Секреты жизни в рибосомах бактерий

Изучение основных процессов, которые поддерживают существование органической жизни, ведется в разных направлениях. Львиная доля исследований приходится на молекулярную биологию и микробиологию. Как уже сейчас ясно, здоровье и жизнь многоклеточных сложных организмов по большей части зависит от тех операций, которые протекают внутри клеток. Изучение внутриклеточных метаморфоз – трудоемкое занятие, поскольку клетка многоклеточного эукариота не может жить жизнью отдельного организма. Жизнь эукариотов изучается, в том числе, и на базе знаний о простейших и бактерий. Так, рибосомы простейших бактерий очень похожи и по строению, и по функциям с ядерными клетками.

Прокариотическая рибосома

Бактериальная рибосома

Изучая рибосомы в составе бактерий, человек получает не только важные знания о сложном процессе синтеза белка из аминокислот в органической клетке, но и добывает инструменты в борьбе со многими болезнями. Именно рибосомные нуклеопротеиды бактерий дают информацию о механизмах воздействия антибиотиков на патогенные микроорганизмы (вирусы, бактерии и т.д.).

Основная роль

В клетке бактерии рибосома выполняет функцию формировщика молекул белка. Ее строение обуславливает сложный процесс биосинтеза.

Суть работы нуклеопротеида заключается в том, что с его помощью на базе матричных РНК, с использованием транспортных РНК, производятся сложные полипептидные соединения, без которых бактериальная клетка не может продолжать свое существование.

Матричная и транспортная РНК не являются частью рибосомы, а содержатся в цитоплазме бактериальной клетки.

Таким образом, в синтезе белка принимает участие три клеточных структуры:

  • матрица;
  • транспортная РНК;
  • рибосома.

Методы изучения

Современные биологические лаборатории имеют широкие возможности для изучения клетки и ее органоидов.

В сравнении с рибосомами эукариот, эти органоиды у прокариотов очень мелкие. Хотя в остальном эти составляющие клеток и бактерий и эукариотов очень похожи. Они также состоят из двух субчастиц, и сам процесс синтеза белка имеет массу схожих механизмов.

Рибосомы прокариот и эукариот

В связи с тем, что рибосомные нуклеопротеиды представляют одну из наиболее интересных человеку структурных единиц клетки, сегодня есть достаточно методов выявления закономерностей устройства и функционирования этого органоида.

Одним из самых широко используемых методов выявления нуклеопротеидов в бактериях является рибосомальный профилинг.

Этот метод выполняют следующим образом:

  1. Разрушение бактериальной клетки путем механического воздействия на нее. Химические реакции в данном случае исказят картину.
  2. Разрушение молекул РНК, которые не входят в состав рибосомы.
  3. Удаление всех полипептидных остатков из тех продуктов, которые были получены в результате разрушения.
  4. Обратное преобразование РНК в ДНК.
  5. Чтение аминокислотных последовательностей.

Само секвенирование может реализовываться с помощью нескольких методов, в частности, двух самых распространенных.

Метод Эдмана

Один из первых разработанных. Суть этого метода состоит в том, что пептид (белок) обрабатывают определенными реагентами, в результате чего происходит отщепление аминокислоты, из которой состоит белок.

Метод Сэнгера

Наиболее современный метод. Основан на использовании синтетического олигонуклеотида (олигонуклеотиды состоят более чем из двух нуклеиновых кислот).

Используемый метод позволяет идентифицировать все, даже наиболее мелкие участки РНК, которая исследуется. Благодаря получению полной информации об аминокислотах исследователи имеют возможность восстанавливать наиболее важные операционные моменты биосинтеза.

Большое значение эта информация имеет при исследовании реакции бактерий на антибиотики.

Строение

На данный момент наука имеет убедительное количество проверенных опытным путем сведений о строении рибосом бактерий и эукариотов.

Строение рибосом эукариот и прокариот

Это макромолекулярный комплекс, который состоит из двух субчастиц разной величины:

  • малая субчастица;
  • большая субчастица.

Малая рибосома состоит из одной рибосомной РНК и трех десятков разных белков. Основная функция малой субчастицы состоит в том, чтобы связывать нуклеопротеид с матричной РНК (мРНК).

В течение всего процесса инициации и элонгации (присоединение мономеров к цепи макромолекулы) малая субчастица удерживает мРНК. Кроме того, она обеспечивает прохождение матрицы через нуклеопротеоид.

Таким образом, малая субчастица выполняет генетическую функцию декодирования информации.

В большой субчастице содержится 3 рибосомных РНК и около 50 белковых соединений. Большая субчастица с матрицей не вступает в контакт, она ответственна за протекание химических процессов в нуклеопротеидах при образовании полипептидных связей в транслируемом полипептиде.

Процесс трансляции

Процесс синтезирования белка (как у бактерий, так и эукариотов) имеет следующий цикл:

  • инициация;
  • элонгация;
  • терминация.

Инициация

Инициация начинается с того, что к малой субчастице рибосомы присоединяется матричная РНК.

Если рибосомная макромолекула узнает тот трехбуквенный кодон, который есть на мРНК, то происходит присоединение антикодона тРНК.

Элонгация

Присоединений аминокислот, которые принесла тРНК и продвижение рибосомы вдоль матрицы с высвобождением молекулы тРНК.

Движение по мРНК осуществляется до тех пор, пока оно не достигает стоп-кодона, который имеется во всех матрицах.

Терминация

Новообразованный белок, который состоит из протранслированных аминокислот, отсоединяется.

В некоторых случаях завершение трансляции новообразованного белка сопровождается распадом (диссоциацией) рибосомы.

Отличия синтеза белка в клетках эукариотов

Несмотря на то, что рибосомы эукариотов состоят из тех же структурных частей, что и в клетках бактерий, синтез полипептидов эукариотов имеет свои особенности:

  1. Отличия в механизме инициации (узнавании кодонов и подборе антикодонов).
  2. Отличия на стадии терминации. У эукариотов в некоторых случаях после завершения синтеза белка и образования новой молекулы эта молекула не отсоединяется, а начинает инициацию заново.

Синтез белка у прокариот и эукариот

Антибиотики

Воздействие на бактерию антибиотиками наиболее губительно сказывается на работе рибосом. Антигены, которые содержатся в антибиотиках, ингибируют все стадии трансляции белка, в результате чего белок не может нормально синтезироваться, в клетке прекращаются все обменные процессы, а также процессы, связанные с ростом и с размножением организма.

Похожие статьи:
Загрузка...

__________________________

Остались вопросы? Задайте их в комментариях к статье, мы обязательно ответим

  • Елена

    Эта статья отбросила меня в школьные годы на уроки биологии 10 класс. Материал сложноват для восприятия, но главное я поняла одно: рибосомы бактерий необходимо изучать для того, чтобы понимать механизмы, которые способны погубить эту клетку. А это важно: ученым нужно разрабатывать все более новые и новые лекарства для борьбы с «плохими» для здоровья человека бактериями.

  • Валерия

    Лучшие лаборатории США уже несколько лет занимаются изучением ДНК и техники для генного конструирования. Самые популярные разработчики выращивают светящихся в темноте котят и флюоресцирующие растения. Но есть и страшные перспективы, медики и генные инженеры изобретают опасные для жизни соединения в военных целях. Как защищаться в случае утечки опасных материалов? Аварии на предприятиях с радиоактивными материалами не научили человечество понимать, что страшное когда-нибудь обязательно случится.

    Радиацию мы хотя бы определим дозиметром, а что будет, если вырвутся на свободу генно-модифицированные опасные бактерии? Защищаться можно лишь там, где есть специалисты, который вовремя найдут опасные составляющие. И те, кто будет создавать интерес к науке с психологической установкой на выживание. Поэтому любые научные дискуссии, которые покажут уважение к мирному развитию науки, интересны. Они — не только как пища для ума, но и формирование системы защиты человечества. На сайте Проекта НПО АТ есть много данных по грантам на такие исследования.

  • Ефросинья

    Валерия, как бы мы не старались защитить себя и свою планету, но всегда были и будут, как говорится, «злые» гении, которые нарочно или случайно в процессе опытов и исследований создают такие вещи, существование которых, увы, может нанести человечеству и всему живому непоправимый вред. Идеи гуманизма, сохранение целостности и самобытности природы давно уже не являются ведущими направлениями. Ослеплённые жаждой денег, власти, контроля, люди в конечно итоге рискуют уничтожить самих себя, а виной тому будут фатальные опыты над микроорганизмами. Природа и без нас гениальна, всё продумано до мелочей, но человек всегда желает большего.