§ 22. Рибосомы. Эндоплазматическая сеть

Определения и обозначения

Рибосома — немембранная клеточная структура из рибосомной РНК (рРНК) и белков, состоящая из большой и малой субъединиц. На ней по инструкции иРНК соединяются аминокислоты и образуется белок. Рибосомы нужны клетке, чтобы производить белки для самых разных задач.

Полисома — группа рибосом, одновременно считывающих одну молекулу иРНК, то есть информационной РНК с инструкцией для сборки белка. Каждая рибосома на этой молекуле собирает отдельную белковую цепь. Поэтому полисома помогает получить несколько копий одного белка быстрее, чем при последовательной работе рибосом.

Шероховатая эндоплазматическая сеть (ЭПС) — система мембранных каналов и полостей, к которым прикреплены рибосомы. Они синтезируют белки, а сеть обеспечивает их перемещение и дальнейшую обработку. Такой путь особенно важен для белков, которые должны попасть в мембрану или покинуть клетку.

Гладкая эндоплазматическая сеть — система мембранных каналов и полостей без прикреплённых рибосом. Она участвует в синтезе липидов, необходимых для построения мембран. В зависимости от типа клетки гладкая ЭПС может также участвовать в обезвреживании веществ и других процессах.

Как это устроено

Большая и малая субъединицы рибосомы содержат рРНК и белки, но сами по себе не образуют рабочую рибосому. Во время синтеза малая субъединица связывается с иРНК и помогает считывать её последовательность. Большая субъединица участвует в соединении аминокислот, доставленных тРНК — транспортными РНК. Субъединицы объединяются, когда есть инструкция и компоненты для сборки белка, а после завершения работы могут разойтись.

Субъединицы рибосом собираются в ядрышке — области ядра, где образуется рРНК и формируются части будущих рибосом. Затем они выходят в цитоплазму, где могут соединиться при начале синтеза белка. Такое разделение позволяет сначала подготовить компоненты, а затем использовать их там, где клетке нужно производить белок. Без сборки субъединиц рибосома не могла бы правильно считывать инструкцию и собирать цепь.

Рибосомы могут свободно находиться в цитоплазме или временно прикрепляться к мембранам шероховатой ЭПС. Выбор места связан с тем, куда направляется готовый белок: свободные рибосомы обычно производят белки для самой клетки, а связанные — белки для мембран, органоидов или выведения наружу. При этом сборку аминокислотной цепи в обоих случаях выполняет рибосома. ЭПС не заменяет её, а принимает и перемещает некоторые из произведённых белков.

Мембраны ЭПС образуют связанную систему каналов и полостей, продолжающуюся от наружной мембраны ядерной оболочки. Благодаря такой организации вещества могут перемещаться внутри клетки, не проходя напрямую через цитоплазму. Сеть также даёт белкам путь от места синтеза к другим участкам клетки. Связь с ядерной оболочкой объединяет эту систему с окружающей ядро мембранной структурой.

Шероховатая и гладкая ЭПС отличаются наличием рибосом и поэтому выполняют разные задачи. На шероховатой ЭПС рибосомы синтезируют белки, которые затем перемещаются внутри сети. Гладкая ЭПС рибосом не несёт и связана, в частности, с синтезом липидов. В некоторых клетках её мембраны также участвуют в обезвреживании веществ, поэтому развитость отделов зависит от того, какие процессы особенно нужны клетке.

Рибосомы и отделы эндоплазматической сети

Сравнивайте структуры по строкам: так легче увидеть, что рибосома непосредственно собирает белок, а ЭПС создаёт условия для его перемещения и выполняет другие задачи. Последняя строка показывает, что эти структуры встречаются в клетках не изолированно: рибосомы могут работать свободно или на поверхности сети.

Разбор задач

Задача 1. Определите, какая структура непосредственно соединяет аминокислоты в белковую цепь: рибосома или эндоплазматическая сеть.

1. Определяем, что требуется найти: структуру, на которой аминокислоты соединяются в цепь.
2. Вспоминаем функции: рибосома считывает иРНК и участвует в сборке белка, а ЭПС служит для перемещения веществ и ряда связанных с ними процессов.
3. Различаем сборку цепи и её транспорт: эти действия выполняют разные структуры.

Ответ: аминокислоты непосредственно соединяются на рибосоме; ЭПС может перемещать некоторые готовые или формирующиеся белки.

Задача 2. В клетке активно синтезируется белок, предназначенный для выведения из клетки. Определите, где будут работать рибосомы и по какому пути будет перемещаться белок.

1. Белок должен покинуть клетку, значит, он не предназначен только для использования в цитоплазме.
2. Для синтеза такого белка работают рибосомы, связанные с шероховатой ЭПС.
3. После синтеза белок поступает в полости сети и перемещается по ней к участкам дальнейшей обработки и переноса.

Ответ: рибосомы будут работать на шероховатой ЭПС, а белок — перемещаться внутри её мембранной системы в направлении дальнейшего выведения из клетки.

Задача 3. В клетках печени усиливается обезвреживание токсичных веществ, а в клетках, синтезирующих липиды, возрастает образование мембран. Какой отдел ЭПС особенно развит и почему?

1. Сопоставляем названные процессы с функциями отделов ЭПС.
2. Обезвреживание веществ и синтез липидов связаны с гладкой ЭПС, на поверхности которой нет рибосом.
3. Если клетке требуется выполнять эти процессы активнее, ей нужен особенно развитый соответствующий отдел сети.

Ответ: в обоих случаях особенно развита гладкая ЭПС: в клетках печени она участвует в обезвреживании веществ, а в клетках, синтезирующих липиды, обеспечивает их образование.

Типичные ошибки

Рибосому иногда считают мембранным органоидом, потому что её называют частью клетки и изображают отдельной структурой. Но рибосома не окружена мембраной, а состоит из рРНК и белков. Проверьте себя вопросом: есть ли у неё собственная мембранная оболочка? Нет — значит, она немембранная.

Другая ошибка — утверждать, что все рибосомы прикреплены к ЭПС. Так может показаться из-за связи рибосом с шероховатой сетью, но многие из них свободно находятся в цитоплазме. Чтобы проверить утверждение, вспомните оба места работы рибосом: свободно и на мембране ЭПС.

Не следует приписывать синтез белка самой ЭПС. Поскольку белки часто перемещаются по её каналам, кажется, будто сеть их производит, однако аминокислоты соединяет рибосома. Проверьте себя: если речь о сборке цепи, называйте рибосому; если о перемещении некоторых белков — ЭПС.

Шероховатую и гладкую ЭПС иногда путают, называя их одинаково покрытыми рибосомами. Название «шероховатая» связано с рибосомами на поверхности, а у гладкой их нет. Проверить ответ можно по функции: синтез белка связан с рибосомами и шероховатой ЭПС, синтез липидов — в частности, с гладкой.

Связь с другими темами

Для понимания строения рибосом и ЭПС нужно знать основные части клетки и назначение органоидов. Роль ядрышка помогает объяснить, откуда берутся субъединицы рибосом и почему они выходят в цитоплазму для работы.

Работа рибосомы связана с реализацией наследственной информации: последовательность в иРНК служит инструкцией для сборки белка, а тРНК доставляет аминокислоты. Поэтому тема опирается на знания о РНК и биосинтезе белка.

ЭПС участвует во внутриклеточном транспорте, а перемещаемые вещества могут далее направляться в другие клеточные структуры, например аппарат Гольджи. Знание о рибосомах и ЭПС помогает проследить путь белка от синтеза до его дальнейшего использования.

Что запомнить

• Рибосома состоит из большой и малой субъединиц и не имеет мембраны.
• Основу рибосомы составляют рРНК и белки.
• На рибосомах происходит синтез белка.
• Рибосомы могут быть свободными или прикреплёнными к шероховатой ЭПС.
• Шероховатая ЭПС участвует в синтезе и перемещении белков.
• Гладкая ЭПС не несёт рибосом и участвует, в частности, в синтезе липидов.
• Эндоплазматическая сеть образует систему мембранных каналов и полостей.