Рибосомы — структура и функции¶

Рибосомы — это немембранные органоиды клетки, представляющие собой рибонуклеопротеиновые частицы, осуществляющие биосинтез белка (трансляцию) по матрице матричной РНК. Рибосомы присутствуют практически во всех живых клетках — от бактерий до клеток эукариот, — а также в митохондриях и хлоропластах. Их диаметр составляет около 20–30 нанометров, масса — около 2,5 миллионов дальтон. Рибосомы состоят из рибонуклеиновой кислоты (примерно 60 % массы) и белков (около 40 %).

¶Структура

Рибосома состоит из двух субъединиц — большой и малой, которые в процессе трансляции объединяются в функционально активный комплекс. Каждая субъединица включает рРНК и десятки белков. У бактерий (прокариот) рибосомы обозначаются как 70S, где S — единица седиментации (сведберговский коэффициент). Большая субъединица бактериальной рибосомы имеет массу 50S, малая — 30S. У эукариот рибосомы цитоплазмы обозначаются как 80S, а их субъединицы — 60S и 40S. Рибосомы митохондрий и хлоропластов по строению близки к прокариотическим и имеют массу около 70S.

Различия в строении рибосом прокариот и эукариот используются в медицине: ряд антибиотиков (тетрациклин, эритромицин, хлорамфеникол) избирательно подавляет работу бактериальных рибосом, не затрагивая рибосомы клеток человека.

¶Функции

Основная функция рибосом — синтез белка. Рибосома связывается с матричной РНК (мРНК) и считывает последовательность нуклеотидов, обеспечивая присоединение аминокислот к растущей полипептидной цепи. Процесс состоит из трёх этапов:

1. Инициация — малая субъединица связывается с мРНК, к ней присоединяется инициаторная тРНК и большая субъединица.
2. Элонгация — по мРНК движется рибосома, а тРНК доставляют аминокислоты в активный центр, где образуется пептидная связь.
3. Терминация — при достижении стоп-кодона рибосома отсоединяется от мРНК, синтезированный белок высвобождается.

Одна рибосома синтезирует белок со скоростью около 15–20 аминокислот в секунду у прокариот и 5–6 аминокислот в секунду у эукариот. На одной мРНК могут работать несколько рибосом одновременно, образуя полисому (рибосому).

¶Типы рибосом

¶Биосинтез рибосом

Рибосомы собираются в ядрышке — специализированной области ядра, где происходит транскрипция рРНК и сборка субъединиц. У эукариот рРНК транскрибируется РНК-полимеразой I, а белки рибосом синтезируются в цитоплазме и транспортируются в ядро. Готовые субъединицы покидают ядро через ядерные поры и функционируют в цитоплазме. В клетке человека содержится около 10 миллионов рибосом.

¶Рибосомы в медицине и биотехнологии

Рибосомы являются мишенью для многих антибиотиков, а также для токсинов растений и бактерий. Изучение структуры рибосом с помощью рентгеноструктурного анализа и криоэлектронной микроскопии получило развитие в XXI веке: в 2009 году Нобелевская премия по химии была присуждена Венкатраману Рамакришнану, Томасу Штейцу и Ада Йонат за исследования структуры и функции рибосом. В биотехнологии рибосомы используются для синтеза рекомбинантных белков.

¶Интересные факты

• Рибосомы — одни из самых древних молекулярных машин, их предположительно существовали до появления клеток.
• Рибосомы не имеют собственной ДНК и воспроизводятся из компонентов, синтезируемых клеткой.
• Некоторые антибиотики (например, гентамицин) связываются с малой субъединицей рибосомы, вызывая ошибки при считывании мРНК.

Источники:

• Альбертс Б. и др. Молекулярная биология клетки.
• Ленинджер А. Биохимия.
• Нобелевская премия по химии 2009 года — пресс-релиз Нобелевского комитета.