Όλα τα ζωντανά πλάσματα απαιτούν πρωτεΐνες για διάφορες λειτουργίες. Μέσα στα κύτταρα, οι επιστήμονες ορίζουν τα ριβοσώματα ως τους κατασκευαστές αυτών των πρωτεϊνών. Ριβοσωματικό DNA (rDNA)Αντιθέτως, χρησιμεύει ως πρόδρομος γενετικός κώδικας για αυτές τις πρωτεΐνες και εκτελεί και άλλες λειτουργίες.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Τα ριβοσώματα χρησιμεύουν ως πρωτεϊνικά εργοστάσια μέσα στα κύτταρα των οργανισμών. Το ριβοσωμικό DNA (rDNA) είναι ο πρόδρομος κώδικας για αυτές τις πρωτεΐνες και εξυπηρετεί άλλες σημαντικές λειτουργίες στο κύτταρο.
Τι είναι το ριβόσωμα;
Κάποιος μπορεί να ορίσει ριβοσώματα ως εργοστάσια μοριακών πρωτεϊνών. Στην πιο απλοϊκή του μορφή, ένα ριβόσωμα είναι ένας τύπος οργανιδίου που βρίσκεται στα κύτταρα όλων των ζωντανών όντων. Τα ριβοσώματα μπορούν και τα δύο να επιπλέουν ελεύθερα στο κυτόπλασμα ενός κελιού, ή μπορεί να βρίσκεται στην επιφάνεια του ενδοπλασματικό πρόγραμμα (ER). Αυτό το μέρος του ER αναφέρεται σε τραχύ ER.
Οι πρωτεΐνες και τα νουκλεϊκά οξέα περιλαμβάνουν ριβοσώματα. Τα περισσότερα από αυτά προέρχονται από τον πυρήνα. Τα ριβοσώματα αποτελούνται από δύο υπομονάδες, η μία μεγαλύτερη από την άλλη. Σε απλούστερες μορφές ζωής, όπως βακτήρια και αρχαιοβακτήρια, τα ριβοσώματα και οι υπομονάδες τους είναι μικρότερα από ό, τι σε πιο προηγμένες μορφές ζωής.
Σε αυτούς τους απλούστερους οργανισμούς, τα ριβοσώματα αναφέρονται ως ριβοσώματα 70S και αποτελούνται από μια υπομονάδα 50S και μια υπομονάδα 30S. Το «S» αναφέρεται στον ρυθμό καθίζησης των μορίων σε μια φυγόκεντρο.
Σε πιο πολύπλοκους οργανισμούς όπως άτομα, φυτά και μύκητες, τα ριβοσώματα είναι μεγαλύτερα και αναφέρονται ως ριβοσώματα 80S. Αυτά τα ριβοσώματα αποτελούνται από μια υπομονάδα 60S και 40S, αντίστοιχα. Μιτοχόνδρια διαθέτει τα δικά τους ριβοσώματα 70S, υπαινιγμό για μια αρχαία πιθανότητα ότι οι ευκαρυώτες κατανάλωναν τα μιτοχόνδρια ως βακτήρια, αλλά τα κράτησαν ως χρήσιμα συμβιωτικά.
Τα ριβοσώματα μπορούν να κατασκευαστούν από έως και 80 πρωτεΐνες και μεγάλο μέρος της μάζας τους προέρχεται ριβοσωμικό RNA (rRNA).
Τι κάνουν τα ριβοσώματα;
ο κύρια λειτουργία ενός ριβοσώματος είναι η κατασκευή πρωτεϊνών. Αυτό το κάνει μεταφράζοντας έναν κωδικό που δίνεται από τον πυρήνα ενός κελιού μέσω mRNA (αγγελιοφόρος ριβονουκλεϊκό οξύ). Χρησιμοποιώντας αυτόν τον κωδικό, το ριβόσωμα θα συνορεύει με τα αμινοξέα που του φέρνουν tRNA (μεταφορά ριβονουκλεϊκού οξέος).
Τελικά αυτό το νέο πολυπεπτίδιο θα απελευθερωθεί στο κυτταρόπλασμα και θα τροποποιηθεί περαιτέρω ως μια νέα, λειτουργική πρωτεΐνη.
Τρία στάδια παραγωγής πρωτεϊνών
Ενώ είναι εύκολο να ορίσουμε γενικά τα ριβοσώματα ως εργοστάσια πρωτεϊνών, βοηθά στην κατανόηση του πραγματικού στάδια παραγωγής πρωτεϊνών. Αυτά τα βήματα πρέπει να γίνονται αποτελεσματικά και σωστά για να διασφαλιστεί ότι δεν θα προκληθεί βλάβη σε μια νέα πρωτεΐνη.
Το πρώτο βήμα της παραγωγής πρωτεϊνών (γνωστός και ως μετάφραση) λέγεται την έναρξη. Οι ειδικές πρωτεΐνες φέρνουν το mRNA στη μικρότερη υπομονάδα ενός ριβοσώματος, όπου εισέρχεται μέσω μιας σχισμής. Στη συνέχεια, το tRNA προετοιμάζεται και φέρεται μέσω άλλης σχισμής. Όλα αυτά τα μόρια συνδέονται μεταξύ των μεγαλύτερων και μικρότερων υπομονάδων του ριβοσώματος, δημιουργώντας ένα ενεργό ριβόσωμα. Η μεγαλύτερη υπομονάδα λειτουργεί κυρίως ως καταλύτης, ενώ η μικρότερη υπομονάδα λειτουργεί ως αποκωδικοποιητής.
Το δεύτερο βήμα, επιμήκυνση, ξεκινά όταν το mRNA «διαβάζεται». Το tRNA παρέχει ένα αμινοξέων, και αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται, επιμηκύνοντας την αλυσίδα των αμινοξέων. Τα αμινοξέα ανακτώνται από το κυτταρόπλασμα. παρέχονται από τρόφιμα.
Λήξη αντιπροσωπεύει το τέλος της παραγωγής πρωτεϊνών. Το ριβόσωμα διαβάζει ένα κωδικόνιο τερματισμού, μια ακολουθία του γονιδίου που το καθοδηγεί να ολοκληρώσει την παραγωγή πρωτεϊνών. Οι πρωτεΐνες που ονομάζονται πρωτεΐνες παράγοντα απελευθέρωσης βοηθούν το ριβόσωμα να απελευθερώσει την πλήρη πρωτεΐνη στο κυτταρόπλασμα. Οι πρόσφατα απελευθερωμένες πρωτεΐνες μπορούν να αναδιπλωθούν ή να τροποποιηθούν μετα-μεταφραστική τροποποίηση.
Τα ριβοσώματα μπορούν να λειτουργήσουν με μεγάλη ταχύτητα για να ενώσουν τα αμινοξέα μαζί και μερικές φορές μπορούν να ενώσουν 200 από αυτά το λεπτό! Οι μεγαλύτερες πρωτεΐνες μπορεί να διαρκέσουν μερικές ώρες. Τα ριβοσώματα πρωτεϊνών συνεχίζουν να εκτελούν βασικές λειτουργίες για τη ζωή, συνθέτοντας τους μύες και άλλους ιστούς. Το κύτταρο ενός θηλαστικού μπορεί να περιέχει έως και 10 δισεκατομμύρια μόρια πρωτεΐνης και 10 εκατομμύρια ριβοσώματα! Όταν τα ριβοσώματα ολοκληρώνουν την εργασία τους, οι υπομονάδες τους διαχωρίζονται και μπορούν να ανακυκλωθούν ή να αναλυθούν.
Οι ερευνητές χρησιμοποιούν τις γνώσεις τους για τα ριβοσώματα για να δημιουργήσουν νέα αντιβιοτικά και άλλα φάρμακα. Για παράδειγμα, υπάρχουν νέα αντιβιοτικά που εκτελούν στοχευμένη επίθεση στα ριβοσώματα 70S μέσα σε βακτήρια. Καθώς οι επιστήμονες μαθαίνουν περισσότερα για τα ριβοσώματα, αναμφίβολα θα αποκαλυφθούν περισσότερες προσεγγίσεις στα νέα φάρμακα.
Τι είναι το ριβοσωμικό DNA;
Ριβοσωμικό DNAή ριβοσωμικό δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (rDNA), είναι το DNA που κωδικοποιεί ριβοσωμικές πρωτεΐνες που σχηματίζουν ριβοσώματα. Αυτό το rDNA αποτελεί ένα σχετικά μικρό μέρος του ανθρώπινου DNA, αλλά ο ρόλος του είναι ζωτικής σημασίας για πολλές διαδικασίες. Το μεγαλύτερο μέρος του RNA που βρίσκεται στα ευκαρυωτικά προέρχεται από ριβοσωμικό RNA που μεταγράφηκε από το rDNA.
Αυτή η μεταγραφή του rDNA εγκαθίσταται κατά τη διάρκεια του κυτταρικού κύκλου. Το ίδιο το rDNA προέρχεται από τον πυρήνα, ο οποίος βρίσκεται μέσα στον πυρήνα του κυττάρου.
Το επίπεδο παραγωγής rDNA στα κύτταρα ποικίλλει ανάλογα με το στρες και τα επίπεδα θρεπτικών ουσιών. Όταν υπάρχει πείνα, η μεταγραφή του rDNA πέφτει. Όταν υπάρχουν άφθονοι πόροι, η παραγωγή rDNA αυξάνεται.
Το ριβοσωμικό DNA είναι υπεύθυνο για τον έλεγχο του μεταβολισμού των κυττάρων, της γονιδιακής έκφρασης, της απόκρισης στο στρες και ακόμη και της γήρανσης. Πρέπει να υπάρχει ένα σταθερό επίπεδο μεταγραφής rDNA για να αποφευχθεί ο κυτταρικός θάνατος ή ο σχηματισμός όγκων.
Ένα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό του rDNA είναι η μεγάλη σειρά του επαναλαμβανόμενα γονίδια. Υπάρχουν περισσότερες επαναλήψεις rDNA από ό, τι απαιτείται για το rRNA. Ενώ ο λόγος για αυτό είναι ασαφής, οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτό μπορεί να έχει σχέση με την ανάγκη διαφορετικών ποσοστών σύνθεσης πρωτεϊνών ως διαφορετικών σημείων ανάπτυξης.
Αυτές οι επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες rDNA μπορούν να οδηγήσουν σε ζητήματα με γονιδιωματική ακεραιότητα. Είναι δύσκολο να μεταγραφούν, να αναπαραχθούν και να επιδιορθωθούν, γεγονός που με τη σειρά του οδηγεί σε γενική αστάθεια που μπορεί να οδηγήσει σε ασθένειες. Κάθε φορά που γίνεται μεταγραφή του rDNA με υψηλότερο ρυθμό, υπάρχει αυξημένος κίνδυνος διακοπής του rDNA και άλλων σφαλμάτων. Η ρύθμιση του επαναλαμβανόμενου DNA είναι σημαντική για την υγεία του οργανισμού.
Η σημασία για το rDNA και την ασθένεια
Τα ζητήματα ριβοσωματικού DNA (rDNA) έχουν εμπλακεί σε διάφορες ασθένειες στον άνθρωπο, συμπεριλαμβανομένων των νευροεκφυλιστικών διαταραχών και του καρκίνου. Όταν υπάρχει μεγαλύτερη αστάθεια του rDNA, εμφανίζονται προβλήματα. Αυτό οφείλεται στις επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες που βρέθηκαν στο rDNA, οι οποίες είναι ευαίσθητες σε συμβάντα ανασυνδυασμού που δίνουν μεταλλάξεις.
Ορισμένες ασθένειες μπορεί να προκύψουν από αυξημένη αστάθεια rDNA (και κακή σύνθεση ριβοσωμάτων και πρωτεϊνών). Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι κύτταρα από πάσχοντες από σύνδρομο Cockayne, σύνδρομο Bloom, σύνδρομο Werner και αταξία-τελαγγειεκτασία περιέχουν αυξημένη αστάθεια rDNA.
Η αστάθεια επανάληψης του DNA αποδεικνύεται επίσης σε έναν αριθμό νευρολογικές ασθένειες όπως η νόσος του Huntington, η ALS (αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση) και η μετωπική άνοια. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι ο νευροεκφυλισμός που σχετίζεται με το rDNA προκύπτει από υψηλή μεταγραφή rDNA που προκαλεί βλάβη rDNA και κακή μεταγραφή του rRNA. Τα προβλήματα με την παραγωγή ριβοσωμάτων θα μπορούσαν επίσης να παίξουν ρόλο.
Ενας αριθμός από καρκίνους συμπαγούς όγκου τυχαίνει να εμφανίζει αναδιατάξεις του rDNA, συμπεριλαμβανομένων αρκετών επαναλαμβανόμενων αλληλουχιών. Οι αριθμοί αντιγράφων rDNA επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο σχηματίζονται τα ριβοσώματα και συνεπώς τον τρόπο ανάπτυξης των πρωτεϊνών τους. Η αυξημένη παραγωγή πρωτεϊνών από ριβοσώματα παρέχει μια ένδειξη για τη σύνδεση μεταξύ των αλληλουχιών επανάληψης ριβοσωμικού DNA και της ανάπτυξης όγκων.
Η ελπίδα είναι αυτό το μυθιστόρημα Καρκίνος Μπορούν να γίνουν θεραπείες που εκμεταλλεύονται την ευπάθεια των όγκων λόγω του επαναλαμβανόμενου rDNA.
Ριβοσωμικό DNA και γήρανση
Οι επιστήμονες αποκάλυψαν πρόσφατα στοιχεία ότι το rDNA παίζει επίσης ρόλο γηράσκων. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι καθώς τα ζώα γερνούν, το rDNA τους υφίσταται μια επιγενετική αλλαγή που ονομάζεται μεθυλίωση. Οι ομάδες μεθυλίου δεν αλλάζουν την αλληλουχία DNA, αλλά αλλάζουν τον τρόπο έκφρασης των γονιδίων.
Μια άλλη πιθανή ένδειξη στη γήρανση είναι η μείωση των επαναλήψεων του rDNA. Απαιτείται περισσότερη έρευνα για να διευκρινιστεί ο ρόλος του rDNA και της γήρανσης.
Καθώς οι επιστήμονες μαθαίνουν περισσότερα για το rDNA και πώς μπορεί να επηρεάσει τα ριβοσώματα και την ανάπτυξη πρωτεϊνών, παραμένει υπέροχο υπόσχεση για νέα φάρμακα για τη θεραπεία όχι μόνο της γήρανσης, αλλά και των επιβλαβών παθήσεων όπως ο καρκίνος και οι νευρολογικές διαταραχές.