Všechno živé vyžaduje proteiny pro různé funkce. V buňkách vědci definují ribozomy jako tvůrce těchto proteinů. Ribozomální DNA (rDNA)Naproti tomu slouží jako prekurzorový genetický kód pro tyto proteiny a vykonává také další funkce.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Ribozomy slouží jako továrny na bílkoviny uvnitř buněk organismů. Ribozomální DNA (rDNA) je prekurzorem těchto proteinů a slouží v buňce dalším důležitým funkcím.
Co je to ribozom?
Lze definovat ribozomy jako továrny na molekulární bílkoviny. Ve své nejjednodušší formě je ribozom druh organely nacházející se v buňkách všeho živého. Ribozomy mohou volně plavat v cytoplazma buňky nebo se mohou nacházet na povrchu buňky endoplazmatické retikulum (ER). Tato část ER se označuje jako hrubá ER.
Proteiny a nukleové kyseliny zahrnují ribozomy. Většina z nich pochází z jádra. Ribozomy jsou vyrobeny ze dvou podjednotek, jedné větší než druhé. V jednodušších formách života, jako jsou bakterie a archebakterie, jsou ribozomy a jejich podjednotky menší než ve vyspělejších formách života.
V těchto jednodušších organismech jsou ribozomy označovány jako 70S ribozomy a jsou vyrobeny z 50S podjednotky a 30S podjednotky. „S“ označuje rychlost sedimentace molekul v odstředivce.
Ve složitějších organismech, jako jsou lidé, rostliny a houby, jsou ribozomy větší a označují se jako 80S ribozomy. Tyto ribozomy se skládají z podjednotky 60S a 40S. Mitochondrie vlastní své 70S ribozomy, což naznačuje starodávnou možnost, že eukaryoty konzumovaly mitochondrie jako bakterie, a přesto je udržovaly jako užitečné symbioty.
Ribozomy mohou být vyrobeny až z 80 proteinů a velká část jejich hmoty pochází z ribozomální RNA (rRNA).
Co dělají ribozomy?
The hlavní funkce ribozomu je vytvářet bílkoviny. Dělá to tak, že překládá kód daný z jádra buňky pomocí mRNA (messenger ribonukleová kyselina). Pomocí tohoto kódu bude ribozom sousedit s aminokyselinami, které k němu přinese tRNA (transfer ribonukleové kyseliny).
Nakonec bude tento nový polypeptid uvolněn do cytoplazmy a bude dále modifikován jako nový funkční protein.
Tři kroky produkce bílkovin
I když je snadné obecně definovat ribozomy jako továrny na bílkoviny, pomáhá pochopit skutečný stav kroky produkce bílkovin. Tyto kroky musí být provedeny efektivně a správně, aby nedošlo k poškození nového proteinu.
První krok produkce bílkovin (aka překlad) je nazýván zahájení. Speciální proteiny přinášejí mRNA do menší podjednotky ribozomu, kam vstupuje rozštěpem. Poté se připraví tRNA a přenese se přes další rozštěp. Všechny tyto molekuly se připojují mezi větší a menší podjednotku ribozomu a vytvářejí aktivní ribozom. Větší podjednotka funguje primárně jako katalyzátor, zatímco menší podjednotka funguje jako dekodér.
Druhý krok, prodloužení, začíná, když je mRNA „přečtena“. TRNA poskytuje aminokyselinaa tento proces se opakuje a prodlužuje řetězec aminokyselin. Aminokyseliny se získávají z cytoplazmy; jsou dodávány potravinami.
Ukončení představuje konec výroby bílkovin. Ribozom čte stop kodon, sekvenci genu, který mu dává pokyn k dokončení sestavení proteinu. Proteiny nazývané proteiny faktoru uvolňování pomáhají ribozomu uvolňovat kompletní protein do cytoplazmy. Nově uvolněné proteiny lze složit nebo upravit posttranslační modifikace.
Ribosomy mohou pracovat vysokou rychlostí, aby spojily aminokyseliny dohromady, a někdy se mohou připojit 200 z nich za minutu! Vytvoření větších bílkovin může trvat několik hodin. Proteiny ribozomy dále plní základní funkce po celý život, tvoří svaly a další tkáně. Buňka savce může obsahovat až 10 miliard molekul bílkovin a 10 milionů ribozomů! Když ribozomy dokončí svou práci, jejich podjednotky se rozpadnou a lze je recyklovat nebo rozložit.
Vědci využívají své znalosti ribozomů k výrobě nových antibiotik a dalších léků. Například existují nová antibiotika, která cíleně útočí na 70S ribozomy uvnitř bakterií. Když se vědci dozvědí více o ribozomech, bude nepochybně odhaleno více přístupů k novým lékům.
Co je to ribozomální DNA?
Ribozomální DNAnebo ribosomální deoxyribonukleová kyselina (rDNA) je DNA, která kóduje ribozomální proteiny, které tvoří ribozomy. Tato rDNA tvoří relativně malou část lidské DNA, ale její role je zásadní pro několik procesů. Většina RNA nalezená v eukaryotech pochází z ribozomální RNA, která byla transkribována z rDNA.
Tento přepis rDNA nastává během buněčného cyklu. Samotná rDNA pochází z jádra, které se nachází uvnitř jádra buňky.
Úroveň produkce rDNA v buňkách se liší v závislosti na stresu a hladinách živin. Pokud dojde k hladovění, transkripce rDNA klesá. Pokud je dostatek zdrojů, produkce rDNA narůstá.
Ribozomální DNA je zodpovědná za řízení metabolismu buněk, genové exprese, reakce na stres a dokonce i stárnutí. Musí existovat stabilní úroveň transkripce rDNA, aby se zabránilo buněčné smrti nebo tvorbě nádoru.
Zajímavou vlastností rDNA je její velká řada opakované geny. Existuje více opakování rDNA, než je pro rRNA potřeba. I když důvod není jasný, vědci se domnívají, že to může souviset s potřebou různých rychlostí syntézy bílkovin jako různých vývojových bodů.
Tyto opakující se rDNA sekvence mohou vést k problémům s genomovou integritou. Je obtížné je přepsat, replikovat a opravit, což vede k celkové nestabilitě, která může vést k nemocem. Kdykoli dojde k transkripci rDNA s vyšší rychlostí, existuje zvýšené riziko zlomů v rDNA a dalších chyb. Regulace opakující se DNA je důležitá pro zdraví organismu.
Význam pro rDNA a nemoci
Problémy s ribozomální DNA (rDNA) byly zapleteny do řady onemocnění u lidí, včetně neurodegenerativních poruch a rakoviny. Když je větší nestabilita rDNA, dochází k problémům. To je způsobeno opakovanými sekvencemi nalezenými v rDNA, které jsou náchylné k rekombinačním událostem, které vedou k mutacím.
Některá onemocnění se mohou objevit ze zvýšené nestability rDNA (a špatné syntézy ribozomů a proteinů). Vědci zjistili, že buňky trpící Cockaynovým syndromem, Bloomovým syndromem, Wernerovým syndromem a ataxia-telangiektázií obsahují zvýšenou nestabilitu rDNA.
Nestabilita opakování DNA je také prokázána u řady neurologická onemocnění jako je Huntingtonova choroba, ALS (amyotrofická laterální skleróza) a frontotemporální demence. Vědci si myslí, že neurodegenerace související s rDNA vzniká z vysoké transkripce rDNA, která vede k poškození rDNA a špatným transkriptům rRNA. Svou roli by mohly hrát i problémy s produkcí ribozomu.
Počet solidní nádory došlo k přeskupení rDNA, včetně několika opakujících se sekvencí. Počet kopií rDNA ovlivňuje to, jak se tvoří ribozomy, a tedy jak se vyvíjejí jejich proteiny. Zvýšená produkce bílkovin ribozomy poskytuje vodítko pro spojení mezi opakujícími se sekvencemi ribozomální DNA a vývojem nádoru.
Naděje je ten román rakovina lze provést terapie, které využívají zranitelnost nádorů v důsledku opakující se rDNA.
Ribozomální DNA a stárnutí
Vědci nedávno odhalili důkazy, v nichž hraje roli také rDNA stárnutí. Vědci zjistili, že s věkem zvířat prochází jejich rDNA epigenetickou změnou methylace. Methylové skupiny nemění sekvenci DNA, ale mění způsob exprese genů.
Dalším možným vodítkem při stárnutí je snížení počtu opakování rDNA. K objasnění úlohy rDNA a stárnutí je zapotřebí dalšího výzkumu.
Protože se vědci dozvěděli více o rDNA a o tom, jak může ovlivnit vývoj ribozomů a bílkovin, zůstává skvělá příslib nových léků k léčbě nejen stárnutí, ale i škodlivých stavů, jako je rakovina a neurologické stavy poruchy.