Структура и функции рибосомы

Рибосома — это крупная рибонуклеопротеидная машина, которая осуществляет трансляцию, считывая матричную РНК и синтезируя белки. Состоящая из рибосомальной РНК и множества белков, расположенных в двух субъединицах, она как декодирует кодоны, так и катализирует образование пептидных связей.

Definition

Рибосома — это двухсубъединичный рибонуклеопротеидный комплекс, малая субъединица которого декодирует кодоны матричной РНК, а большая субъединица катализирует образование пептидных связей посредством своей рибосомальной РНК, что делает рибосому рибозимом.

Scope

Эта тема охватывает двухсубъединичную архитектуру рибосомы, ее рибосомальную РНК и белковый состав, центр декодирования на малой субъединице и пептидилтрансферазный центр на большой субъединице, A-, P- и E-сайты транспортной РНК, а также открытие того, что катализ осуществляется РНК. Это структурная и механистическая тема, а не клиническое руководство.

Core questions

• Каковы компоненты и общая архитектура рибосомы?
• Где происходит декодирование и образование пептидных связей?
• Почему рибосома считается рибозимом?
• Чем отличаются бактериальные и эукариотические рибосомы?

Key concepts

• Малая и большая рибосомальные субъединицы
• Рибосомальная РНК (рРНК) и рибосомальные белки
• Центр декодирования (малая субъединица)
• Пептидилтрансферазный центр (большая субъединица)
• A-, P- и E-сайты транспортной РНК
• Полисомы
• Сайты связывания антибиотиков

Key theories

Рибосома является рибозимом

Атомные структуры большой субъединицы не показали боковых цепей белков в каталитическом центре, что указывает на то, что рибосомальная РНК образует пептидилтрансферазный центр и катализирует образование пептидных связей.

Mechanisms

Рибосома состоит из малой субъединицы, которая связывает матричную РНК и контролирует спаривание кодон-антикодон в своем центре декодирования, и большой субъединицы, которая содержит пептидилтрансферазный центр и туннель, через который выходит растущая цепь. Транспортные РНК занимают три сайта: аминоацильный (A), пептидильный (P) и выходной (E) сайты, охватывающие обе субъединицы, и перемещаются по ним по мере удлинения и транслокации рибосомы. Структуры бактериальных субъединиц и полных рибосом, а затем и эукариотических рибосом, полученные с высоким разрешением, показали, что рибосомальная РНК образует как декодирующий, так и каталитический центры, что утвердило рибосому как РНК-опосредованную машину; многие из этих структур также показали места связывания антибиотиков. Множественные рибосомы могут одновременно транслировать одну матричную РНК, образуя полисомы.

Clinical relevance

Поскольку многочисленные клинически важные антибиотики связываются с бактериальными рибосомами и ингибируют их, а также потому, что дефекты биогенеза рибосом вызывают группу расстройств, известных как рибосомопатии, структура рибосомы имеет центральное значение для антимикробной фармакологии и некоторых заболеваний. Эта статья объясняет структуру и функцию и не является основой для индивидуальных диагностических или лечебных решений.

Evidence & guidelines

Представленная здесь структурная картина основана на рентгеноструктурных и криоэлектронно-микроскопических исследованиях бактериальных и эукариотических рибосом, обобщенных в основной обзорной литературе.

History

Рибосомы были идентифицированы как места синтеза белка в середине двадцатого века, но их детальная архитектура стала известна только около 2000 года, когда были получены кристаллические структуры большой и малой бактериальных субъединиц, а затем и полной 70S рибосомы с мРНК и тРНК. Эукариотическая рибосома была разрешена с высоким разрешением в 2011 году, и с тех пор достижения в криоэлектронной микроскопии позволили зафиксировать рибосому во многих функциональных состояниях.

Key figures

• Thomas Steitz
• V. Ramakrishnan
• Ada Yonath
• Marat Yusupov
• Joachim Frank

Seminal works

• nissen-2000
• carter-2000
• selmer-2006
• ben-shem-2011

Frequently asked questions

Из чего состоит рибосома?

Рибосома состоит из рибосомальной РНК и множества рибосомальных белков, организованных в две субъединицы; РНК образует как центр декодирования, так и каталитический пептидилтрансферазный центр.

Почему многие антибиотики нацелены на рибосому?

Бактериальные рибосомы достаточно отличаются от человеческих рибосом, чтобы лекарства могли избирательно связываться с функциональными сайтами бактериальной рибосомы и блокировать синтез белка, поэтому рибосома является основной мишенью для антибиотиков.