Рибосома. Структура рибосомы. Конформационная подвижность рибосом

Рибосома

Биосинтез белка это центральный процесс живой клетки: именно через него « мертвые « молекулы нуклеиновых кислот обретают жизнь, химия превращается в биологию. Спирин А.С. Процесс создания химической структуры белка ( синтез полипептидной цепи), а также физическое сворачивание в функционально активную глобулу осуществляется рибосомой. Каждая рибосома полностью прочитывает одну молекулу мРНК соответственно ее программы, синтезирует одну молекулу белка, после чего может быть запрограммирована другой молекулой мРНК и произвести совсем другой белок. Количество рибосом в клетке сильно варьирует - от тысяч до десятков тысяч на клетку, в зависимости от типа клетки.

Общая схема биосинтеза белков в клетке (ДНК—РНК—белок ).

Т Р А Н С К Р И П Ц И Я: Отдельные участки молекулы ДНК, называемые генами,являются матрицами для синтеза на них однотяжевых цепей РНК. Синтезированные цепи РНК, точно воспроизводят дезоксирибонуклеотидную последовательность цепи ДНК в своей рибонуклеотидной последовательности. П Р О Ц Е С С И Н Г И Т Р А Н С П О Р Т: в течение синтеза и после него, молекула РНК, особенно в эукариотических клетках, может подвергаться дополнительным изменениям ( вырезанию кусков,добавлению концевых групп, модификации нуклеотидов). Образующийся «мессенджер» (мРНК) поступает далее к рибосомам (у эукариот из ядра в цитоплазму) в качестве программы, определяющей аминокислотную последовательность в синтезируемом белке.

АКТИВИРОВАНИЕ И АКЦЕПТИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ Протеиногенные аминокислоты являются исходным материалом из которого синтезируется белок, однако в свободном виде они (аминокислот) не могут использоваться рибосомой. Каждая аминокислота сначала активируется с помощью АТФ. 1. Аминокислота + АТФ = Аминоацил-аденилат + Пирофосфат 2. Аминоацил -аденилат + тРНК= Аминоацил—тРНК + АМФ Аминоацил—тРНК поступает на рибосому в ка- честве субстрата для биосинтеза белка.

Т Р А Н С Л Я Ц И Я : Рибосомы являются молекулярными машинами, транслирующими генетическую информацию с языка нуклеотидной последовательности мРНК на язык аминокислотной последовательности синтезируемой полипептидной цепи белка. Каждая рибосома последовательно сканирует цепь мРНК, и соответственно выбирает из среды те аминоацил—тРНК, которые комплементарны триплетным комбинациям нуклеотидов, находящимся в данный момент на рибосоме. Движение рибосомы вдоль цепи мРНК задает строгий временной порядок вхождения в рибосому разных аминоацил-тРНК в соответствии с порядком расположения кодирующих нуклеотидных комбинаций вдоль мРНК. Каждый аминокислотный остаток, выбранный аминоацил—тРНК, ковалентно присоединяется рибосомой к растущей полипептидной цепи, а деацилированная тРНК освобождается из рибосомы. В такой последовательности строится полипептидная цепь.

Формирование функционального белка : По мере синтеза полипептидной цепи она частично высовывается из рибосомы и начинает сворачиваться в глобулу ( котрансляционный фолдинг ). По завершению синтеза, по прочтении всей мРНК, полипептидная цепь освобождается из рибосомы и окончательно сворачивается ( посттрансляционный фолдинг ). Синтезируемый белок может транспортироваться через клеточные мембраны. Сворачивание белка и его транспорт сопровождается различными ковалентными модификациями с помощью ферментов.

Структура рибосомы

Рибосома это компактная частица, специфической формы, лишенная внутренней и внешней симметрии, с диаметром около 30 нм. Бактериальные рибосомы имеют коэффициент седиментации 70S , а более крупные рибосомы эукариотических организмов ( животные, растения, и грибы ) представлены 80S частицами. Их диссоциация на субчастицы 70S 50S + 30S ; 80S 60S +40S обратима. Обе субчастицы несут разную функциональную нагрузку в биосинтезе белка, и их лабильная ассоциация нужна для обеспечения взаимной подвижности этих блоков в процессе работы

Методом рассеяния нейтронов установлено, что каждая рибосомная субчастица содержит одну молекулу высокополимерной рибосомной РНК, составляющая от половины до двух третей всей массы субчастицы. При формировании частиц ( большой и малой ) цепи соответствующих рибосомных РНК сами сворачиваются, что определяет конечную морфологию рибосомной субчастицы. Высокополимерная рибосомная РНК это каркас для размещения рибосомных белков, которые больше локализуются на периферии. Рибосома лишь « прикрыта « белками, которые организованы в трехмерные кластеры, где часть белков лежит под другими. Главная каталитическая функция рибосомы— пептидилтрансферазная активность, которую обеспечивает ее большая субчастица. Ферментативный катализ протекает в структурном кармане рибосомы.

Структурный карман