Рибосомы оказались заточены под самовоспроизводство

Рибосомы в составе полисомы
Brandt et al., / Cell 2009
Биохимики из Гарварда построили математическую модель, которая связывает строение рибосомы со скоростью удвоения этой органеллы. Выяснилось, что состав рибосом у бактерий отвечает принципу максимально быстрого самовоспроизводства, что позволяет бактериям быстро делиться. Митохондриальные рибосомы, напротив, в самовоспроизводстве не задействованы, поэтому по составу значительно отличаются от бактериальных. Статья с выкладками опубликована в журнале Nature.
Рибосомы — это клеточные органеллы, которые занимаются синтезом белка, транслируя генетический код матричных РНК в аминокислоты. У всех живых организмов рибосомы принципиально устроены одинаково — несколько больших молекул рибосомной РНК выполняют роль остова, на котором расположено множество маленьких рибосомных белков. Несмотря на унифицированное строение и принцип работы, у бактерий, архей и эукариот рибосомы отличаются по размеру, количеству и массе компонентов. К примеру, бактериальная рибосома меньше по размеру, содержит три молекулы РНК и в среднем 55 разных белков. Эукариотическая рибосома больше бактериальной, содержит четыре молекулы РНК и 80 белков.
Скорость работы рибосом – очень важный фактор, определяющий в конечном итоге время удвоения клетки, ведь рибосома производит буквально все белковые компоненты. Воспроизводство рибосом также ложится на плечи других рибосом — исключение составляют рибосомы, которые входят в состав митохондрий. Для них структурные белки синтезируются органеллами, расположенными в цитоплазме клетки-«хозяина». Ученые подсчитали, что 20 процентов всего «рабочего времени» рибосома тратит на самовоспроизводство, то есть синтез рибосомных белков, а также молекул РНК-полимеразы, которая синтезирует новые молекулы рибосомных РНК.
Средняя длина рибосомного белка у бактерий составляет 130 аминокислот, в то время как средняя длина полипептида в клетке в целом — больше 300 аминокислот. Укороченные белки не только позволяют быстро завершать их синтез, но и избавляют от ошибок, происходящих по ходу трансляции. Что касается рибосомной РНК, согласно модели, клетке выгоднее синтезировать одну большую молекулу, а не множество маленьких — так рибосому проще собрать. В реальности рибосомы состоят из нескольких молекул РНК, но авторы отмечают, что у бактерий, к примеру, они синтезируются в виде одного большого предшественника, который впоследствии разрезается.
Так как РНК синтезировать проще и быстрее, чем белки, для
скорейшего самовоспроизводства рибосомы, РНК должна составлять большую ее часть. Действительно, в самых «скоростных» бактериальных рибосомах РНК составляет 70-80
процентов, а в составе митохондриальных рибосом — только 20 процентов.
Дарья Спасская