Minden élőlényhez fehérjékre van szükség a különböző funkciókhoz. A sejtekben a tudósok a riboszómákat definiálják ezeknek a fehérjéknek a készítőjeként. Riboszomális DNS (rDNS)ezzel szemben e fehérjék prekurzor genetikai kódjaként szolgál, és más funkciókat is ellát.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
A riboszómák fehérjegyárként szolgálnak az organizmusok sejtjein belül. A riboszomális DNS (rDNS) ezeknek a fehérjéknek az elődje, és más fontos funkciókat is ellát a sejtben.
Mi az a riboszóma?
Meg lehet határozni riboszómák mint molekuláris fehérje gyárak. A legegyszerűbb módon a riboszóma egyfajta organella, amely minden élőlény sejtjeiben megtalálható. A riboszómák egyaránt szabadon lebeghetnek a citoplazma sejt sejtje, vagy a sejt felszínén tartózkodhat endoplazmatikus retikulum (ER). Az ER ezen részét durva ER-nek nevezik.
A fehérjék és a nukleinsavak tartalmazzák a riboszómákat. Ezek többsége a magból származik. A riboszómák két alegységből állnak, az egyik nagyobb, mint a másik. Az egyszerűbb életformákban, mint például a baktériumok és az archaebaktériumok, a riboszómák és alegységeik kisebbek, mint a fejlettebb életformákban.
Ezekben az egyszerűbb organizmusokban a riboszómákat 70S riboszómáknak nevezik, és egy 50S alegységből és egy 30S alegységből állnak. Az „S” a molekulák ülepedési sebességére utal egy centrifugában.
Bonyolultabb organizmusokban, például emberekben, növényekben és gombákban a riboszómák nagyobbak, és 80S riboszómának nevezik őket. Ezek a riboszómák egy 60S és egy 40S alegységből állnak. Mitokondria rendelkeznek saját 70S-es riboszómáikkal, utalva arra az ősi lehetőségre, hogy az eukarióták a mitokondriumokat baktériumként fogyasztották, mégis hasznos szimbiótákként tartották meg őket.
A riboszómák akár 80 fehérjéből is előállíthatók, tömegük nagy része származik riboszomális RNS (rRNS).
Mit csinálnak a riboszómák?
A a riboszóma fő funkciója fehérjék felépítése. Ezt úgy hajtja végre, hogy a sejtmagból adott kódot lefordítja mRNS (messenger ribonukleinsav). Ennek a kódnak a használatával a riboszóma kapcsolódik az aminosavakhoz, amelyeket hozza tRNS (transzfer ribonukleinsav).
Végül ez az új polipeptid felszabadul a citoplazmába, és tovább módosul, mint új, működő fehérje.
A fehérjetermelés három lépése
Noha a riboszómákat általában fehérje gyárakként lehet definiálni, ez segít a tényleges megértésében a fehérjetermelés lépései. Ezeket a lépéseket hatékonyan és helyesen kell elvégezni annak biztosítása érdekében, hogy egy új fehérje ne károsodjon.
A fehérjetermelés (más néven: fordítás) nak, nek hívják megindítás, inicializálás. A speciális fehérjék az mRNS-t a riboszóma kisebb alegységébe juttatják, ahol hasadékon keresztül jut be. Ezután a tRNS-t előkészítik, és egy másik hasadékon vezetik át. Mindezek a molekulák a riboszóma nagyobb és kisebb alegységei közé kapcsolódnak, aktív riboszómát képezve. A nagyobb alegység elsősorban katalizátorként, míg a kisebb alegység dekóderként működik.
A második lépés, megnyúlás, akkor kezdődik, amikor az mRNS-t „leolvassák”. A tRNS egy aminosav, és ez a folyamat megismétlődik, meghosszabbítva az aminosavak láncát. Az aminosavak a citoplazmából származnak; táplálékkal látják el.
Megszüntetés a fehérje gyártásának végét jelenti. A riboszóma leáll egy stopkodont, egy olyan génszekvenciát, amely arra utasítja, hogy fejezze be a fehérje felépítését. A felszabadulási faktor fehérjéknek nevezett fehérjék segítenek a riboszómának a teljes fehérjét felszabadítani a citoplazmába. Az újonnan felszabaduló fehérjék összecsukódhatnak vagy módosulhatnak fordítás utáni módosítás.
A riboszómák nagy sebességgel képesek összekapcsolni az aminosavakat, és néha percenként 200-at is összekapcsolhatnak! A nagyobb fehérjék felépítése néhány órát vehet igénybe. A riboszómák által előidézett fehérjék az élethez nélkülözhetetlen funkciókat látnak el, alkotják az izmokat és más szöveteket. Egy emlős sejtje akár 10 milliárd fehérjemolekulát és 10 millió riboszómát is tartalmazhat! Amikor a riboszómák befejezik munkájukat, alegységeik szétesnek, és újrahasznosíthatók vagy lebonthatók.
A kutatók a riboszómákról szerzett tudásukat új antibiotikumok és egyéb gyógyszerek előállítására használják. Például léteznek új antibiotikumok, amelyek célzott támadást hajtanak végre a baktériumok belsejében található 70S riboszómák ellen. Amint a tudósok többet megtudnak a riboszómákról, az új gyógyszerek további megközelítése kétségkívül feltárul.
Mi a riboszomális DNS?
Riboszomális DNSvagy riboszomális dezoxiribonukleinsav (rDNS) az a DNS, amely riboszómákat alkotó riboszomális fehérjéket kódol. Ez az rDNS az emberi DNS viszonylag kis részét teszi ki, de szerepe döntő jelentőségű számos folyamat szempontjából. Az eukariótákban található RNS nagy része riboszomális RNS-ből származik, amelyet rDNS-ből írtak át.
Ez az átírás rDNS a sejtciklus alatt lép fel. Maga az rDNS a sejtmagból származik, amely a sejt magjában helyezkedik el.
A sejtekben az rDNS termelési szint a stressztől és a tápanyagszinttől függően változik. Éhezés esetén az rDNS transzkripciója csökken. Ha bőséges erőforrások állnak rendelkezésre, az rDNS termelése felgyorsul.
A riboszomális DNS felelős a sejtek anyagcseréjének, a génexpresszió, a stresszre adott válasz és még az öregedés szabályozásáért. Az sejthalál vagy a tumor kialakulásának elkerülése érdekében az rDNS-transzkripciónak stabilnak kell lennie.
Az rDNS érdekes vonása a nagy sorozat ismételt gének. Több rDNS ismétlődik, mint amennyi az rRNS-hez szükséges. Bár ennek oka nem világos, a kutatók úgy gondolják, hogy ez összefüggésben lehet a fehérjeszintézis különböző sebességének szükségességével, mint a fejlődés különböző pontjaival.
Ezek az ismétlődő rDNS-szekvenciák a genomi integritással kapcsolatos problémákhoz vezethetnek. Nehezen átírható, reprodukálható és helyrehozható, ami viszont általános instabilitáshoz vezet, amely betegségekhez vezethet. Valahányszor az rDNS transzkripciója nagyobb ütemben történik, megnő a kockázata az rDNS töréseinek és más hibáknak. Az ismétlődő DNS szabályozása fontos a szervezet egészsége szempontjából.
Az rDNS és a betegség jelentősége
A riboszomális DNS (rDNS) kérdéseket számos emberbetegségben érintették, ideértve a neurodegeneratív rendellenességeket és a rákot is. Ha van nagyobb az rDNS instabilitása, problémák merülnek fel. Ennek oka az rDNS-ben található ismételt szekvenciák, amelyek érzékenyek a mutációkat eredményező rekombinációs eseményekre.
Egyes betegségek a megnövekedett rDNS instabilitás (és a rossz riboszóma- és fehérjeszintézis) miatt következhetnek be. A kutatók azt találták, hogy a Cockayne-szindrómában, a Bloom-szindrómában, a Werner-szindrómában és az ataxia-telangiectasiában szenvedő sejtek fokozott rDNS-instabilitást tartalmaznak.
A DNS megismétlődésének instabilitása számos esetben is kimutatható neurológiai betegségek mint például Huntington-kór, ALS (amiotróf laterális szklerózis) és frontotemporális demencia. A tudósok úgy gondolják, hogy az rDNS-hez kapcsolódó neurodegeneráció magas rDNS-transzkripcióból származik, amely rDNS-károsodást és gyenge rRNS-transzkriptumokat eredményez. A riboszóma termelésével kapcsolatos problémák is szerepet játszhatnak.
Számos szilárd tumoros daganatok történhet az rDNS átrendeződése, beleértve számos ismétlődő szekvenciát. Az rDNS kópiaszámok befolyásolják a riboszómák kialakulását, és ezért a fehérjék fejlődését. A riboszómák által felgyorsított fehérjetermelés nyomot ad a riboszomális DNS ismétlődő szekvenciák és a tumor fejlődése közötti kapcsolatról.
A remény az a regény rák olyan terápiák hozhatók létre, amelyek kihasználják a daganatok sérülékenységét az ismétlődő rDNS miatt.
Riboszomális DNS és öregedés
A tudósok nemrégiben bizonyítékokat tártak fel arra vonatkozóan, hogy az rDNS is szerepet játszik öregedés. A kutatók azt találták, hogy az állatok öregedésével az rDNS-jük epigenetikus változáson megy keresztül metilezés. A metilcsoportok nem változtatják meg a DNS-szekvenciát, de megváltoztatják a gének expresszióját.
Az öregedés másik lehetséges vonása az rDNS-ismétlések csökkentése. További kutatásokra van szükség az rDNS és az öregedés szerepének tisztázásához.
Amint a tudósok többet megtudnak az rDNS-ről és arról, hogyan befolyásolhatja a riboszómákat és a fehérje fejlődését, továbbra is nagyok maradnak ígéret az új gyógyszerek kezelésére nemcsak az öregedés, hanem az olyan káros állapotok kezelésére is, mint a rák és a neurológiai rendellenességek.