Всички живи същества се нуждаят от протеини за различни функции. В рамките на клетките учените определят рибозомите като създатели на тези протеини. Рибозомна ДНК (rDNA)за разлика от това служи като предшественик генетичен код за тези протеини и изпълнява и други функции.
TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)
Рибозомите служат като протеинови фабрики в клетките на организмите. Рибозомната ДНК (rDNA) е предшественикът на тези протеини и изпълнява други важни функции в клетката.
Какво е рибозома?
Човек може да дефинира рибозоми като фабрики за молекулни протеини. В най-опростен вид, рибозомата е вид органела, намираща се в клетките на всички живи същества. Рибозомите могат да плават свободно в цитоплазма на клетка или може да се намира на повърхността на ендоплазмен ретикулум (ER). Тази част от ER се отнася за груба ER.
Протеините и нуклеиновите киселини включват рибозоми. Повечето от тях идват от ядрото. Рибозомите са направени от две субединици, едната по-голяма от другата. При по-прости форми на живот като бактерии и архебактерии, рибозомите и техните субединици са по-малки, отколкото при по-напредналите форми на живот.
В тези по-прости организми рибозомите се наричат 70S рибозоми и са изградени от 50S субединица и 30S субединица. „S“ се отнася до скоростта на утаяване на молекулите в центрофуга.
В по-сложни организми като хора, растения и гъби, рибозомите са по-големи и се наричат 80S рибозоми. Тези рибозоми се състоят съответно от 60S и 40S субединица. Митохондрии притежава собствени 70S рибозоми, намеквайки за древна възможност еукариотите да консумират митохондриите като бактерии, но въпреки това да ги запазват като полезни симбиоти.
Рибозомите могат да бъдат направени от цели 80 протеина и голяма част от тяхната маса идва от рибозомна РНК (rRNA).
Какво правят рибозомите?
The главна функция на рибозома е да се изграждат протеини. Това се прави чрез превод на код, даден от ядрото на клетката чрез иРНК (пратеник на рибонуклеинова киселина). Използвайки този код, рибозомата ще се присъедини към аминокиселините, донесени от нея тРНК (трансфер на рибонуклеинова киселина).
В крайна сметка този нов полипептид ще бъде освободен в цитоплазмата и ще бъде допълнително модифициран като нов, функциониращ протеин.
Три стъпки от производството на протеини
Въпреки че е лесно да се определят рибозомите като фабрики за протеини, това помага да се разбере действителното стъпки на производство на протеини. Тези стъпки трябва да бъдат направени ефективно и правилно, за да се гарантира, че няма да настъпи увреждане на нов протеин.
Първата стъпка от производството на протеини (известна още като превод) е наречен посвещение. Специални протеини довеждат иРНК до по-малката субединица на рибозомата, където тя влиза чрез цепнатина. След това тРНК се подготвя и пренася през друга цепнатина. Всички тези молекули се свързват между по-големите и по-малките субединици на рибозомата, правейки активна рибозома. По-голямата субединица работи предимно като катализатор, докато по-малката субединица работи като декодер.
Втората стъпка, удължаване, започва, когато иРНК е „прочетена“. TRNA доставя аминокиселина, и този процес се повтаря, удължавайки веригата от аминокиселини. Аминокиселините се извличат от цитоплазмата; те се доставят с храна.
Прекратяване на договора представлява края на производството на протеин. Рибозомата чете стоп кодон, последователност от гена, която й инструктира да завърши изграждането на протеина. Протеини, наречени протеини на фактора на освобождаване, помагат на рибозомата да освободи пълния протеин в цитоплазмата. Ново освободените протеини могат да се сгънат или да бъдат модифицирани пост-транслационна модификация.
Рибозомите могат да работят с висока скорост, за да обединят аминокиселините и понякога могат да се присъединят към 200 от тях в минута! Изграждането на по-големи протеини може да отнеме няколко часа. Протеините рибозоми продължават да изпълняват жизненоважни функции, изграждайки мускулите и други тъкани. Клетката на бозайник може да съдържа до 10 милиарда протеинови молекули и 10 милиона рибозоми! Когато рибозомите завършат работата си, техните субединици се разделят и могат да бъдат рециклирани или разбити.
Изследователите използват знанията си за рибозомите, за да произвеждат нови антибиотици и други лекарства. Например съществуват нови антибиотици, които извършват целенасочена атака върху 70S рибозомите вътре в бактериите. Тъй като учените научават повече за рибозомите, несъмнено ще бъдат разкрити повече подходи към новите лекарства.
Какво представлява рибозомната ДНК?
Рибозомна ДНК, или рибозомна дезоксирибонуклеинова киселина (рДНК), е ДНК, която кодира рибозомни протеини, които образуват рибозоми. Тази рДНК съставлява относително малка част от човешката ДНК, но нейната роля е решаваща за няколко процеса. Повечето РНК, открити в еукариотите, идват от рибозомната РНК, която е транскрибирана от рДНК.
Тази транскрипция на рДНК се инсталира по време на клетъчния цикъл. Самата рДНК идва от ядрото, което се намира вътре в ядрото на клетката.
Нивото на производство на рДНК в клетките варира в зависимост от стреса и нивата на хранителните вещества. Когато има глад, транскрипцията на рДНК пада. Когато има изобилие от ресурси, производството на рДНК се увеличава.
Рибозомната ДНК е отговорна за контролирането на метаболизма на клетките, генната експресия, реакцията на стрес и дори стареенето. Трябва да има стабилно ниво на транскрипция на рДНК, за да се избегне клетъчна смърт или образуване на тумор.
Интересна характеристика на rDNA е нейната голяма серия от повтарящи се гени. Има повече повторения на рДНК, отколкото е необходимо за рРНК. Въпреки че причината за това е неясна, изследователите смятат, че това може да е свързано с необходимостта от различни нива на протеинов синтез като различни точки в развитието.
Тези повтарящи се последователности на рДНК могат да доведат до проблеми с геномната цялост. Те са трудни за транскрибиране, репликация и поправка, което от своя страна води до обща нестабилност, която може да доведе до заболявания. Винаги, когато транскрипцията на rDNA се случва с по-висока скорост, има повишен риск от прекъсвания в rDNA и други грешки. Регулирането на повтарящата се ДНК е важно за здравето на организма.
Значението за рДНК и болести
Проблемите с рибозомната ДНК (rDNA) са замесени в редица заболявания при хората, включително невродегенеративни разстройства и рак. Когато има по-голямо нестабилност на рДНК, възникват проблеми. Това се дължи на многократните последователности, открити в рДНК, които са податливи на рекомбинационни събития, които дават мутации.
Някои заболявания могат да се появят от повишена нестабилност на рДНК (и лош синтез на рибозома и протеин). Изследователите са открили, че клетките от страдащи от синдром на Cockayne, синдром на Bloom, синдром на Werner и атаксия-телеангиектазия съдържат повишена рДНК нестабилност.
ДНК повтарящата се нестабилност също се демонстрира в редица неврологични заболявания като болестта на Хънтингтън, ALS (амиотрофична латерална склероза) и фронтотемпорална деменция. Учените смятат, че свързаната с рДНК невродегенерация възниква от висока транскрипция на рДНК, която води до увреждане на рДНК и лоши транскрипти на рРНК. Проблемите с производството на рибозома също могат да играят роля.
Редица солиден туморен рак случайно показват пренареждания на рДНК, включително няколко повторни последователности. Номерата на копията на рДНК влияят върху начина на образуване на рибозомите и следователно върху развитието на техните протеини. Повишеното производство на протеини от рибозомите дава ключ към връзката между рибозомните последователности на повторение на ДНК и развитието на тумора.
Надеждата е този роман рак могат да се направят терапии, които експлоатират уязвимостта на туморите поради повтарящи се рДНК.
Рибозомна ДНК и стареене
Учените наскоро разкриха доказателства, че рДНК също играе роля в стареене. Изследователите установяват, че с напредване на възрастта на животните, тяхната рДНК претърпява епигенетична промяна, наречена метилиране. Метиловите групи не променят ДНК последователността, но променят начина на експресия на гените.
Друг потенциален ключ към стареенето е намаляването на повторенията на рДНК. Необходими са повече изследвания, за да се изясни ролята на рДНК и стареенето.
Тъй като учените научават повече за рДНК и как тя може да повлияе на рибозомите и развитието на протеини, това остава страхотно обещават нови лекарства за лечение не само на стареене, но и вредни състояния като рак и неврологични разстройства.