09-тақырып Цитология · зертханалық 3D виртуалды жұмыс
Рибосомалар
Белоктың фабрикасы
Рибосоманың құрылысы, түрлері, түзілуі, трансляция кезеңдері және антибиотиктердің әсері
🧬 рРНҚ + белок⚙️ Трансляция📱 3 QR-тапсырма
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
02 Сабақ құрылымы
Оқу нәтижелері және жоспар
🎯 Мақсаты
Рибосомалардың молекулалық құрылысын 3D модель арқылы зерттеп, трансляцияның механизмін, рибосома түрлерінің айырмашылығын және оның медициналық маңызын (антибиотиктер) түсіндіру.
Сабақ соңында студент:
- рибосоманың суббірліктерін, рРНҚ мен белок құрамын сипаттайды;
- 70S және 80S рибосомаларды салыстырады;
- рибосоманың ядрошықта түзілу жолын түсіндіреді;
- трансляцияның инициация, элонгация, терминация кезеңдерін ретімен сипаттайды;
- антибиотиктердің рибосомаға таңдамалы әсерін негіздейді.
⏱ Жоспар · 80 минут
5′Мотивация: проблемалық сұрақ
10′Алдыңғы білімді белсендіру
30′Жаңа тақырып: 3D модельдермен түсіндіру
10′3D-препарат: тақтада тану
15′QR-зертхана: 3 тапсырма
10′Кейс · бағалау · рефлексия
Проблемалық сұрақНеге стрептомицин бактерияны өлтіреді, бірақ адам жасушасына (дерлік) зиян келтірмейді?
3D-визуализацияКейс-стадиФормативті бағалау
03 Негізгі ұғымдар
Терминдер мен анықтамалар
РибосомаМембранасыз, рРНҚ мен белоктардан тұратын, екі суббірліктен құралған органоид; мРНҚ-дағы генетикалық ақпаратты оқып, белок синтездейді (трансляция).
Сведберг бірлігі (S)Бөлшектің ультрацентрифугада шөгу жылдамдығының коэффициенті; массаға да, пішінге де тәуелді, сондықтан қосылмайды: 60S + 40S = 80S.
Рибосомалық РНҚ (рРНҚ)Рибосоманың құрылымдық және каталитикалық негізі; жасуша РНҚ-сының ≈ 80%-ы. Эукариотта 28S, 5,8S, 5S (үлкен) және 18S (кіші суббірлік).
РибозимКаталитикалық белсенділігі бар РНҚ; рибосомада пептидтік байланысты үлкен суббірліктің 28S (23S) рРНҚ-сы түзеді — пептидилтрансфераза орталығы.
ТрансляциямРНҚ-дағы нуклеотидтер тізбегін рибосомада белоктың аминқышқылдар тізбегіне аудару; инициация, элонгация, терминация кезеңдерінен тұрады.
Генетикалық кодмРНҚ нуклеотидтерінің аминқышқылдарға сәйкестік жүйесі: үштік (триплет), азғындаған, бірмәнді, әмбебап, үзіліссіз, бір-бірін жаппайды.
Кодон және антикодонКодон — мРНҚ-дағы бір аминқышқылды анықтайтын үш нуклеотид; антикодон — тРНҚ-дағы оған комплементарлы үштік.
тРНҚ73–93 нуклеотидті, «беде жапырағы» пішінді (кеңістікте L-тәрізді) РНҚ; 3′-ұшына (CCA) аминқышқыл бекіп, оны рибосомаға жеткізеді.
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
04 Негізгі ұғымдар
Анықтамалар · жалғасы
Аминоацил-тРНҚ-синтетазаӘр аминқышқылды өз тРНҚ-сына АТФ есебінен бекітетін фермент (20 түрі); кодтың дұрыс оқылуының «екінші коды».
A, P, E учаскелеріРибосомадағы тРНҚ орындары: A — аминоацил-тРНҚ кіреді, P — пептидил-тРНҚ тұрады, E — бос тРНҚ шығады.
Полисома (полирибосома)Бір мРНҚ молекуласын қатар оқып жатқан бірнеше (5–50) рибосоманың тізбегі; белок синтезінің жылдамдығын арттырады.
Ядрошық ұйымдастырушысырРНҚ гендерінің көп көшірмелері орналасқан хромосома учаскелері (адамда 13, 14, 15, 21, 22 акроцентриктердің серіктері); ядрошық осында түзіледі.
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
05 Зерттелу тарихы
Ашылу тарихы
1955Дж. Паладе — ТЭМ-де «ұсақ түйіршіктер» (Паладе түйіршіктері) — рибосомалар
1958Р. Робертс «рибосома» терминін ұсынды
1958Ф. Крик — молекулалық биологияның орталық догмасы: ДНҚ → РНҚ → белок
1961М. Ниренберг, Г. Маттеи — поли-U → фенилаланин: бірінші кодон шешілді
1966Генетикалық код толық анықталды (Ниренберг, Корана, Холли — Нобель 1968)
1992Г. Ноллер — пептидтік байланысты рРНҚ катализдейді (рибосома — рибозим)
2000Рибосоманың атомдық құрылымы (В. Рамакришнан, Т. Стейц, А. Йонат — Нобель 2009)
Сандар
≈ 10⁷бір сүтқоректі жасушадағы рибосома саны
15–20секундына қосылатын аминқышқыл (бактерия)
≈ 80эукариот рибосомасындағы белок саны
10⁻⁴трансляция қателігінің жиілігі
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
06 Құрылысы
Рибосоманың құрылысы
Жалпы сипаттама · Дж. Паладе, 1955
- Мембранасыз органоид, диаметрі 20–30 нм
- ≈ 60% рРНҚ + 40% белок (рибонуклеопротеид)
- Үлкен және кіші суббірліктер, Mg²⁺ иондарымен біріккен
- Пептидилтрансфераза орталығы — рРНҚ (рибозим)!
| Түрі | Суббірліктер | рРНҚ | Орны |
|---|---|---|---|
| 70S | 50S + 30S | 23S, 5S + 16S | Прокариот, митохондрия, пластид |
| 80S | 60S + 40S | 28S, 5,8S, 5S + 18S | Эукариот цитоплазмасы, ЭПТ |
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
07 Түзілуі
Ядрошықта жиналу
Рибосома биогенезі
- Ядрошық ұйымдастырушылары (13, 14, 15, 21, 22-хромосомалар) — рДНҚ
- РНҚ-полимераза I → 45S пре-рРНҚ → 18S, 5,8S, 28S
- 5S рРНҚ ядрошықтан тыс (РНҚ-полимераза III)
- Рибосомалық белоктар цитоплазмада синтезделіп, ядроға енеді
- Суббірліктер жеке-жеке ядро поралары арқылы шығады
Ядрошық көлеміБелсенді синтездейтін жасушаларда (ісік, нейрон, плазмоцит) ядрошық ірі
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
08 Трансляция
Белок синтезінің кезеңдері
1 · ИнициацияКіші суббірлік 5′-кэпке бекіп, AUG табады; Мет-тРНҚ P-учаскеде; үлкен суббірлік қосылады
2 · ЭлонгацияАминоацил-тРНҚ A-учаскеге; пептидтік байланыс; транслокация 5′→3′ бір кодонға
3 · ТерминацияСтоп-кодон (UAA, UAG, UGA); босату факторлары; суббірліктер ажырайды
УчаскелерA (аминоацил), P (пептидил), E (шығу)
Жылдамдығы: эукариотта ≈ 2–6, бактерияда ≈ 15–20 аминқышқыл/с
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
09 Түрлері және полисома
Еркін және бекінген рибосомалар
Еркін (цитозоль)Цитозоль, ядро, митохондрия, пероксисома белоктары; гемоглобин
ЭПТ-ға бекінгенСекреторлы, мембраналық, лизосомалық белоктар
Полисома
Бір иРНҚ-да бірнеше рибосома қатар жүреді (әр 80 нуклеотид сайын) — бір матрицадан көп белок көшірмесі.
Антибиотиктер
- Стрептомицин, тетрациклин → 30S
- Хлорамфеникол, эритромицин → 50S
- Циклогексимид → 80S (тек эукариот)
- Митохондрияның 70S рибосомасы да зардап шегуі мүмкін (ототоксикалық әсер)
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
10 Рибосома түрлері
Прокариот және эукариот рибосомалары
| Белгі | 70S (прокариот, митохондрия, пластид) | 80S (эукариот цитоплазмасы) |
|---|---|---|
| Үлкен суббірлік | 50S: 23S + 5S рРНҚ, ≈ 34 белок | 60S: 28S + 5,8S + 5S рРНҚ, ≈ 47 белок |
| Кіші суббірлік | 30S: 16S рРНҚ, 21 белок | 40S: 18S рРНҚ, ≈ 33 белок |
| Диаметрі | ≈ 20 нм | ≈ 25–30 нм |
| Инициатор аминқышқылы | N-формилметионин | Метионин |
| мРНҚ тану | Шайн–Дальгарно тізбегі | 5′-кэп, сканерлеу (Козак тізбегі) |
Медициналық маңызыАйырмашылық антибиотиктердің іріктеп әсер етуіне негіз: олар бактериялық 70S-ті тежеп, адамның 80S рибосомасына әсер етпейді (бірақ митохондриялық 70S-ке әсер етуі мүмкін).
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
11 Генетикалық код
Генетикалық кодтың қасиеттері
Үштік (триплеттілік)4³ = 64 кодон: 61 мағыналы + 3 стоп (UAA, UAG, UGA)
АзғындауБір аминқышқылды бірнеше кодон анықтайды (лейцин — 6); үшінші нуклеотид «тербелісі»
БірмәнділікБір кодон — тек бір аминқышқыл
ӘмбебаптықБарлық ағзаларда бірдей (митохондрияда аздаған айырма: UGA = триптофан)
ҮзіліссіздікКодондар арасында «тыныс белгісі» жоқ — оқу рамкасы
ЖаппайтындықБір нуклеотид екі кодонға ортақ емес
AUG — старт (метионин) · UAA, UAG, UGA — стоп
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
12 Трансляцияның реттелуі
Трансляция энергиясы және факторлары
| Кезең | Эукариот факторлары | Энергия |
|---|---|---|
| Аминқышқылды белсендіру | Аминоацил-тРНҚ-синтетазалар | 1 АТФ (2 макроэргиялық байланыс) |
| Инициация | eIF1–eIF6 (eIF2 — Мет-тРНҚ жеткізеді) | 1 ГТФ + АТФ (сканерлеу) |
| Элонгация | eEF1 (тРНҚ кіргізу), eEF2 (транслокация) | 2 ГТФ әр аминқышқылға |
| Терминация | eRF1 (стопты таниды), eRF3 | 1 ГТФ |
Белок синтезі — ең энергия қажет процесс
- Бір пептидтік байланысқа ≈ 4 макроэргиялық байланыс жұмсалады
- 300 аминқышқылды белокқа ≈ 1200 макроэргиялық байланыс
- Жасуша энергиясының 30–50%-ы трансляцияға кетеді
- Аштық пен стресте eIF2 фосфорланып, жалпы трансляция тежеледі
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
13 Трансляциядан кейін
Посттрансляциялық өзгерістер
Белоктың жетілуі
Рибосомадан шыққан полипептид әлі белсенді белок емес. Ол бүктеледі (шаперондар), химиялық түрленеді және мекенжайына жеткізіледі. Тағдыры сигналдық тізбектерге байланысты.
ФосфорлануКиназалар серин, треонин, тирозинге фосфат қосады — белсенділікті қосу/өшіру
ГликозилденуЭПТ мен Гольджиде көмірсу қосу
ПротеолизПрепроинсулин → проинсулин → инсулин; зимогендер → белсенді ферменттер
Ацетилдену, метилденуГистондар — гендердің белсенділігін реттеу
УбиквитинденуПротеасомада ыдырауға таңбалау
ГидроксилденуКоллагендегі пролин, лизин (C витамині қажет; тапшылығы — цинга)
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
14 Рибосома және медицина
Антибиотиктер мен рибосомопатиялар
| Зат | Нысанасы | Әсері |
|---|---|---|
| Стрептомицин, гентамицин | 30S | Кодонды қате оқуға әкеледі |
| Тетрациклин | 30S | Аминоацил-тРНҚ-ның A учаскесіне кіруін бөгейді |
| Хлорамфеникол | 50S | Пептидилтрансферазаны тежейді |
| Эритромицин | 50S | Транслокацияны, шығу туннелін бөгейді |
| Дифтерия токсині | eEF2 (адам) | ADP-рибозилдеп, элонгацияны тоқтатады |
| Рицин | 28S рРНҚ (адам) | Аденинді кесіп, рибосоманы өлтіреді |
Рибосомопатиялар
Даймонд–Блекфен анемиясы — рибосомалық белоктар (RPS19) мутациясы: эритроидты жасушалар түзілмейді. 5q⁻ синдромы (миелодисплазия) — RPS14 жетіспеушілігі. Рибосома биогенезінің күшеюі — обыр жасушасының белгісі.
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
15 Қорытынды
Тақырыптың негізгі түйіндері
- Рибосома — мембранасыз, рРНҚ мен белоктардан тұратын органоид; екі суббірліктен құралады және белок синтездейді.
- Прокариотта 70S (50S + 30S), эукариот цитоплазмасында 80S (60S + 40S); митохондрия мен пластидте 70S.
- рРНҚ ядрошықта синтезделіп, цитоплазмадан келген белоктармен жиналады; суббірліктер ядро тесіктері арқылы шығады.
- Рибосома — рибозим: пептидтік байланысты үлкен суббірліктің рРНҚ-сы түзеді.
- Генетикалық код үштік, азғындаған, бірмәнді, әмбебап; AUG — старт, UAA, UAG, UGA — стоп.
- Трансляция: аминқышқылды белсендіру → инициация → элонгация (A, P, E учаскелері) → терминация; ГТФ мен АТФ жұмсалады.
- Еркін рибосомалар цитозоль белоктарын, ЭПТ-ға бекігендері секрет пен мембрана белоктарын синтездейді; полисомалар синтезді жылдамдатады.
- Көптеген антибиотиктер бактериялық 70S рибосоманы іріктеп тежейді; рибосома ақаулары — рибосомопатиялар.
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
16 Өзін-өзі тексеру
Сұрақ — жауап
1.Неге 60S + 40S = 80S, ал 100S емес?
👆 жауабын көру үшін бас
Сведберг коэффициенті шөгу жылдамдығы — массаға ғана емес, пішін мен тығыздыққа да тәуелді, сондықтан аддитивті емес.
2.мРНҚ-да 900 нуклеотид (стоп-кодонсыз). Белокта неше аминқышқыл болады?
👆 жауабын көру үшін бас
900 : 3 = 300 аминқышқыл.
3.Тетрациклин неге бактерияға әсер етіп, адамға (негізінен) әсер етпейді?
👆 жауабын көру үшін бас
Бактериялық 30S суббірлікті байланыстырады; адамның 40S суббірлігі құрылымы бойынша өзгеше.
4.Кодтың азғындауының биологиялық маңызы?
👆 жауабын көру үшін бас
Үшінші нуклеотидтегі көп мутациялар аминқышқылды өзгертпейді (үнсіз мутация) — генетикалық ақпаратты тұрақтандырады.
5.Неге плазмоцит пен ұйқы безі жасушасында рибосомалар өте көп?
👆 жауабын көру үшін бас
Олар экспортқа көп белок синтездейді (антидене, ферменттер) — бекінген рибосомалар мен полисомалар көп.
6.Дифтерия неге өлімге әкелуі мүмкін?
👆 жауабын көру үшін бас
Токсин eEF2-ні ADP-рибозилдеп, жасушалардағы белок синтезін толық тоқтатады → жүрек, нерв жасушалары зақымдалады.
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
17 3D-препарат · тақтада
Нөмірді ата, басып тексер
👆 Қалай ойнаймыз
- Студент тақтаға шығып, нөмірді атайды және құрылымның қызметін айтады
- Сары нөмірді басса — дұрыс жауап ашылады
- Модельді айналдырып, барлық нөмірді тап
Талқылауға
- Полисоманың биологиялық мәні?
- Неге пептидилтрансфераза — рибозим?
🖱 айналдыр · дөңгелек — жақындат
18 QR-зертхана · телефонмен
Үш виртуалды тапсырма
🔬 1 · 3D-препарат
3D модельде белгіленген құрылымды тап. 10 раунд.
20 балл🧬 2 · Трансляция шебері
Кезеңдер реті, генетикалық код, сұрыптау
20 балл🩺 3 · Кейс-тест
10 сұрақ: құрылыс → қызмет → патология. Жауаптар тексергеннен кейін ашылады.
20 баллКодсыз ашылады · аты-жөніңді жаз · соңғы экранның скриншотын жұмыс парағына тірке
19 Клиникалық / зерттеу кейсі
Білімді қолдан
Кейс 1 · Антибиотик
Туберкулезбен ауыратын науқас стрептомицин қабылдап, 3 айдан соң құлағы нашар естіп қалды.
Сұрақ: Неге бактерияға арналған дәрі адамның ішкі құлақ жасушаларын зақымдады?
Кейс 2 · Дифтерия
Екпе алмаған балада тамақта сұр қабық, жүрек пен жүйке зақымданды.
Сұрақ: Токсин трансляцияның қай кезеңін және қалай тежейді?
Кейс 3 · Улану
Жанжал-детективте рицинмен улау сипатталған: аз мөлшер өлімге әкеледі.
Сұрақ: Неге бір молекула мыңдаған рибосоманы істен шығарады?
Топпен талқылау 5 минут · жауапты жұмыс парағына жаз
20 Бағалау · Рефлексия
Не білдім, не үйрендім?
📊 Бағалау · 100 балл
| Жұмыс түрі | Балл |
|---|---|
| QR-1 «3D-препарат» | 20 |
| QR-2 «Трансляция шебері» | 20 |
| QR-3 «Кейс-тест» | 20 |
| Жұмыс парағы | 30 |
| 3D-препарат, кейс талқылау | 10 |
90–100 «өте жақсы» · 75–89 «жақсы» · 50–74 «қанағаттанарлық»
🪞 Рефлексия «3–2–1»
- 3 — бүгін түсінген ұғым
- 2 — құрылыс пен қызмет байланысының мысалы
- 1 — әлі де сұрағым келетін сұрақ
🏠 Өздік жұмыс (СӨЖ)
- иРНҚ → полипептид трансляциясын генетикалық код кестесімен 3 мысалда шеш
- Келесі тақырып: Митохондриялар