מה ההבדל בין ריבוזום ל- DNA ריבוזומלי?

כל היצורים החיים דורשים חלבונים לתפקודים שונים. בתוך התאים מדענים מגדירים את הריבוזומים כיצרנים של אותם חלבונים. DNA ריבוזומלי (rDNA)לעומת זאת, משמש כקודם הגנטי המבשר של אותם חלבונים ומבצע גם פונקציות אחרות.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

הריבוזומים משמשים כמפעלי חלבונים בתוך תאי האורגניזמים. DNA ריבוזומלי (rDNA) הוא קוד המבשר של אותם חלבונים, ומשרת פונקציות חשובות אחרות בתא.

אפשר להגדיר ריבוזומים כמפעלי חלבונים מולקולריים. בפשטנותו ביותר, ריבוזום הוא סוג של אברון המצוי בתאי כל היצורים החיים. ריבוזומים יכולים לצוף בחופשיות ב ציטופלזמה של תא, או יכול להתגורר על פני השטח של רשתית אנדופלזמית (ER). חלק זה של ה- ER מתייחס ל- ER גס.

חלבונים וחומצות גרעין מהווים ריבוזומים. רוב אלה מגיעים מהגרעין. הריבוזומים עשויים משתי יחידות משנה, אחת גדולה יותר מהשנייה. בצורות חיים פשוטות יותר כמו חיידקים וארכיבקטריה, הריבוזומים ותת יחידותיהם קטנים יותר מאשר בצורות חיים מתקדמות יותר.

באורגניזמים פשוטים יותר אלה, הריבוזומים מכונים ריבוזומים 70S והם עשויים מתת-יחידת 50S ותת-יחידת 30S. ה- "S" מתייחס לקצב השקיעה של מולקולות בצנטריפוגה.

באורגניזמים מורכבים יותר כמו אנשים, צמחים ופטריות, הריבוזומים גדולים יותר ומכונים ריבוזומים 80S. ריבוזומים אלה מורכבים מתת-יחידת 60S ו- 40S, בהתאמה. מיטוכונדריה ברשותם ריבוזומים משנות ה -70 משלהם, רומזים לאפשרות קדומה שאוקריוטים צורכים מיטוכונדריה כחיידקים, ובכל זאת שמרו עליהם כסימביוטים שימושיים.

הריבוזומים יכולים להיות מורכבים מ -80 חלבונים, ורב המסה שלהם נובעת RNA ריבוזומלי (rRNA).

ה פונקציה ראשית של ריבוזום זה לבנות חלבונים. היא עושה זאת על ידי תרגום קוד הניתן מגרעין התא דרך mRNA (חומצה ריבונוקלאית מסנג'ר). באמצעות קוד זה, הריבוזום יצמוד לחומצות אמינו שהובאו אליו על ידי tRNA (העברת חומצה ריבונוקלאית).

בסופו של דבר הפוליפפטיד החדש הזה ישוחרר לציטופלזמה וישתנה עוד כחלבון חדש ומתפקד.

אמנם קל להגדיר בדרך כלל ריבוזומים כמפעלי חלבונים, אך זה עוזר להבין את האמיתי שלבי ייצור חלבונים. צעדים אלה חייבים להיעשות ביעילות ובצורה נכונה על מנת להבטיח שלא נגרם נזק לחלבון חדש.

השלב הראשון בייצור חלבונים (aka תִרגוּם) נקרא חניכה. חלבונים מיוחדים מביאים את ה- mRNA לתת-היחידה הקטנה יותר של הריבוזום, שם הוא נכנס דרך סדק. ואז tRNA מוכנה ומובא דרך סדק אחר. כל המולקולות הללו מתחברות בין יחידות המשנה הגדולות והקטנות יותר של הריבוזום, מה שהופך ריבוזום פעיל. יחידת המשנה הגדולה עובדת בעיקר כזרז, ואילו יחידת המשנה הקטנה יותר פועלת כמפענח.

הצעד השני, הַאֲרָכָה, מתחיל כאשר ה- mRNA "נקרא". ה- tRNA מספק חומצת אמינו, ותהליך זה חוזר על עצמו, מאריך את שרשרת חומצות האמינו. חומצות האמינו נלקחות מהציטופלזמה; הם מסופקים על ידי מזון.

סיום מייצג את סוף ייצור החלבון. הריבוזום קורא קודון עצור, רצף של הגן המורה לו להשלים את בניית החלבון. חלבונים הנקראים חלבוני גורם שחרור מסייעים לריבוזום לשחרר את החלבון השלם לציטופלזמה. החלבונים ששוחררו לאחרונה יכולים להתקפל או לשנות אותם שינוי לאחר תרגום.

ריבוזומים יכולים לעבוד במהירות גבוהה כדי לחבר חומצות אמינו יחד, ולעיתים יכולים להצטרף ל 200 מתוכם בדקה! חלבונים גדולים יותר יכולים לקחת כמה שעות לבנייתם. החלבונים הריבוזומים ממלאים תפקידים חיוניים לחיים, המרכיבים שרירים ורקמות אחרות. התא של יונק יכול להכיל עד 10 מיליארד מולקולות חלבון ו -10 מיליון ריבוזומים! כאשר הריבוזומים משלימים את עבודתם, יחידות המשנה שלהם נפרדות וניתן למחזר או לפרק אותן.

החוקרים משתמשים בידע שלהם על הריבוזומים כדי ליצור אנטיביוטיקה חדשה ותרופות אחרות. לדוגמא, קיימות אנטיביוטיקה חדשה המבצעת התקפה ממוקדת על הריבוזומים של שנות ה -70 בתוך חיידקים. ככל שמדענים לומדים יותר על הריבוזומים, ללא ספק יתגלו גישות נוספות לתרופות חדשות.

DNA ריבוזומלי, או חומצה deoxyribonucleic ריבוזומלית (rDNA), הוא ה- DNA המקודד לחלבונים ריבוזומלים היוצרים ריבוזומים. RDNA זה מהווה חלק קטן יחסית של ה- DNA האנושי, אך תפקידו חיוני למספר תהליכים. רוב ה- RNA שנמצא באיקריוטים מקורו ב- RNA ריבוזומלי שהועתק מ- rDNA.

תמלול זה של rDNA מותקן במהלך מחזור התא. ה- rDNA עצמו מגיע מהגרעין, שנמצא בתוך גרעין התא.

רמת ייצור ה- rDNA בתאים משתנה בהתאם למתח ולרמות התזונה. כאשר יש רעב, תעתיק ה- rDNA צונח. כשיש הרבה משאבים, ייצור ה- rDNA מתגבר.

ה- DNA הריבוזומלי אחראי על בקרת חילוף החומרים של התאים, ביטוי גנים, תגובה למתח ואף הזדקנות. צריכה להיות רמה יציבה של תעתיק rDNA כדי למנוע מוות של תאים או היווצרות גידול.

מאפיין מעניין של rDNA הוא הסדרה הגדולה של גנים חוזרים. יש יותר חזרות rDNA מהנדרש עבור rRNA. הסיבה לכך אינה ברורה, אולם החוקרים סבורים כי ייתכן שקשור לצורך בשיעורי סינתזת חלבונים שונים כנקודות שונות בהתפתחות.

רצפי rDNA חוזרים אלה יכולים להוביל לבעיות עם שלמות גנומית. קשה לתמלל, לשכפל ולתקן אותם, מה שמוביל לאי יציבות כללית שעלולה להוביל למחלות. בכל פעם שעתוק rDNA מתרחש בקצב גבוה יותר, קיים סיכון מוגבר להפסקות ב- rDNA ושגיאות אחרות. ויסות ה- DNA החוזר על עצמו חשוב לבריאות האורגניזם.

בעיות DNA ריבוזומליות (rDNA) היו מעורבות במספר מחלות בבני אדם, כולל הפרעות ניווניות וסרטן. כשיש גדול יותר חוסר יציבות של rDNA, מתרחשות בעיות. זאת בשל הרצפים החוזרים ונמצאים ב- rDNA, הרגישים לאירועי רקומבינציה המניבים מוטציות.

מחלות מסוימות עשויות להתרחש מחוסר יציבות מוגבר של ה- rDNA (וסינתזת ריבוזום וחלבון לקויה). חוקרים מצאו כי תאים הסובלים מתסמונת קוקיין, תסמונת בלום, תסמונת ורנר ואטקסיה-טלאנגיאקטזיה מכילים חוסר יציבות מוגבר ב- rDNA.

חוסר יציבות חוזרת של DNA מוצג גם במספר מחלות נוירולוגיות כמו מחלת הנטינגטון, ALS (טרשת לרוחב amyotrophic) ודמנציה פרונטוטמפורלית. מדענים חושבים כי ניוון עצבי הקשור ל- rDNA נובע מתעתיק rDNA גבוה המניב נזק ל- rDNA ותמלילי rRNA גרועים. גם בעיות בייצור הריבוזום יכולות למלא תפקיד.

מספר של גידולים סרטניים מוצקים במקרה מציגים סידורים מחדש של rDNA, כולל כמה רצפים חוזרים. מספרי העתק של ה- rDNA משפיעים על אופן היווצרות הריבוזומים, ועל כן אופן התפתחות החלבונים שלהם. הגדלת ייצור החלבון על ידי ריבוזומים מספקת רמז לקשר בין רצפי חזרה של DNA ריבוזומלי להתפתחות הגידול.

התקווה היא הרומן ההוא סרטן ניתן לעשות טיפולים המנצלים את הפגיעות של גידולים עקב rDNA חוזר.

מדענים גילו לאחרונה עדויות לכך שגם ה- rDNA ממלא תפקיד הְזדַקְנוּת. חוקרים גילו שככל שחיות מזדקנות, ה- rDNA שלהם עובר שינוי אפיגנטי שנקרא מתילציה. קבוצות מתיל אינן משנות את רצף ה- DNA, אך הן משנות את אופן הביטוי של גנים.

רמז פוטנציאלי נוסף להזדקנות הוא הפחתת חוזרות ה- rDNA. יש צורך במחקר נוסף כדי להבהיר את התפקיד של rDNA והזדקנות.

כאשר מדענים לומדים יותר על rDNA וכיצד הוא יכול להשפיע על הריבוזומים ועל התפתחות החלבון, נשאר גדול הבטחה לתרופות חדשות לטיפול לא רק בהזדקנות, אלא גם במצבים מזיקים כמו סרטן ונוירולוגי הפרעות.