Sva živa bića trebaju bjelančevine za razne funkcije. Unutar stanica znanstvenici definiraju ribosome kao tvorce tih proteina. Ribosomska DNA (rDNA)za razliku od toga, služi kao genetski kod prethodnika tih proteina i obavlja i druge funkcije.
TL; DR (predugo; Nisam pročitao)
Ribosomi služe kao tvornice proteina unutar stanica organizama. Ribosomska DNA (rDNA) prethodnica je tih proteina i služi drugim važnim funkcijama u stanici.
Što je ribosom?
Može se definirati ribosomi kao tvornice molekularnih proteina. Najjednostavnije, ribosom je vrsta organela koja se nalazi u stanicama svih živih bića. Ribozomi mogu slobodno plutati u citoplazma stanice ili može boraviti na površini endoplazmatski retikulum (ER). Ovaj dio ER odnosi se na grubi ER.
Proteini i nukleinske kiseline sadrže ribosome. Većina njih dolazi iz nukleolusa. Ribosomi se sastoje od dvije podjedinice, jedne veće od druge. U jednostavnijim oblicima života, poput bakterija i arhebakterija, ribosomi i njihove podjedinice manji su nego u naprednijim oblicima života.
U tim jednostavnijim organizmima ribosomi se nazivaju 70S ribosomi, a izrađeni su od 50S podjedinice i 30S podjedinice. "S" se odnosi na brzinu sedimentacije molekula u centrifugi.
U složenijim organizmima kao što su ljudi, biljke i gljive, ribosomi su veći i nazivaju se 80S ribosomi. Ti ribosomi sastoje se od podjedinice 60S, odnosno 40S. Mitohondrije posjeduju vlastite 70S ribosome, nagovještavajući drevnu mogućnost da su eukarioti mitohondrije konzumirali kao bakterije, ali da su ih zadržali kao korisne simbiote.
Ribosomi se mogu sastojati od čak 80 proteina, a velik dio njihove mase dolazi iz ribosomska RNA (rRNA).
Što rade ribosomi?
The glavna funkcija ribosoma je izgradnja proteina. To čini prevođenjem koda datog iz jezgre stanice putem mRNA (messenger ribonucleic acid). Koristeći ovaj kod, ribosom će se pridružiti aminokiselinama koje su mu donijele tRNA (prijenos ribonukleinske kiseline).
Na kraju će se ovaj novi polipeptid otpustiti u citoplazmu i dalje modificirati kao novi, funkcionalni protein.
Tri koraka proizvodnje proteina
Iako je lako općenito definirati ribosome kao tvornice proteina, pomaže razumjeti stvarne koraci proizvodnje proteina. Ovi koraci moraju se izvoditi učinkovito i pravilno kako bi se osiguralo da ne dođe do oštećenja novog proteina.
Prvi korak proizvodnje proteina (aka prijevod) Zove se inicijacija. Posebni proteini dovode mRNA do manje podjedinice ribosoma, gdje ona ulazi kroz pukotinu. Tada se tRNA priprema i provodi kroz drugu pukotinu. Sve se ove molekule vežu između veće i manje podjedinice ribosoma, čineći aktivni ribosom. Veća podjedinica prvenstveno djeluje kao katalizator, dok manja podjedinica djeluje kao dekoder.
Drugi korak, produljenje, započinje kada se mRNA "pročita". TRNA daje amino kiselina, i taj se postupak ponavlja, produžujući lanac aminokiselina. Aminokiseline se dobivaju iz citoplazme; opskrbljuju ih hranom.
Raskid predstavlja kraj proizvodnje proteina. U ribosomu se čita zaustavni kodon, slijed gena koji mu nalaže da dovrši izgradnju proteina. Proteini zvani proteini faktora otpuštanja pomažu ribosomu da oslobodi kompletan protein u citoplazmu. Novooslobođeni proteini mogu se saviti ili modificirati post-translacijska modifikacija.
Ribosomi mogu raditi velikom brzinom kako bi spojili aminokiseline, a ponekad se mogu pridružiti i 200 njih u minuti! Gradnja većih proteina može potrajati nekoliko sati. Proteini ribosomi nastavljaju obavljati bitne funkcije za život, čineći mišiće i druga tkiva. Stanica sisavca može sadržavati čak 10 milijardi molekula proteina i 10 milijuna ribosoma! Kad ribosomi dovrše svoj posao, njihove se podjedinice razdvajaju i mogu se reciklirati ili razgraditi.
Istraživači koriste svoje znanje o ribosomima za izradu novih antibiotika i drugih lijekova. Na primjer, postoje novi antibiotici koji izvode ciljani napad na 70S ribosome unutar bakterija. Kako znanstvenici saznaju više o ribosomima, nesumnjivo će biti otkriveno više pristupa novim lijekovima.
Što je ribosomska DNK?
Ribosomska DNA, ili ribosomska deoksiribonukleinska kiselina (rDNA), je DNA koja kodira ribosomske proteine koji tvore ribosome. Ova rDNA čini relativno mali dio ljudske DNA, ali njezina je uloga presudna za nekoliko procesa. Većina RNA koja se nalazi u eukariotima dolazi iz ribosomske RNA koja je transkribirana iz rDNA.
Ova transkripcija rDNA se uspostavlja tijekom staničnog ciklusa. Sama rDNA dolazi iz nukleolusa, koji se nalazi unutar jezgre stanice.
Razina proizvodnje rDNA u stanicama varira ovisno o stresu i razini hranjivih sastojaka. Kada postoji glad, transkripcija rDNA pada. Kada ima obilnih resursa, proizvodnja rDNA raste.
Ribosomska DNA odgovorna je za kontrolu metabolizma stanica, ekspresiju gena, odgovor na stres, pa čak i za starenje. Potrebna je stabilna razina transkripcije rDNA kako bi se izbjegla smrt stanica ili stvaranje tumora.
Zanimljiva značajka rDNA je velika serija ponovljeni geni. Postoji više ponavljanja rDNA nego što je potrebno za rRNA. Iako je razlog tome nejasan, istraživači misle da je to možda povezano s potrebom za različitim stopama sinteze proteina kao različitim točkama u razvoju.
Te ponavljajuće sekvence rDNA mogu dovesti do problema s genomskim integritetom. Teško ih je prepisati, umnožiti i popraviti, što zauzvrat dovodi do ukupne nestabilnosti koja može dovesti do bolesti. Kad god se transkripcija rDNA dogodi većom brzinom, povećan je rizik od prekida rDNA i drugih pogrešaka. Regulacija repetitivne DNA važna je za zdravlje organizma.
Značaj za rDNA i bolest
Problemi s ribosomskom DNA (rDNA) upleteni su u brojne bolesti kod ljudi, uključujući neurodegenerativne poremećaje i rak. Kad postoji veći nestabilnost rDNA, javljaju se problemi. To je zbog ponovljenih sekvenci pronađenih u rDNA, koje su osjetljive na događaje rekombinacije koji daju mutacije.
Neke bolesti mogu se javiti zbog povećane nestabilnosti rDNA (i slabe sinteze ribosoma i proteina). Istraživači su otkrili da stanice oboljelih od Cockayne sindroma, Bloom sindroma, Wernerovog sindroma i ataksije-telangiektazije sadrže povećanu nestabilnost rDNA.
Nestabilnost ponavljanja DNA također je dokazana u nizu neurološke bolesti kao što su Huntingtonova bolest, ALS (amiotrofična lateralna skleroza) i frontotemporalna demencija. Znanstvenici misle da neurodegeneracija povezana s rDNA proizlazi iz visoke transkripcije rDNA koja dovodi do oštećenja rDNA i loših transkripata rRNA. Problemi s proizvodnjom ribosoma također bi mogli igrati ulogu.
Broj solidni tumorski karcinomi slučajno pokazuju preuređenja rDNA, uključujući nekoliko ponavljanih sekvenci. Brojevi kopija rDNA utječu na to kako nastaju ribosomi, a time i na razvoj njihovih proteina. Pojačana proizvodnja proteina od strane ribosoma daje naznaku povezanosti između ponovljenih sekvenci ribosomske DNA i razvoja tumora.
Nada je taj roman Rak mogu se napraviti terapije koje iskorištavaju ranjivost tumora zbog ponavljajuće rDNA.
Ribosomska DNA i starenje
Znanstvenici su nedavno otkrili dokaze da rDNA također igra ulogu u starenje. Istraživači su otkrili da kako životinje stare, njihova rDNA prolazi kroz epigenetsku promjenu tzv metilacija. Metilne skupine ne mijenjaju slijed DNA, ali mijenjaju način na koji se geni izražavaju.
Sljedeći potencijalni trag u starenju je smanjenje ponavljanja rDNA. Potrebno je više istraživanja kako bi se rasvijetlila uloga rDNA i starenja.
Dok znanstvenici saznaju više o rDNA i kako ona može utjecati na ribosome i razvoj proteina, i dalje ostaje sjajno obećavaju da će novi lijekovi liječiti ne samo starenje, već i štetna stanja poput raka i neuroloških stanja poremećaji.