Alle Lebewesen benötigen Proteine für verschiedene Funktionen. Innerhalb von Zellen definieren Wissenschaftler Ribosomen als die Hersteller dieser Proteine. Ribosomale DNA (rDNA), im Gegensatz dazu dient als Vorläufer des genetischen Codes für diese Proteine und erfüllt auch andere Funktionen.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Ribosomen dienen als Proteinfabriken in den Zellen von Organismen. Ribosomale DNA (rDNA) ist der Vorläufercode dieser Proteine und erfüllt andere wichtige Funktionen in der Zelle.
Was ist ein Ribosom?
Man kann definieren Ribosomen als molekulare Proteinfabriken. Im einfachsten Fall ist ein Ribosom eine Art von Organellen, die in den Zellen aller Lebewesen vorkommen. Ribosomen können beide frei in der Zytoplasma einer Zelle oder kann sich auf der Oberfläche der Endoplasmatisches Retikulum (ER). Dieser Teil des ER wird als grober ER bezeichnet.
Proteine und Nukleinsäuren umfassen Ribosomen. Die meisten davon stammen aus dem Nukleolus. Ribosomen bestehen aus zwei Untereinheiten, von denen eine größer als die andere ist. Bei einfacheren Lebensformen wie Bakterien und Archaebakterien sind die Ribosomen und ihre Untereinheiten kleiner als bei fortgeschritteneren Lebensformen.
In diesen einfacheren Organismen werden die Ribosomen als 70S-Ribosomen bezeichnet und bestehen aus einer 50S-Untereinheit und einer 30S-Untereinheit. Das „S“ bezieht sich auf die Sedimentationsrate für Moleküle in einer Zentrifuge.
In komplexeren Organismen wie Menschen, Pflanzen und Pilzen sind Ribosomen größer und werden als 80S-Ribosomen bezeichnet. Diese Ribosomen bestehen aus einer 60S- bzw. einer 40S-Untereinheit. Mitochondrien besitzt ihre eigenen 70S-Ribosomen, was auf eine uralte Möglichkeit hindeutet, dass Eukaryoten Mitochondrien als Bakterien konsumierten, sie aber als nützliche Symbionten behielten.
Ribosomen können aus bis zu 80 Proteinen bestehen, und ein Großteil ihrer Masse stammt aus ribosomale RNA (rRNA).
Was tun Ribosomen?
Das Hauptfunktion eines Ribosoms ist der Aufbau von Proteinen. Es tut dies, indem es einen Code übersetzt, der vom Zellkern über mRNA (Boten-Ribonukleinsäure). Unter Verwendung dieses Codes grenzt das Ribosom an Aminosäuren an, die ihm von tRNA (Transfer-Ribonukleinsäure).
Letztendlich wird dieses neue Polypeptid in das Zytoplasma freigesetzt und als neues, funktionierendes Protein weiter modifiziert.
Drei Schritte der Proteinproduktion
Obwohl es leicht ist, Ribosomen allgemein als Proteinfabriken zu definieren, hilft es, die tatsächlichen Zusammenhänge zu verstehen Schritte der Proteinproduktion. Diese Schritte müssen effizient und korrekt durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass kein neues Protein beschädigt wird.
Der erste Schritt der Proteinproduktion (auch bekannt als Übersetzung) wird genannt Einleitung. Spezielle Proteine bringen mRNA in die kleinere Untereinheit eines Ribosoms, wo sie über eine Spalte eindringt. Dann wird tRNA vorbereitet und durch eine andere Spalte gebracht. Alle diese Moleküle lagern sich zwischen den größeren und kleineren Untereinheiten des Ribosoms an und bilden ein aktives Ribosom. Die größere Untereinheit fungiert in erster Linie als Katalysator, während die kleinere Untereinheit als Decoder fungiert.
Der zweite Schritt, Verlängerung, startet, wenn die mRNA „gelesen“ wird. Die tRNA liefert eine Aminosäure, und dieser Vorgang wiederholt sich, wodurch die Aminosäurekette verlängert wird. Die Aminosäuren werden aus dem Zytoplasma gewonnen; sie werden durch Nahrung versorgt.
Beendigung bedeutet das Ende der Proteinherstellung. Das Ribosom liest ein Stoppcodon, eine Sequenz des Gens, das es anweist, den Proteinaufbau abzuschließen. Proteine, die als Freisetzungsfaktorproteine bezeichnet werden, helfen dem Ribosom, das gesamte Protein in das Zytoplasma freizusetzen. Die neu freigesetzten Proteine können gefaltet oder modifiziert werden posttranslationale Modifikation.
Ribosomen können mit hoher Geschwindigkeit arbeiten, um Aminosäuren miteinander zu verbinden, und können manchmal 200 von ihnen pro Minute verbinden! Größere Proteine können einige Stunden dauern, bis sie aufgebaut sind. Die Proteine, aus denen Ribosomen bestehen, erfüllen lebenswichtige Funktionen und bilden Muskeln und anderes Gewebe. Die Zelle eines Säugetiers kann bis zu 10 Milliarden Proteinmoleküle und 10 Millionen Ribosomen enthalten! Wenn Ribosomen ihre Arbeit beenden, zerfallen ihre Untereinheiten und können recycelt oder abgebaut werden.
Forscher nutzen ihr Wissen über Ribosomen, um neue Antibiotika und andere Medikamente herzustellen. Es gibt beispielsweise neue Antibiotika, die gezielt die 70S-Ribosomen im Inneren von Bakterien angreifen. Wenn Wissenschaftler mehr über Ribosomen erfahren, werden zweifellos weitere Ansätze für neue Medikamente entdeckt.
Was ist ribosomale DNA?
Ribosomale DNA, oder ribosomale Desoxyribonukleinsäure (rDNA), ist die DNA, die ribosomale Proteine kodiert, die Ribosomen bilden. Diese rDNA macht einen relativ kleinen Teil der menschlichen DNA aus, ihre Rolle ist jedoch für mehrere Prozesse entscheidend. Der Großteil der in Eukaryoten gefundenen RNA stammt von ribosomaler RNA, die von rDNA transkribiert wurde.
Diese Transkription von rDNA wird während des Zellzyklus eingesetzt. Die rDNA selbst stammt aus dem Nukleolus, der sich im Zellkern befindet.
Das Niveau der rDNA-Produktion in den Zellen variiert je nach Stress und Nährstoffgehalt. Bei Hunger sinkt die Transkription von rDNA. Wenn Ressourcen im Überfluss vorhanden sind, wird die rDNA-Produktion hochgefahren.
Ribosomale DNA ist für die Kontrolle des Zellstoffwechsels, der Genexpression, der Reaktion auf Stress und sogar des Alterns verantwortlich. Es muss ein stabiles Niveau der rDNA-Transkription vorliegen, um Zelltod oder Tumorbildung zu vermeiden.
Ein interessantes Merkmal von rDNA ist seine große Serie von wiederholte Gene. Es gibt mehr rDNA-Wiederholungen als für rRNA benötigt. Obwohl der Grund dafür unklar ist, denken Forscher, dass dies mit der Notwendigkeit unterschiedlicher Proteinsyntheseraten zu verschiedenen Zeitpunkten in der Entwicklung zu tun haben könnte.
Diese sich wiederholenden rDNA-Sequenzen können zu Problemen mit der genomischen Integrität führen. Sie sind schwer zu transkribieren, zu replizieren und zu reparieren, was wiederum zu einer allgemeinen Instabilität führt, die zu Krankheiten führen kann. Wenn die rDNA-Transkription mit einer höheren Rate erfolgt, besteht ein erhöhtes Risiko für Brüche in der rDNA und andere Fehler. Die Regulierung repetitiver DNA ist wichtig für die Gesundheit des Organismus.
Die Bedeutung für rDNA und Krankheit
Probleme mit der ribosomalen DNA (rDNA) wurden mit einer Reihe von Krankheiten beim Menschen in Verbindung gebracht, darunter neurodegenerative Erkrankungen und Krebs. Wenn es größer ist Instabilität von rDNA, es treten Probleme auf. Dies ist auf die wiederholten Sequenzen in rDNA zurückzuführen, die für Rekombinationsereignisse anfällig sind, die zu Mutationen führen.
Einige Krankheiten können aufgrund einer erhöhten rDNA-Instabilität (und einer schlechten Ribosomen- und Proteinsynthese) auftreten. Forscher haben herausgefunden, dass Zellen von Patienten mit Cockayne-Syndrom, Bloom-Syndrom, Werner-Syndrom und Ataxie-Teleangiektasie eine erhöhte rDNA-Instabilität aufweisen.
DNA-Wiederholungsinstabilität wird auch in einer Reihe von neurologische Erkrankungen wie Huntington-Krankheit, ALS (Amyotrophe Lateralsklerose) und frontotemporale Demenz. Wissenschaftler glauben, dass rDNA-bezogene Neurodegeneration aus einer hohen rDNA-Transkription entsteht, die zu rDNA-Schäden und schlechten rRNA-Transkripten führt. Auch Probleme mit der Ribosomenproduktion könnten eine Rolle spielen.
Eine Anzahl von solider Tumorkrebs zufällig Umlagerungen von rDNA aufweisen, einschließlich mehrerer Wiederholungssequenzen. Die rDNA-Kopienzahlen beeinflussen die Bildung von Ribosomen und damit die Entwicklung ihrer Proteine. Die gesteigerte Proteinproduktion durch Ribosomen liefert einen Hinweis auf den Zusammenhang zwischen ribosomalen DNA-Wiederholungssequenzen und der Tumorentwicklung.
Die Hoffnung ist dieser Roman Krebs Es können Therapien entwickelt werden, die die Anfälligkeit von Tumoren aufgrund repetitiver rDNA ausnutzen.
Ribosomale DNA und Alterung
Wissenschaftler haben kürzlich Beweise dafür gefunden, dass rDNA auch eine Rolle bei Altern. Forscher fanden heraus, dass ihre rDNA mit zunehmendem Alter einer epigenetischen Veränderung unterliegt, die als. bezeichnet wird Methylierung. Methylgruppen verändern die DNA-Sequenz nicht, aber sie verändern, wie Gene exprimiert werden.
Ein weiterer möglicher Hinweis auf das Altern ist die Verringerung der rDNA-Wiederholungen. Weitere Forschung ist erforderlich, um die Rolle der rDNA und des Alterns aufzuklären.
Während Wissenschaftler mehr über rDNA erfahren und wie sie die Ribosomen- und Proteinentwicklung beeinflussen kann, bleibt es großartig versprechen neue Medikamente zur Behandlung nicht nur des Alterns, sondern auch schädlicher Erkrankungen wie Krebs und neurologischen Störungen.