Рибозоми – устройство, функциониране и транслация

Рибозоми – протеиновата фабрика на клетката

Рибозоми – това са немембранни органели, налични както в прокариотните, така и в еукариотните клетки, които осъществяват протеиновия синтез в клетката. Открити са в средата на 50-те години на XX век от румънския учен Джордж Палад, а наименованието им е дадено от Ричард Робъртс през 1958 г. По-късно върху изучаването на структурата и функциите на рибозомите са работили и други учени, голяма част от които получават Нобелова награда за откритията си.

Рибозомите имат сферична форма и средни размери между 20 и 30 нм в диаметър. Химичният състав на рибозомите включва рибозомна РНК (до 50% от сухата маса) и около 50 вида белтъци. Характерно е ниското съдържание на вода, както и наличието на голям процент магнезиеви йони и полиамини (путресцин, спермин, спермидин и др.).

рибозома, голяма субединица

рибозома – голяма субединица

Рибозомите са изградени от две части, наречени субединици. Те са голяма и малка. Поради разликата в големината на двете съставни субединици, едната ос на цялата рибозома е леко удължена.

Мерните единици, използвани за означение на рибозомите и техните субединици (Сведберг единици [S]), отговарят на степента им на утаяване при центрофугиране.

Рибозомите се срещат в различни участъци на клетката. Някои рибозоми са свободно разположени сред цитозола, други са т.нар. мембранно-свързани и се намират по външната страна на мембраната на ендоплазмения ретикулум. Рибозоми са открити и в митохондриите и хлоропластите. Тези рибозоми са от прокариотен тип, което дава основания на някои учени да предполагат, че еволюционно произлизат от бактерии.

Различия между прокариотни и еукариотни рибозоми

рибозома, малка субединица

рибозома – малка субединица

Въпреки принципно сходното им устройство, между рибозомите при прокариоти и еукариоти се наблюдават известни различия. Прокариотните рибозоми имат седиментационен коефициент 70 S, а еукариотните – 80 S. Голямата субединица на прокариотните рибозоми (50 S) е съставена от две молекули рибозомна РНК (23 S и 5 S) и около 31 протеини. Малката субединица при прокариоти (30 S) е изградена от една молекула РНК (16 S), свързана с 21 протеина.

В еукариотните клетки големите субединици на рибозомите имат седиментационен коефициент 60 S и съдържат три молекули РНК (28 S, 5 S и 5,8 S) и 49 протеина. Малката субединица (40 S) е съставена от РНК с 18 S и 33 проитеина. Двете субединици се синтезират в ядърцето и се пренасят в цитозола отделени, където се сглобяват, за да осъществят синтеза на определен протеин.

Функции и значимост на рибозомите

Основната функция на рибозомите е да осъществяват протеиновия синтез посредством процеса транслация. За целта рибозомите свързават едновременно информационната РНК (иРНК), носеща генетичната информация за даден протеин, транспортната РНК (тРНК), разчитаща кодираните в иРНК последователности, и съответните аминокиселини, които влизат в състава на синтезираната полипептидна верига. Когато двете субединици на рибозомата са сглобени, се обособяват три специфични участъка: акцепторен (А-участък), пептидилен (P-участък) и Е-участък, където се свързва вече свободната от аминокиселината тРНК, преди да напусне рибозомата.

Рибозомната РНК има предимно структурна роля в рибозомите, но също така е установено и нейното каталитично действие – именно рРНК, а не рибозомните протеини, катализира процеса на протеиновия синтез. Заради каталитичните си свойства рибозомите се определят също и като рибозими – РНК „ензими“. Тези функции рибозомната РНК изпълнява благодарение на специфичната си третична структура.

Тъй като рибозомите са органелите, осъществяващи протеиновия синтез, всяко нарушение в тяхната структура и биогенеза може да причини летален изход за организма или тежки състояния като изоставане в растежа и менталното развитие, скелетни аномалии, загуба на коса и други.

Транслация – същност и значение на процеса

Генетичният код съдържа под формата на триплети информацията за синтез на всички протеини в един организъм. Тя се кодира в дезоксирибонуклеиновите киселини (ДНК) на всяка клетка. Тази информация се презаписва от ДНК върху информационна РНК посредством процес наречен транскрипция.

За да се синтезира даден протеин, α-аминокиселините трябва да се подредят в точно определен ред по дължината на белтъчната молекула. Редът е стриктно указан в генетичния код. Неговото разчитане става от молекулите на иРНК. Това, заедно с превеждането му на „езика“ на аминокиселините и изграждането на белтъчната верига в една или повече рибозоми, се нарича транслация.

Именно на тази трансформация на генетичния код се дължи наименованието на процеса, което буквално означава „превод“.

рибозоми, транслация

Схематично представяне на процеса транслация и участието на рибозоми в него

Благодарение на транслацията генетичната информация, която се пази в ДНК, се „разчита“ и се осъществява синтеза на необходимите за клетката и организма протеини, които от своя страна изпълняват множество жизнено важни функции.

При прокариотните организми транслацията протича в рибозомите, разположени в цитозола. В еукариотните клетки, при синтеза на голяма част от протеините, транслацията се осъществява от мембранно-свързани рибозоми по грануларния ендоплазмен ретикулум, където по-нататък се модифицират новосъздадените полипептидни вериги.  Транслацията се раздлея на три основни фази: инициация, елонгация и терминация.

Инициация

При еукариотните организми инициацията на транслацията представлява сложно регулиран процес. Важна роля в него заемат т. нар. инициационни фактори. Те са около 11 на брой протеина, отговарящи за правилното свързване на рибозомата с иРНК и тРНК, носеща правилната аминокиселина.

Информационната РНК, кодираща аминокиселинната последователност за съответния протеин, се свързва с малката субединица на рибозомата. Участъкът, от който започва „разчитането“ на кода, се нарича старт кодон. Обикновено старт кодонът е предшестван от лидерна секвенция – участък в 5’ края на иРНК, и 5’шапка. Тези секвенции не се транслират, а само спомагат за разпознаването и свързването на иРНК от инициационните фактори.

Старт кодонът винаги кодира аминокиселината метионин и най-често включва нуклеиновите бази аденин, урацил и гуанин (АУГ). По време на инициацията в P-участъка на рибозомата застава тРНК, притежаваща съответния антикодон, комплементарен на старт кодона. Тя притежава нуклеинова комбинация: урацил, аденин и цитозин (УАЦ).

Тази тРНК специфично разпознава и свързва с друг участък от молекулата си аминокиселината метионин. Тези събития слагат началото на синтеза на новата ППВ. Свързаните рибозома, иРНК и тРНК, носеща метионина, се наричат инициационен комплекс.

Елонгация на полипептидната верига

Елонгацията е транслационната фаза, по време на която полипептидната верига се удължава. Това става като се добавят нови аминокиселини, свързани помежду си с пептидни връзки. Фазата започва със заемането на А-участъка на рибозомата от следващата тРНК, чиито антикодон е комплементарен на следващия кодон от иРНК. Тази тРНК носи съответната аминокиселина, която трябва да бъде добавена към метионина.

Рибозомният ензимен участък, наречен пептидилтрансферазен център, катализира създаването на пептидна връзка между метионина и следващата аминокиселина. Рибозомата се премества един кодон по-нататък. Така първата тРНК се озовава в Е-участъка, откъдето напуска рибозомата. Втората тРНК, свързана с растящата полипептидна верига, застава в P-участка, а А-участъка се освобождава, за да приеме следващата тРНК с нова аминокиселина. Така протича един цикъл от фазата елонгация. Процесът изисква енрегия, която се набавя при хидролиза на гуанозинтрифосфат (ГТФ).

Терминация

Крайната фаза на транслацията се нарича терминация. Тази фаза настъпва, когато рибозомният комплекс стигне до т. нар. стоп кодон в иРНК. Три нуклеотидни триплета са познати като стоп кодони: УАГ, УАА и УГА. Никоя тРНК няма антикодони, комплементарни на тях. Следователно процесът по добавяне на аминокиселини към полипептидната верига не може да продължи. След достигане на стоп кодон синтезираната полипептидна верига се освобождава, а двете субединици на рибозомата се разделят. С това транслационният процес завършва.

Когато клетката има нужда от голямо количество от един и същи протеин, към една молекула иРНК могат да се прикрепят множество рибозоми, формирайки т. нар. полирибозоми. Броят на рибозомите в полирибозомната структура силно варира в зависимост от синтезирания протеин.

Сходни Публикации

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *

Leave the field below empty!