Wszystkie żywe istoty potrzebują białek do różnych funkcji. W komórkach naukowcy definiują rybosomy jako twórców tych białek. Rybosomalny DNA (rDNA)z kolei służy jako prekursor kodu genetycznego dla tych białek i pełni również inne funkcje.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Rybosomy służą jako fabryki białek wewnątrz komórek organizmów. DNA rybosomalny (rDNA) jest kodem prekursorowym dla tych białek i pełni inne ważne funkcje w komórce.
Co to jest rybosom?
Można zdefiniować rybosomy jako fabryki białek molekularnych. Najprościej rzecz ujmując, rybosom jest rodzajem organelli znajdujących się w komórkach wszystkich żywych istot. Rybosomy mogą swobodnie pływać w cytoplazma komórki lub może znajdować się na powierzchni retikulum endoplazmatyczne (ER). Ta część ER jest określana jako szorstki ER.
Białka i kwasy nukleinowe zawierają rybosomy. Większość z nich pochodzi z jąderka. Rybosomy składają się z dwóch podjednostek, jednej większej od drugiej. W prostszych formach życia, takich jak bakterie i archebakterie, rybosomy i ich podjednostki są mniejsze niż w bardziej zaawansowanych formach życia.
W tych prostszych organizmach rybosomy są nazywane rybosomami 70S i składają się z podjednostki 50S i 30S. „S” odnosi się do szybkości sedymentacji cząsteczek w wirówce.
W bardziej złożonych organizmach, takich jak ludzie, rośliny i grzyby, rybosomy są większe i określane są jako rybosomy 80S. Te rybosomy składają się odpowiednio z podjednostki 60S i 40S. Mitochondria posiadają własne rybosomy z lat 70. XX wieku, co wskazuje na starożytną możliwość, że eukarionty spożywały mitochondria jako bakterie, zachowując je jednak jako użyteczne symbionty.
Rybosomy mogą składać się nawet z 80 białek, a znaczna część ich masy pochodzi z rybosomalny RNA (rRNA).
Co robią rybosomy?
główna funkcja rybosomu jest budowanie białek. Czyni to, tłumacząc kod otrzymany z jądra komórki za pomocą mRNA (komunikacyjny kwas rybonukleinowy). Używając tego kodu, rybosom będzie przylegał do aminokwasów dostarczonych do niego przez tRNA (transfer kwasu rybonukleinowego).
Ostatecznie ten nowy polipeptyd zostanie uwolniony do cytoplazmy i będzie dalej modyfikowany jako nowe, funkcjonujące białko.
Trzy etapy produkcji białka
Chociaż łatwo jest ogólnie zdefiniować rybosomy jako fabryki białek, pomaga to zrozumieć rzeczywistą etapy produkcji białka. Te kroki muszą być wykonane skutecznie i poprawnie, aby nie doszło do uszkodzenia nowego białka.
Pierwszy etap produkcji białka (aka tłumaczenie) jest nazywany inicjacja. Specjalne białka dostarczają mRNA do mniejszej podjednostki rybosomu, gdzie wchodzi przez szczelinę. Następnie tRNA jest przygotowywane i przenoszone przez inną szczelinę. Wszystkie te cząsteczki przyłączają się między większą i mniejszą podjednostką rybosomu, tworząc aktywny rybosom. Większa podjednostka działa przede wszystkim jako katalizator, podczas gdy mniejsza podjednostka działa jako dekoder.
Drugi krok, wydłużenie, zaczyna się, gdy mRNA jest „przeczytane”. tRNA dostarcza aminokwas, a proces ten się powtarza, wydłużając łańcuch aminokwasów. Aminokwasy są pobierane z cytoplazmy; są dostarczane z pożywienia.
Zakończenie oznacza koniec produkcji białka. Rybosom odczytuje kodon stop, sekwencję genu, która nakazuje mu zakończyć budowę białka. Białka zwane białkami czynnika uwalniania pomagają rybosomowi uwolnić całe białko do cytoplazmy. Nowo uwolnione białka mogą się fałdować lub modyfikować w modyfikacja potranslacyjna.
Rybosomy mogą działać z dużą prędkością, łącząc ze sobą aminokwasy, a czasami mogą połączyć 200 z nich na minutę! Zbudowanie większych białek może zająć kilka godzin. Białka, które rybosomy sprawiają, że wykonują niezbędne dla życia funkcje, tworząc mięśnie i inne tkanki. Komórka ssaka może zawierać aż 10 miliardów cząsteczek białka i 10 milionów rybosomów! Kiedy rybosomy kończą swoją pracę, ich podjednostki rozpadają się i można je poddać recyklingowi lub rozłożyć.
Naukowcy wykorzystują swoją wiedzę na temat rybosomów do wytwarzania nowych antybiotyków i innych leków. Na przykład istnieją nowe antybiotyki, które przeprowadzają ukierunkowany atak na rybosomy 70S znajdujące się w bakteriach. Gdy naukowcy dowiedzą się więcej o rybosomach, bez wątpienia odkryje się więcej podejść do nowych leków.
Co to jest rybosomalne DNA?
Rybosomalne DNA, lub rybosomalny kwas dezoksyrybonukleinowy (rDNA), to DNA, który koduje białka rybosomalne tworzące rybosomy. Ten rDNA stanowi stosunkowo niewielką część ludzkiego DNA, ale jego rola jest kluczowa dla kilku procesów. Większość RNA znalezionego u eukariontów pochodzi z rybosomalnego RNA, które zostało przepisane z rDNA.
Ta transkrypcja rDNA jest wprowadzany podczas cyklu komórkowego. Samo rDNA pochodzi z jąderka, które znajduje się wewnątrz jądra komórki.
Poziom produkcji rDNA w komórkach różni się w zależności od stresu i poziomu składników odżywczych. Kiedy jest głód, spada transkrypcja rDNA. Gdy zasoby są obfite, produkcja rDNA wzrasta.
Rybosomalne DNA odpowiada za kontrolę metabolizmu komórek, ekspresję genów, reakcję na stres, a nawet starzenie się. Potrzebny jest stabilny poziom transkrypcji rDNA, aby uniknąć śmierci komórki lub powstania nowotworu.
Interesującą cechą rDNA jest duża seria powtarzające się geny. Jest więcej powtórzeń rDNA niż potrzeba dla rRNA. Chociaż przyczyna tego jest niejasna, naukowcy sądzą, że może to mieć związek z potrzebą różnych szybkości syntezy białek w różnych punktach rozwoju.
Te powtarzające się sekwencje rDNA mogą prowadzić do problemów z integralnością genomową. Trudno je przepisać, powielić i naprawić, co z kolei prowadzi do ogólnej niestabilności, która może prowadzić do chorób. Ilekroć transkrypcja rDNA zachodzi z większą szybkością, istnieje zwiększone ryzyko przerw w rDNA i innych błędów. Regulacja powtarzalnego DNA jest ważna dla zdrowia organizmu.
Znaczenie rDNA i choroby
Problemy z rybosomalnym DNA (rDNA) są związane z wieloma chorobami u ludzi, w tym z zaburzeniami neurodegeneracyjnymi i rakiem. Kiedy jest większy niestabilność rDNA, pojawiają się problemy. Wynika to z powtarzających się sekwencji znalezionych w rDNA, które są podatne na zdarzenia rekombinacji, które prowadzą do mutacji.
Niektóre choroby mogą wynikać ze zwiększonej niestabilności rDNA (i słabej syntezy rybosomów i białek). Naukowcy odkryli, że komórki osób cierpiących na zespół Cockayne'a, zespół Blooma, zespół Wernera i ataksja-teleangiektazja zawierają zwiększoną niestabilność rDNA.
Niestabilność powtórzeń DNA jest również wykazana w wielu choroby neurologiczne takich jak choroba Huntingtona, ALS (stwardnienie zanikowe boczne) i otępienie czołowo-skroniowe. Naukowcy uważają, że neurodegeneracja związana z rDNA wynika z wysokiej transkrypcji rDNA, która powoduje uszkodzenie rDNA i słabe transkrypty rRNA. Pewną rolę mogą również odgrywać problemy z produkcją rybosomów.
Liczba z nowotwory guzów litych przypadkiem wykazywać rearanżacje rDNA, w tym kilka powtórzeń sekwencji. Liczby kopii rDNA wpływają na powstawanie rybosomów, a zatem na rozwój ich białek. Zwiększona produkcja białek przez rybosomy dostarcza wskazówek dotyczących związku między sekwencjami powtórzeń rybosomalnego DNA a rozwojem nowotworu.
Mam nadzieję, że ta powieść rak można zastosować terapie wykorzystujące podatność guzów na powtarzające się rDNA.
Rybosomalne DNA i starzenie
Naukowcy odkryli niedawno dowody na to, że rDNA odgrywa również rolę w: starzenie się. Naukowcy odkryli, że wraz ze starzeniem się zwierząt ich rDNA ulega zmianie epigenetycznej zwanej metylacja. Grupy metylowe nie zmieniają sekwencji DNA, ale zmieniają sposób ekspresji genów.
Inną potencjalną wskazówką dotyczącą starzenia się jest redukcja powtórzeń rDNA. Potrzebne są dalsze badania, aby wyjaśnić rolę rDNA i starzenia.
Ponieważ naukowcy dowiadują się więcej o rDNA i o tym, jak może wpływać na rozwój rybosomów i białek, pozostaje to świetne obietnica nowych leków do leczenia nie tylko starzenia się, ale także szkodliwych schorzeń, takich jak nowotwory i choroby neurologiczne zaburzenia.