эта рРНК существует в различных цепях разной длины и окружена множеством белков, которые создают рибосому. РРНК действует как для обеспечения мРНК и тРНК в рибосоме, так и в качестве катализатора для ускорения образования пептидных связей между аминокислотами.
Небольшая субъединица, как видно на изображении выше, помогает удерживать мРНК на месте, так как рибосома переводит ее в белок. Большая субъединица имеет различные сайты, связанные с различными частями процесса синтеза белка. Когда тРНК впервые связывается с мРНК, сайт Р может связываться с этими молекулами. Сайт P назван в честь полимеризации или конструирования полимеров, которые там происходят. Конформационные изменения происходят в белках рибосомы, что заставляет его менять форму на различных этапах синтеза белка. Когда аминокислоты добавляются в цепь, тРНК перемещаются из сайта A (куда входят новые аминокислоты с тРНК) в сайт P и, в конечном итоге, в сайт E (не показан), где они выходят из рибосомы без своей аминокислоты. РРНК, которая связана с рибосомой, помогает прикрепляться к тРНК по мере их движения через рибосому, и было обнаружено, что она помогает катализировать образование пептидных связей. Эта РНК известна как рибозим или РНК-катализатор.
Одно заметное различие между прокариотическими и эукариотическими рибосомами заключается в размере. Рибосомы измеряются в единицах Сведберга, которые являются мерой того, сколько времени требуется молекуле для осаждения из решение в центрифуге. Чем больше число, тем больше молекула. Прокариотические рибосомы, как правило, состоят из 70S или единиц Сведберга. Эукариотическая рибосома обычно 80S. Эукариотические рибосомы больше, потому что они содержат больше белков и больше РНК. Прокариотические рибосомы содержат 3 молекулы РНК, а эукариотические рибосомы содержат 4 молекулы РНК. Различия невелики, поскольку рибосомы каждой из них действуют примерно одинаково.
викторина
1. Ученый, изучающий вирусы, пытается найти способ остановить их размножение. Ученый находит способ остановить образование рибосом, который, по его мнению, также останавливает размножение вирусов. Почему этот метод не работает?A. Вирус все еще может воспроизводить свой геном.B. Клетка-хозяин также нуждается в рибосомах.C. Вирус не сможет проникнуть в клетку хозяина.
Ответ на вопрос № 1
В верно. Хотя этот метод будет работать, чтобы остановить размножение вируса, рибосомы являются единственным механизмом, который клетки используют для создания белков. Белки со временем разлагаются и должны быть заменены. Кроме того, поскольку клетка растет и делится, белок должен быть синтезирован, чтобы обеспечить структуру новых областей клетки. Без рибосом, продуцирующих эти белки, клетка быстро отмирает. Рибосомы не имеют ничего общего с вирусом, попадающим в клетку, и участвуют только в синтезе вирусных белков.
2. Рибосомы и ДНК производят миллионы различных белков. Как миллионы различных белков происходят только из 4 различных нуклеиновых оснований, используемых для создания ДНК?A. Рибосомы переводят 4 базовых языка ДНК в 20 базовых языков белков, что позволяет использовать гораздо больше комбинаций.B. 4 различных нуклеиновых основания ДНК могут бесконечно рекомбинироваться для получения новых белков.C. Рибосомы могут модифицировать белки углеводами, чтобы сделать их уникальными.
Ответ на вопрос № 2
верно. ДНК, транскрибированная в РНК, читается в единицах из трех, известных как кодоны. Таким образом, при выборе только 4 различных молекул можно создать только 48 уникальных комбинаций (43). Если бы белки были созданы на этом языке, могло бы существовать только 48 различных белков. Вместо этого рибосома работает с тРНК и мРНК для перевода языка, созданного кодонами, в серию аминокислот. В то время как есть только 20 аминокислот, белок может быть любой длины. Дипептид или две аминокислоты, связанные вместе, могут иметь 400 (202) различных комбинаций. Учитывая, что средний белок ближе к 10000 аминокислот, число возможностей ошеломляет (2010000).
3. Безумный ученый хочет создать светящегося кролика, которого он может иметь в качестве своего компаньона. Он удаляет гены, которые вызывают свечение от фосфоресцирующих бактерии и вставляет их в эмбрион белого кролика. К его разочарованию, кролик не светится. Почему его эксперимент не сработал?A. Он использовал бактериальную ДНК, которая создает бактериальные белки, которые не функционируют в ДНК.B. Рибосомы не смогли идентифицировать мРНК, продуцируемую ген,C. Ген никогда не транскрибируется в мРНК.
Ответ на вопрос № 3
С верно. В этом случае ученый добавляет ген прокариот в эукариот организм, Белки и ферменты, которые должны ассоциироваться с геном, чтобы он транскрибировался в РНК, различаются в прокариотическом гене, который вызывает свечение. Бактериальный белок все еще будет функционировать после его создания в эукариотическая клетка, так как белок точно такой же. Чтобы это работало (что и происходит), ученый должен сначала модифицировать бактериальный ген, чтобы сделать его «читаемым» с помощью эукариотических механизмов, которые транскрибируют ДНК. Как только это произойдет, ген может быть вставлен в геном и будет экспрессироваться животным.