Строение и функции рибосом реферат

Обновлено: 07.07.2024

Более шестидесяти лет тому назад, в 1953 г., Д. Уотсон и Ф. Крик открыли принцип строения дезоксирибонуклеиновой кислоты [1]. Структура ДНК пролила свет на механизм точного воспроизведения – удвоения генетического материала [2]. Произошло становление новой науки - молекулярной биологии. Была сформулирована так называемая центральная догма молекулярной биологии: ДНК → РНК → белок, смысл которой состоит в том, что генетическая информация, записанная в ДНК, реализуется в виде белков, но не непосредственно, а через участие родственного биополимера - рибонуклеиновую кислоту (РНК), и этот путь от нуклеиновых кислот к белкам необратим. Таким образом, ДНК копируется по матрице ДНК, обеспечивая собственную репликацию, то есть воспроизведение исходного генетического материала в поколениях; РНК синтезируется по матрице ДНК, в результате чего происходит переписывание, или транскрипция, генетической информации в форму различных копий РНК; молекулы иРНК служат матрицами для синтеза белков - генетическая информация транслируется в форму полипептидных цепей.

Итак, важнейшим процессом жизнедеятельности всех организмов - от примитивных бактерий до человека, - является реализация генетической информации, закодированной в их ДНК. Завершающим этапом этого процесса является трансляция (биосинтез белков на рибосомах) – перевод последовательности нуклеотидов информационной (матричной) РНК-комплементарной копии ДНК, в последовательности аминокислотных остатков синтезируемых белков. Белки – биополимеры, ответственные практически за все биохимические реакции, происходящие в клетках живых организмов, - определяют большинство признаков организма, осуществляют регуляцию и координацию его жизнедеятельности. Трансляция осуществляется сложными клеточными надмолекулярными машинами – рибосомами. Именно они ответственны за сложный, многоэтапный процесс биосинтеза всех без исключения клеточных белков.

Рибосомы являются важнейшими органоидами клетки, так как на них протекает процесс трансляции — синтез полипептида на матричной РНК (мРНК). Другими словами, рибосомы служат местом белкового синтеза.

Строение рибосом

Рибосомы относятся к немембранным органоидам. Они очень мелкие (около 20 нм), но многочисленные (тысячи и даже миллионы на клетку), состоят из двух частей – субъединиц. В состав субчастиц входят рибосомальные РНК (рРНК) и рибосомные белки, т. е. рибосомы по химическому составу являются рибонуклеопротеидами. Однако в них также присутствует небольшое количество низкомолекулярных соединений. Из-за многочисленности рибосом, рРНК составляет более половины от всей РНК клетки.

В собранной из субъединиц рибосоме выделят два (по одним источникам) или три (по другим) участка, которые называют сайтами. Один из участков обозначают A (aminoacyl) и называют аминоацильным, второй — P (peptidyl) — пептидильный. Данные сайты являются основными каталитическими центрами протекающих на рибосомах реакций. Третий участок обозначают E (exit), через него освободившаяся от синтезируемого полипептида транспортная РНК (тРНК), покидает рибосому.

Кроме перечисленных сайтов на рибосомах есть другие участки, используемые для связывания различных ферментов.

Когда субъединицы диссоциированы (разъединены) специфичность сайтов теряется, т. е. они определяются сочетанием соответствующих областей обеих субъединиц.

Отличие рибосом прокариот и эукариот

Соотношение по массе белков и РНК в рибосоме примерно поровну. Однако у прокариот белков меньше (около 40%).

Размеры как самих рибосом, так и субъединиц выражают в скорости их седиментации (осаждения) при центрифугировании. При этом S обозначает константу Сведберга — единицу, характеризующую скорость оседания в центрифуге (чем больше S, тем быстрее частица осаждается, а значит тяжелее). У прокариот рибосомы имеют размер в 70S, а у эукариот — в 80S (т. е. они тяжелее и крупнее). При этом субъединицы прокариотических рибосом имеют значения 30S и 50S, а эукариотических — 40S и 60S. Размеры рибосом в митохондриях и хлоропластах эукариот сходны с прокариотическими (хотя имеют определенную вариабельность по размерам), что может указывать на их происхождение от древних прокариотических организмов.

У прокариот в состав большой субъединицы рибосом входит две молекулы рРНК и более 30 молекул белка, в состав малой — одна молекула рРНК и около 20 белков. У эукариот в субъединицах больше молекул белка, а также в большой субъединице три молекулы рРНК. Составляющие рибосому белки и молекулы рРНК обладают способностью к самосборке и в итоге образуют сложную трехмерную структуру. Структуру рРНК поддерживают ионы магния.

Синтез рРНК

У эукариот в состав рибосом входят 4 вида рРНК. При этом три образуются из одного транскрипта-предшественника — 45S рРНК. Он синтезируется в ядрышке (на петлях хромосом его формирующем) при помощи РНК-полимеразы-1. Гены рРНК имеют много копий (десятки и сотни) и обычно располагаются на концах разных пар хромосом. После синтеза 45S рРНК разрезается на 18S, 5.8S и 28S рРНК, каждая из которых подвергается тем или иным модификациям.

Четвертый вид рРНК синтезируется вне ядрышка с помощью фермента РНК-полимеразы-3. Это 5S РНК, которая после синтеза не нуждается в процессинге.

Третичная структура рРНК в составе рибосом очень сложная и компактная. Она служит каркасом для размещения рибосомных белков, которые выполняют вспомогательные функции для поддержания структуры и функциональности.

Функция рибосом

Функционально рибосомы являются местом связывания молекул, участвующих в синтезе (мРНК, тРНК, различные факторы). Именно в рибосоме молекулы могут занять друг по отношению к другу такое положение, которое позволит быстро протечь химической реакции реакции.

В эукариотических клетках рибосомы могут находиться свободно в цитоплазме или быть прикрепленными с помощью специальных белков к ЭПС (эндоплазматическая сеть, она же ЭР — эндоплазматический ретикулум).

В процессе трансляции рибосома перемещается по мРНК. Часто по одной нитевидной мРНК двигаются несколько (или множество) рибосом, образуя так называемую полисому (полирибосому).

ГОСТ

Строение рибосом

Рибосомы – это субмикроскопические немебранные органеллы, основной функцией которых является биосинтез белка.

Они объединяют аминокислоты в пептидную цепь и формируют новые молекулы белка, которые необходимы клетке для осуществления всех процессов жизнедеятельности.

Биосинтез белка в данном случае осуществляется по матричной РНК путем процесса трансляции.

Рибосомы имеют несколько ключевых особенностей строения:

находятся в гранулярном эндоплазматическом ретикулуме, иногда свободно плавают в цитоплазме;
большой субъединицей рибосома крепится к эндоплазматической сети и синтезирует белок, который выводится за пределы клетки и используется организмом на обеспечение процесса жизнедеятельности;
рибосомы, которые находятся в цитоплазме в целом обеспечивают процессы жизнедеятельности внутри клетки.

Рибосома имеет шаровидную форму и диаметр около 20 нм. В процессе трансляции к матричной РНК может прикрепиться сразу несколько рибосом, формируя структуру – полисому. Рибосомы образуются в ядрышке, во внутреннем пространстве ядра.

Существует два вида рибосом:

малые рибосомы, которых находятся в прокариотических клетках, иногда в хлоропластах и матриксе митохондрии, они связаны с мембраной;
большие рибосомы характерны для клеток эукариот и связываются с эндоплазматической сетью или крепятся к мембране ядра.

Рисунок 1. Схема строения рибосомы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Строение обоих видов рибосом идентичное. Они состоят из двух субъединиц: большой и малой. Эти части объединяются при помощи ионов магния, а между соприкасающимися поверхностями остается лишь небольшая щель. При дефиците магния субъединицы отдаляются, происходит дезагрегация и рибосомы уже не могут выполнять свои функции.

Готовые работы на аналогичную тему

Химический состав рибосомы также оригинален. Рибосомы состоят из высокополимерной рибосомальной РНК. Также в их составе выделяют белок. Обе субъединицы содержат около 4 молекул РНК, они имеют вид нитей, которые собраны в РНК. Эти нити окружаются белками и формируют комплексный рибонуклеопротеид.

Также рибосомы могут объединяться в специализированные комплексы полирибосомы.

Полирибосомы – это объединение информационной РНК и рибосом, которые нанизываются на ее нить. В ходе синтезирующих процессов рибосомы разъединяются и обмениваются субъединицами. В момент поступления т-РНК они снова собираются в полирибосому.

Роль рибосом в процессе биосинтеза белка

Количество рибосом может поменяться в зависимости от функциональной нагрузки на клетку. Когда клетка вступает в период митотической активности и в ней в этот период можно обнаружить десятки тысяч рибосом. Такое количество характерно для меристем растений, а также стволовых клеток.

Рибосомы определенным образом образуются в клетке. Они формируются в ядрышке и матрицей для их создания является ДНК. До полного созревания они проходят несколько ключевых этапов:

эосома или процесс синтеза части р – РНК в ядрышке;
неосома или структура с р – РНК и белками, которые проходят в цитоплазму лишь после ряда модификаций;
рибосома или зрелая органелла, которая готова к выполнению собственных функций в полной мере и состоящая из двух субъединиц.

Каждый элемент рибосомы выполняет собственную уникальную функцию. Большая субъединица выполняет функции трансляции, декодирования генетической информации. Малая субъединица в свою очередь отвечает за объединение аминокислот, создание пептидных связей и синтез новых молекул белка.

Трансляция – это процесс синтеза белка на рибосомах или конечный этап преобразования генетической информации в клетке. В процессе трансляции информация закодирована в нуклеиновых кислотах и переходит в белковые молекулы, которые обладают строгой аминокислотной последовательностью.

Трансляция представляет собой достаточно непростой этап в формировании белковой молекулы. Для проведения трансляции в процесс включаются все виды РНК, аминокислот, множество ферментов, которые могут исправлять погрешности друг друга. Самые важные участники трансляции – это рибосомы.

После транскрипции новая молекула и – РНК выходит из ядра в цитоплазму, потом происходит несколько преобразований, и она соединяется с рибосомой. Аминокислоты начинают действовать после соединения с энергетическим субстратом ДНК.

Так как аминокислоты имеют различный состав РНК (химический). Без постороннего участия их процесс взаимодействия между собой становится невозможным. Чтобы преодолеть подобную несовместимость существует молекула транспортной РНК. Процесс соединения всех типов аминокислот становится возможным благодаря действию различных ферментов. В дальнейшем все рибосомальные ферменты участвуют в образовании пептидной связи. Далее запускается процесс перемещения рибосомы по цепи и – РНК. При этом остается участок для прикрепления новой аминокислоты.

Последняя аминокислота прикрепляет к себе молекулу воды, а рибосома распадается на две субъединицы. В процессе продвижения рибосомы по и- РНК, она освобождает начальный отрезок цепи. К нему снова может прицепиться рибосома, и процесс биосинтеза белка запуститься снова.

Тем самым на одной матрице для биосинтеза происходит создание множества копий белка в течение одного момента времени.

Рибосомы важны для биосинтеза белка, поскольку они создают его для нужд самой клетки и за ее пределами.

Например, в печени создаются плазменные факторы свертывания крови. Также рибосомы выполняют своего рода каталитическую функцию при формировании пептидных связей в молекуле вновь созданного белка.

Активация функций рибосом происходит в тот момент, когда они объединяются в полирибосомы. Эти комплексы могут формировать одновременно несколько молекул белка.

Получи деньги за свои студенческие работы

Курсовые, рефераты или другие работы

Автор этой статьи Дата последнего обновления статьи: 14 04 2021

Анжелика Ивановна Иванова

Автор24 - это сообщество учителей и преподавателей, к которым можно обратиться за помощью с выполнением учебных работ.

Читайте также: