Строение и функциональные центры рибосом
Рибосомы представляют собой молекулярные «фабрики», состоящие из рибонуклеопротеиновых комплексов (рибосомной РНК и специфических белков). Каждая рибосома делится на малую и большую субчастицы (субъединицы).
- У прокариот (бактерий): общий размер составляет 70S (около 20 нм). Малая субъединица 30S включает 16S рРНК и 21 белок. Большая субъединица 50S состоит из 23S и 5S рРНК, а также 31 белка. В клетке их количество может достигать десятков тысяч.
- У эукариот (млекопитающих): размер комплекса — 80S (около 24 нм). Малая часть 40S содержит 18S рРНК и 33 белка, а большая 60S образована 28S, 5,8S и 5S рРНК вместе с 49 белками. Синтезируются субъединицы в ядрышках, а работают в цитоплазме (часто на мембранах шероховатой эндоплазматической сети). Митохондрии при этом имеют собственные рибосомы типа 70S.
В структуре рибосомы выделяют рабочие зоны (функциональные центры):
- М-центр (на малой субчастице) — место связывания матричной РНК.
- А-сайт (аминоацильный) — сюда поступает новая тРНК, несущая аминокислоту.
- П-сайт (пептидильный) — удерживает тРНК, к которой прикреплена растущая белковая цепь.
- Е-сайт (exit) — зона выхода, откуда освободившаяся от аминокислоты молекула тРНК покидает комплекс.
Механизм и стадии трансляции
До начала синтеза фермент аминоацил-тРНК-синтетаза (кодаза) осуществляет рекогницию — узнавание и присоединение нужной аминокислоты к специфической транспортной РНК. Сам процесс трансляции протекает в три стадии:
1. Инициация Процесс начинается с объединения мРНК, малой субъединицы рибосомы и стартовой тРНК (у эукариот несет метионин, у прокариот — формилметионин). Прокариоты находят старт-кодон (АУГ) благодаря связыванию пурин-богатой последовательности Шайна-Дальгарно на мРНК с комплементарным участком рРНК малой субъединицы. Эукариоты ориентируются на универсальный сигнал — кэп-структуру. После позиционирования на старт-кодоне присоединяется большая субъединица рибосомы. Процесс требует наличия ионов магния и белковых факторов инициации.
2. Элонгация Это цикл наращивания полипептидной цепи, состоящий из трех шагов:
- Распознавание кодона: в свободный А-сайт заходит очередная аминоацил-тРНК, антикодон которой комплементарен кодону матрицы.
- Связывание пептида: фермент пептидилтрансфераза (компонент рибосомы) формирует пептидную связь между аминокислотами.
- Транслокация: рибосома сдвигается ровно на три нуклеотида (один триплет) в направлении 3'-конца мРНК. Пустая тРНК смещается в Е-сайт и уходит, а А-сайт освобождается для новой молекулы.
3. Терминация Движение по матрице прекращается, когда в А-сайт попадает один из трех стоп-кодонов: УАА, УАГ или УГА. Вместо тРНК к комплексу присоединяются факторы терминации (RF). Готовый полипептид отделяется, а рибосома диссоциирует на две исходные субчастицы.
Посттрансляционные изменения белков
Только что синтезированная полипептидная цепь, как правило, не обладает функциональной активностью. Для ее «созревания» необходимы модификации:
- Протеолиз: отщепление лишних фрагментов (например, концевых аминокислот) с помощью ферментов экзопептидаз.
- Фолдинг: пространственное сворачивание молекулы для образования вторичной и третичной структур.
- Формирование четвертичной структуры: объединение нескольких полипептидных цепей в единый комплекс.
- Комплексообразование: связывание с углеводами (гликопротеины) или липидами (липопротеины).
Классический клинический пример — синтез инсулина в клетках поджелудочной железы. Сначала транслируется длинный неактивный препроинсулин. Затем в процессе созревания от него отщепляется N-концевой участок и средняя часть (C-пептид), после чего формируется активный гормон инсулин.
Различия трансляции у прокариот и эукариот
Механизмы реализации генетической информации зависят от организации клетки.
| Характеристика | Прокариоты | Эукариоты |
|---|---|---|
| Структура генов | Строгая колинеарность, нет интронов | Прерывистые гены (интроны и экзоны) |
| Пространственное разделение | Отсутствует | Ядерная оболочка разделяет процессы |
| Связь с транскрипцией | Идут одновременно (сопряженно) | Строго разделены (сначала процессинг) |
| Первичный транскрипт | Сразу является готовой мРНК | Требует сплайсинга, кэпирования, поли-А хвоста |
Вопросы с занятий и экзамена
Что означает буква S в названии рибосомных субчастиц (например, 70S)?
Это коэффициент седиментации, измеряемый в единицах Сведберга. Он показывает скорость осаждения частиц при ультрацентрифугировании, которая зависит от молекулярной массы и формы объекта.
Каким образом аминокислота соединяется со «своей» тРНК перед трансляцией?
За этот процесс отвечает специальный фермент — аминоацил-тРНК-синтетаза (кодаза). Он проводит рекогницию: распознает конкретную тРНК и присоединяет к ней строго определенную аминокислоту в цитоплазме.
Чем отличается поиск старт-кодона у бактерий и млекопитающих?
У бактерий малая субъединица связывается с пурин-богатой последовательностью Шайна-Дальгарно на мРНК. У млекопитающих инициирующие факторы распознают универсальную кэп-структуру и сканируют цепь до первого кодона АУГ.
Что ещё разобрать по теме
- Функции белковых факторов трансляции прокариот (IF, EF, RF)
- Этапы процессинга пре-мРНК у эукариот: сплайсинг, кэпирование, полиаденилирование
- Пространственная топография и механизм работы пептидилтрансферазного центра
- Механизмы фолдинга белков и формирование их четвертичной структуры
- Энергетическое обеспечение процессов элонгации и роль гидролиза ГТФ
Разберите тему целиком в курсе «Биология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Рибосомы и трансляция» и ещё 3 793 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 124 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Молекулярная генетика»
Бесплатные видеоуроки: биологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.