Visiems gyviems daiktams reikia baltymų, kad būtų galima atlikti įvairias funkcijas. Ląstelėse mokslininkai ribosomas apibrėžia kaip tų baltymų gamintojus. Ribosominė DNR (rDNR), priešingai, yra šių baltymų pirmtakas genetinis kodas ir atlieka kitas funkcijas.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Ribosomos tarnauja kaip baltymų gamyklos organizmų ląstelėse. Ribosominė DNR (rDNR) yra pirmtakas šiems baltymams ir atlieka kitas svarbias ląstelės funkcijas.
Kas yra ribosoma?
Galima apibrėžti ribosomos kaip molekulinių baltymų gamyklos. Paprasčiausiai ribosoma yra tam tikros rūšies organelė, randama visų gyvųjų ląstelėse. Ribosomos gali laisvai plūduriuoti citoplazma arba gali būti ant ląstelės paviršiaus endoplazminis tinklas (ER). Ši ER dalis vadinama grubia ER.
Baltymus ir nukleorūgštis sudaro ribosomos. Dauguma jų yra iš branduolio. Ribosomos yra sudarytos iš dviejų subvienetų, vienas didesnis už kitą. Paprastesnėse gyvybės formose, tokiose kaip bakterijos ir archebakterijos, ribosomos ir jų subvienetai yra mažesni nei pažangesnėse gyvybės formose.
Šiuose paprastesniuose organizmuose ribosomos vadinamos 70S ribosomomis ir yra pagamintos iš 50S ir 30S subvieneto. „S“ reiškia molekulių sedimentacijos greitį centrifugoje.
Sudėtingesniuose organizmuose, tokiuose kaip žmonės, augalai ir grybai, ribosomos yra didesnės ir vadinamos 80S ribosomomis. Šias ribosomas sudaro atitinkamai 60S ir 40S subvienetai. Mitochondrijos turi savo 70S ribosomas, užsimindami apie senovės galimybę, kad eukariotai mitochondrijas vartojo kaip bakterijas, tačiau juos laikė naudingais simbiotais.
Ribosomos gali būti pagamintos net iš 80 baltymų, o didžioji jų masės dalis yra iš ribosominė RNR (rRNR).
Ką veikia ribosomos?
The pagrindinė ribosomos funkcija yra kurti baltymus. Tai daro verčiant kodą, gautą iš ląstelės branduolio per mRNR (pasiuntinio ribonukleino rūgštis). Naudojant šį kodą, ribosoma prisijungs prie aminorūgščių, kurias ji atnešė tRNR (pernešama ribonukleino rūgštis).
Galų gale šis naujas polipeptidas išsiskirs į citoplazmą ir bus toliau modifikuojamas kaip naujas, veikiantis baltymas.
Trys baltymų gamybos žingsniai
Nors ribosomas paprastai lengva apibrėžti kaip baltymų gamyklas, tai padeda suprasti tikrąją baltymų gamybos žingsniai. Šie veiksmai turi būti atliekami efektyviai ir teisingai, kad nebūtų padaryta žala naujam baltymui.
Pirmasis baltymų gamybos etapas (dar žinomas kaip vertimas) vadinamas iniciacija. Specialūs baltymai atneša MRNR į mažesnį ribosomos subvienetą, kur ji patenka per plyšį. Tada tRNR yra paruošiama ir išvedama per kitą plyšį. Visos šios molekulės jungiasi tarp didesnio ir mažesnio ribosomos subvienetų ir tampa aktyvia ribosoma. Didesnis subvienetas pirmiausia veikia kaip katalizatorius, o mažesnis - kaip dekoderis.
Antras žingsnis pailgėjimas, prasideda, kai „perskaitoma“ MRNR. TRNR suteikia amino rūgštis, ir šis procesas kartojasi, pailgindamas aminorūgščių grandinę. Aminorūgštys gaunamos iš citoplazmos; juos tiekia maistas.
Nutraukimas reiškia baltymų gamybos pabaigą. Ribosoma nuskaito stop kodoną - geno seką, nurodančią užbaigti baltymų susidarymą. Baltymai, vadinami atpalaidavimo faktoriaus baltymais, padeda ribosomai išlaisvinti visą baltymą į citoplazmą. Naujai išsiskyrę baltymai gali sulankstytis arba būti modifikuoti modifikacija po vertimo.
Ribosomos gali veikti dideliu greičiu, kad sujungtų aminorūgštis, ir kartais gali prisijungti 200 iš jų per minutę! Didesnių baltymų susidarymas gali užtrukti kelias valandas. Ribosomų baltymai atlieka pagrindines gyvenimo funkcijas, sudaro raumenis ir kitus audinius. Žinduolio ląstelėje gali būti net 10 milijardų baltymų molekulių ir 10 milijonų ribosomų! Kai ribosomos baigia darbą, jų subvienetai išsiskiria ir gali būti perdirbami arba suskaidomi.
Tyrėjai naudojasi savo žiniomis apie ribosomas kurdami naujus antibiotikus ir kitus vaistus. Pavyzdžiui, egzistuoja nauji antibiotikai, kurie tiksliniu būdu atakuoja bakterijų viduje esančias 70S ribosomas. Mokslininkams sužinojus daugiau apie ribosomas, neabejotinai bus atskleista daugiau požiūrių į naujus vaistus.
Kas yra ribosominė DNR?
Ribosominė DNRarba ribosominė deoksiribonukleino rūgštis (rDNR) yra DNR, koduojanti ribosomų baltymus, kurie sudaro ribosomas. Ši rDNR sudaro santykinai nedidelę žmogaus DNR dalį, tačiau jos vaidmuo yra labai svarbus keliems procesams. Didžioji dalis RNR, randamų eukariotuose, gaunama iš ribosomų RNR, kuri buvo perrašyta iš rDNR.
Ši transkripcija rDNR ląstelių ciklo metu. Pati rDNR gaunama iš branduolio, esančio ląstelės branduolio viduje.
RDNR gamybos lygis ląstelėse skiriasi priklausomai nuo streso ir maistinių medžiagų lygio. Badaujant, rDNR transkripcija sumažėja. Kai yra daug išteklių, rDNR gamyba padidėja.
Ribosominė DNR yra atsakinga už ląstelių metabolizmo, genų ekspresijos, atsako į stresą ir netgi senėjimo kontrolę. Norint išvengti ląstelių žūties ar naviko susidarymo, turi būti stabilus rDNR transkripcijos lygis.
Įdomi rDNR ypatybė yra didelė jos serija pasikartojantys genai. Yra daugiau rDNR pasikartojimų, nei reikia rRNR. Nors to priežastis neaiški, mokslininkai mano, kad tai gali būti susiję su poreikiu skirtingais baltymų sintezės greičiais, nes skirtingi vystymosi taškai.
Šios pasikartojančios rDNR sekos gali sukelti genomo vientisumo problemų. Jas sunku perrašyti, atkartoti ir pataisyti, o tai savo ruožtu sukelia bendrą nestabilumą, galintį sukelti ligas. Kai tik rDNR transkripcija vyksta didesniu greičiu, padidėja rizika, kad rDNR lūžta ir atsirastų kitų klaidų. Pasikartojančios DNR reguliavimas yra svarbus organizmo sveikatai.
RDNR ir ligų reikšmė
Ribosominės DNR (rDNR) problemos buvo susijusios su daugeliu žmonių ligų, įskaitant neurodegeneracinius sutrikimus ir vėžį. Kai yra didesnis rDNR nestabilumas, kyla problemų. Taip yra dėl rDNR randamų pasikartojančių sekų, kurios yra jautrios rekombinacijos įvykiams, sukeliantiems mutacijas.
Kai kurios ligos gali atsirasti dėl padidėjusio rDNR nestabilumo (ir blogos ribosomų ir baltymų sintezės). Mokslininkai nustatė, kad ląstelėse, sergančiose Cockayne'o sindromu, Bloomo sindromu, Wernerio sindromu ir ataksija-telangiektazija, padidėja rDNR nestabilumas.
DNR pasikartojimo nestabilumas taip pat įrodytas daugelyje neurologinės ligos tokių kaip Huntingtono liga, ALS (amiotrofinė šoninė sklerozė) ir frontotemporinė demencija. Mokslininkai mano, kad su rDNR susijusi neurodegeneracija atsiranda dėl didelės rDNR transkripcijos, kuri sukelia rDNR pažeidimus ir blogus rRNR transkripcijas. Ribosomų gamybos problemos taip pat gali vaidinti svarbų vaidmenį.
Nemažai kieto naviko vėžys įvyksta rDNR pertvarkymai, įskaitant keletą pakartotinių sekų. RDNR kopijų skaičius turi įtakos ribosomų formavimuisi ir jų baltymų vystymuisi. Spartesnė baltymų gamyba ribosomomis suteikia sąsają tarp ribosomų DNR pasikartojančių sekų ir naviko vystymosi.
Viltis yra tas romanas vėžys galima atlikti terapijas, kurios išnaudoja navikų pažeidžiamumą dėl pasikartojančios rDNR.
Ribosominė DNR ir senėjimas
Mokslininkai neseniai atskleidė įrodymų, kad rDNR taip pat vaidina svarbų vaidmenį senėjimas. Tyrėjai nustatė, kad senstant gyvūnams, jų rDNR įvyksta epigenetiniai pokyčiai, vadinami metilinimas. Metilo grupės nekeičia DNR sekos, tačiau jos keičia genų ekspresiją.
Kitas galimas senėjimo raktas yra rDNR pasikartojimų sumažėjimas. Norint išsiaiškinti rDNR ir senėjimo svarbą, reikia atlikti daugiau tyrimų.
Kai mokslininkai sužino daugiau apie rDNR ir kaip ji gali paveikti ribosomas ir baltymų vystymąsi, išlieka puiku pažadas dėl naujų vaistų ne tik senėjimui, bet ir kenksmingoms ligoms, tokioms kaip vėžys, ir neurologinėms ligoms gydyti sutrikimai.