Лекция 9. Рибосомы. Структура рибосом (физические свойства) Полимеризация аминокислот, переносимых аминоацил-тРНК, в порядке, определяемом матричной РНК, происходит на рибосоме. Рибосома – наиболее сложный компонент трансляционной системы. Этот клеточный органоид диаметром 250 Ао, служит местом взаимодействия различных молекул, участвующих в процессе трансляции. Долгое время рибосому рассматривали как пассивный элемент, который играет лишь опоры для элементов активных - таких, как мРНК, тРНК и различные вспомогательные факторы. Теперь известно, что на разных этапах синтеза полипептидной цепи рибосома активно участвует в узнавании определенных участков мРНК и обеспечивает механические функции, необходимые для использования и удаления других компонентов белоксинтезирующей системы. В различных моделях рибосомы, где ей приписывается ряд специфических функций, каждому функциональному участку соответствует определенная часть ее поверхности. Предполагают, например, что в процессе элонгации полипептидная цепь много раз перемещается с одного участка рибосомы на другой и обратно. Ничто, однако, не дает права утверждать, что эти участки действительно постоянно занимают различные места на поверхности рибосомы: вполне возможно, что вместо этого происходит индукция какихто структурных изменений в молекулах, занимающих одно и тоже место. Между тем в других случаях и для других функций были действительно обнаружены обособленные участки. Функциональная координация между ними осуществляется с помощью очень интересных механизмов. Однако для исследования этих механизмов необходимо разработать новую методологию, поскольку методы, используемые до сих пор для изучения белков, здесь не достаточны. В самом деле, они основаны только на исследовании каталитической активности белков, участвующих в образовании или разрыве ковалентных связей субстратов. Рибосома обладает только одной катали- тической активностью в привычном смысле этого термина: она действует как пептидилтрансфераза и образует пептидные связи, а также “помогает” фактору G расщеплять ГТФ до ГДФ. Субстратами рибосомы служат макромолекулы, которые приходят и уходят, не подвергаясь необратимым химическим изменениям. Рибосома координирует их передвижение, безусловно, претерпевая под их влиянием конформационные изменения. Которые в свою очередь влияют на макромолекулы и позволяют им выполнять специфические функции. Изучать различные функции рибосомы очень трудно ввиду ее сложности. При изучении той или иной функции важно знать, с какими структурными элементами она могла бы быть связана; следовательно, необходим полный анализ рибосомы и ее компонентов. Для таких исследований была выбрана бактериальная рибосома, и за несколько лет удалось не только разделить и получить в значительных количествах все виды молекул, входящих в ее состав, но также снова реконструировать из них рибосому. Методология, выработанная в этом случае дает возможность подойти к изучению конкретной роли каждого компонента либо прямым путем, исключая его при реконструкции рибосомы и прослеживая утрату функции, либо косвенно – определяя, какой компонент рибосомы претерпевает изменения у условных мутантов. При изучении клеточных препаратов с помощью электронного микроскопа дегидратированная рибосома выглядит как частица овальной формы величиной 150-250 Ао. В гидратированном состоянии, она содержит около 70% воды и ее размеры значительно больше. Рибосомы можно выделить из клеточных экстрактов, предварительно очищенных от различных органоидов. В процессе центрифугирования в течение 2-3 ч. при 105000 g, рибосомы седиментируют на дно пробирки, образуя прозрачный студенистый осадок. В животных клетках большая часть рибосом находится на мембранах эндоплазматической сети. Поэтому перед высокоскоростным центрифугированием их приходится отделять от мембран добавлением нейтрального детергента, например дезоксихолата. В экстрактах из клеток, активно синтезирующих белки, рибосомы седиментируют в форме полирибосом, в которых несколько рибосомных частиц связано с нитью мРНК. Однако, если не приняты особые предосторожности, нуклеазы, освобождаемые во время приготовления клеточных экстрактов, обычно разрушают мРНК, превращая полирибосомы в монорибосомы. По своему происхождению рибосомы могут быть разделены на три группы: 1 –рибосомы прокариотов, обладающие коэффициентом седиментации 70S и молекулярным весом около 3*106. 2 –рибосомы эукариотов с коэффициентом седиментации 80S и молекулярным весом около 4,5*106. 3 –рибосомы митохондрий и хлоропластов, коэффициент седиментации которых, варьирует в пределах от 55S до 80S в зависимости от организма. Электронная микроскопия с высоким разрешением обнаруживает в 70S и 80S-рибосомах борозду, указывающую на то, что они состоят из двух субчастиц неравной величины. При сильно пониженных концентрациях ионов магния – порядка 0,2 –1 мМ – субчастицы 70S рибосом диссоциируют и могут быть разделены центрифугированием в градиенте плотности. 70S рибосомы дают при диссоциации стехиометрические количества 50S и 30S субчастиц. Рибосомы эукариотических организмов диссоциируют на субчастицы с большим трудом. Чтобы получить 40S и 60S -субчастицы рибосом эукариотов, недостаточно понизить концентрацию ионов магния, необходимо добавить соответствующие комплексоны или повысить концентрацию одновалентных ионов. Диссоциация рибосом на субчастицы обратима, и добавление в их суспензию ионов магния до концентрации 5-10 мМ приводит к восстановлению целых 70S и 80S- рибосом. Величина рибосом, выделенных из митохондрий или хлоропластов, повидимому, неодинакова; рибосомы из митохондрий грибов и дрожжей как будто бы крупнее (73S-78S) по сравнению с рибосомами из митохондрий животных клеток (55S). Коэффициент седиментации рибосом из хлоропластов высших растений составляет около 70S. По ряду функциональных свойств, рибосомы митохондрий сходны с бактериальными рибосомами, хотя нередко отличаются от последних своей величиной.