Строение рибосом, характеристика функциональных центров.
Рибосомы – это немембранный органоид, состоящий из рибосомных белков, молекул рРНК и факторов трансляции.
Одна молекула мРНК обычно объединяет несколько рибосом наподобие нитки бус. Такую структуру называют полисомой.
В клетках существуют две разновидности рибосом:
- рибосомы собственно цитоплазмы;
- рибосомы, локализованные в митохондриях и хлоропластах.
Рибосомы прокариот имеют коэффициент седиментации (скорость оседания) 70S. В цитоплазме эукариотных клеток локализованы 80S рибосомы.
Каждая рибосома состоит из двух нуклеопротеидных субъединиц неравных размеров, формы и химического строения. В малой субчастице все белки, входящие в ее состав, располагаются на поверхности и распределены более или менее равномерно; в большой субъединице многие белки сосредоточены в области канавки там, где обе субчастицы контактируют между собой.
У рибосом 70S прокариот субъединицы имеют коэффициенты седиментации 50S и 30S, у рибосом 80S эукариот эти субъединицы имеют коэффициенты седиментации 60S и 40S. Не все субчастицы объединяются в целые рибосомы, в клетке существует динамическое равновесие между целыми и диссоциированными на субчастицы. Нетранслирующие, неработающие рибосомы постоянно обмениваются субчастицами.
Непосредственная сборка рибосом идет лишь в момент работы. Динамическое равновесие между целыми рибосомами и их субчастицами можно сдвигать вправо или влево, изменяя содержание магния в растворе. Структура и внешний вид рибосом зависят от наличия и концентрации магния. Практически вся РНК рибосом присутствует в виде Mg-соли. Если снижать количество магния, то происходит диссоциация рибосом на субчастицы.
Рибосомы 70S и 80S различаются по стабильности: 70S начинают диссоциировать раньше, чем 80S.
Субчастицы рибосом состоят из РНК и белка. РНК имеет V-образную или Y-образную форму, слагает каркас, к которому крепятся белки, создавая плотно упакованный рибонуклеопротеид (РНП). При снижении концентрации магния может происходить изменение конформации РНК и разворачивание тяжа.
В процессах биосинтеза белка роль рибосом заключается в том, что к ним из основного вещества цитоплазмы непрерывно подносятся с помощью тРНК аминокислоты, и происходит укладка этих аминокислот в полипептидные цепи в строгом соответствии с той генетической информацией, которая передается из ядра в цитоплазму через мРНК, постоянно поступающую к рибосомам. На основании такой функции рибосом в белковом синтезе можно назвать их своего рода "сборочными конвейерами", на которых в клетках образуются белковые молекулы.
Функциональные центры (рибосома эукариот).
Рибосома имеет два участка для связывания тРНК:
Р-центр (пептидил-тРНК-связывающий участок, донорный)
- связывание тРНК, присоединенной к растущей полипептидной
цепи.
А-центр (аминоацил-тРНК-связывающий участок, акцепторный)
- связывает тРНК несущую следующую добавляемую аминокислоту.
И Е-центр, от которого уходит деацилированная (без аминокислоты) тРНК.
Основная морфологическая черта – борозда, разделяющая две рибосомные субчастицы. Эта борозда сильно расширяется в одном месте, и образуются полости между двумя рибосомными субчастицами. В этой полости размещаются основные субстраты рибосомы - молекулы пептидил-тРНК и аминоацил-тРНК, участвующие в образовании полипептидной цепи.
Малая субъединица: разделяется глубокой бороздой на головку и тело. Эта глубокая борозда (шея), в которой размещается участок связывания мРНК и через которое цепь мРНК протягивается от одного конца к другому в процессе трансляции.
Рис. 5. Размещение основных функциональных лигандов — цепи мРНК (обозначены синим цветом) и двух тРНК (зеленые) — в рибосоме. Полость между субчастицами является главным функциональным карманом рибосомы, здесь размещаются две молекулы тРНК. Молекулы тРНК (аминоацил-тРНК и пептидил-тРНК) связаны с мРНК своими антикодоновыми верхушками и с пептидил-трансферазным центром в основании центрального выступа большой субчастицы — своими акцепторными концами, несущими аминокислотные остатки. В процессе трансляции цепь мРНК сканируется рибосомой от 5'-конца (голова цепи) к 3'-концу (хвост цепи), и тРНК сменяются в зависимости от нуклеотидных комбинаций, находящихся в каждый данный момент на рибосоме. Цепь мРНК движется сквозь рибосому через шею малой субчастицы и выходит в зазор между центральным и левым боковыми выступами большой субчастицы.
Большая субъединица: у большой рибосомной субчастицы тоже есть головка - это центральный выступ, среди трех видимых выступов данной субчастицы. В шее (борозде, отделяющей головку от тела) размещается главный каталитический центр рибосомы - пептидил-трансферазный центр, осуществляющий синтез пептидных связей. Две шеи находятся напротив друг друга и между шеями расположен "глаз" - межсубчастичная полость, размещающая в себе молекулы двух субстратных тРНК. Каждая тРНК в рибосоме одним своим концом - антикодоном - взаимодействует с кодоном мРНК, а другим, акцепторным концом, несущим аминокислоту или пептид, - с пептидил-трансферазным центром, то ее положение в рибосоме в отношении двух рибосомных субчастиц определяется однозначно: антикодон тРНК сидит в шее малой субчастицы, а акцепторный конец - в шее большой субчастицы.