Todos os seres vivos requerem proteínas para várias funções. Dentro das células, os cientistas definem os ribossomos como os produtores dessas proteínas. DNA ribossomal (rDNA), em contraste, serve como código genético precursor para essas proteínas e também desempenha outras funções.
TL; DR (muito longo; Não li)
Os ribossomos funcionam como fábricas de proteínas dentro das células dos organismos. O DNA ribossomal (rDNA) é o código precursor dessas proteínas e desempenha outras funções importantes na célula.
O que é um ribossomo?
Pode-se definir ribossomos como fábricas de proteínas moleculares. Em sua forma mais simplista, um ribossomo é um tipo de organela encontrada nas células de todos os seres vivos. Os ribossomos podem flutuar livremente no citoplasma de uma célula, ou pode residir na superfície do retículo endoplasmático (ER). Esta parte do ER é referida como ER bruto.
Proteínas e ácidos nucléicos compreendem ribossomos. A maioria deles vem do nucléolo. Os ribossomos são compostos por duas subunidades, uma maior que a outra. Em formas de vida mais simples, como bactérias e arqueobactérias, os ribossomos e suas subunidades são menores do que em formas de vida mais avançadas.
Nestes organismos mais simples, os ribossomos são referidos como ribossomos 70S e são feitos de uma subunidade 50S e uma subunidade 30S. O "S" se refere à taxa de sedimentação para moléculas em uma centrífuga.
Em organismos mais complexos, como pessoas, plantas e fungos, os ribossomos são maiores e são chamados de ribossomos 80S. Esses ribossomos são compostos por uma subunidade 60S e uma subunidade 40S, respectivamente. Mitocôndria possui seus próprios ribossomos 70S, sugerindo uma antiga possibilidade de que os eucariotos consumiam mitocôndrias como bactérias, mas as mantinham como simbiontes úteis.
Os ribossomos podem ser feitos de até 80 proteínas, e grande parte de sua massa vem de RNA ribossomal (rRNA).
O que os ribossomos fazem?
O função principal de um ribossomo é construir proteínas. Ele faz isso traduzindo um código dado a partir do núcleo de uma célula por meio de mRNA (ácido ribonucléico mensageiro). Usando este código, o ribossomo irá juntar aminoácidos trazidos a ele por tRNA (ácido ribonucleico de transferência).
Em última análise, esse novo polipeptídeo será liberado no citoplasma e posteriormente modificado como uma nova proteína funcional.
Três etapas de produção de proteína
Embora seja fácil definir geralmente os ribossomos como fábricas de proteínas, ajuda a compreender o real etapas de produção de proteína. Essas etapas devem ser realizadas de forma eficiente e correta para garantir que nenhum dano ocorra a uma nova proteína.
A primeira etapa da produção de proteína (também conhecida como tradução) é chamado iniciação. Proteínas especiais trazem mRNA para a subunidade menor de um ribossomo, onde ele entra por uma fenda. Em seguida, o tRNA é preparado e conduzido por outra fenda. Todas essas moléculas se ligam entre as subunidades maiores e menores do ribossomo, formando um ribossomo ativo. A subunidade maior funciona principalmente como um catalisador, enquanto a subunidade menor funciona como um decodificador.
A segunda etapa, alongamento, começa quando o mRNA é "lido". O tRNA oferece um aminoácido, e esse processo se repete, alongando a cadeia de aminoácidos. Os aminoácidos são recuperados do citoplasma; eles são fornecidos por alimentos.
Terminação representa o fim da fabricação de proteínas. O ribossomo lê um códon de parada, uma sequência do gene que o instrui a completar a construção da proteína. Proteínas chamadas proteínas do fator de liberação ajudam o ribossomo a liberar a proteína completa no citoplasma. As proteínas recém-liberadas podem dobrar ou ser modificadas em modificação pós-tradução.
Os ribossomos podem trabalhar em alta velocidade para juntar aminoácidos, e às vezes podem juntar 200 deles por minuto! Proteínas maiores podem levar algumas horas para se formar. As proteínas que os ribossomos produzem passam a desempenhar funções essenciais para a vida, constituindo músculos e outros tecidos. A célula de um mamífero pode conter até 10 bilhões de moléculas de proteína e 10 milhões de ribossomos! Quando os ribossomos completam seu trabalho, suas subunidades se separam e podem ser recicladas ou decompostas.
Os pesquisadores estão usando seu conhecimento sobre ribossomos para fazer novos antibióticos e outros medicamentos. Por exemplo, existem novos antibióticos que realizam um ataque direcionado aos ribossomos 70S dentro das bactérias. À medida que os cientistas aprendem mais sobre os ribossomos, mais abordagens para novos medicamentos serão, sem dúvida, descobertas.
O que é DNA ribossomal?
DNA ribossomal, ou ácido desoxirribonucléico ribossômico (rDNA), é o DNA que codifica as proteínas ribossômicas que formam os ribossomos. Este rDNA constitui uma porção relativamente pequena do DNA humano, mas seu papel é crucial para vários processos. A maior parte do RNA encontrado nos eucariotos vem do RNA ribossômico que foi transcrito do rDNA.
Esta transcrição de rDNA é instalado durante o ciclo celular. O próprio rDNA vem do nucléolo, que está localizado dentro do núcleo da célula.
O nível de produção de rDNA nas células varia de acordo com o estresse e os níveis de nutrientes. Quando há fome, a transcrição do rDNA diminui. Quando há recursos abundantes, a produção de rDNA aumenta.
O DNA ribossomal é responsável pelo controle do metabolismo das células, expressão gênica, resposta ao estresse e até envelhecimento. É necessário que haja um nível estável de transcrição de rDNA para evitar a morte celular ou a formação de tumor.
Uma característica interessante do rDNA é sua grande série de genes repetidos. Existem mais repetições de rDNA do que o necessário para o rRNA. Embora a razão para isso não seja clara, os pesquisadores acham que isso pode ter a ver com a necessidade de diferentes taxas de síntese de proteínas como diferentes pontos de desenvolvimento.
Essas sequências repetitivas de rDNA podem levar a problemas de integridade genômica. Eles são difíceis de transcrever, replicar e reparar, o que por sua vez leva à instabilidade geral que pode levar a doenças. Sempre que a transcrição do rDNA ocorre em uma taxa mais elevada, há um risco aumentado de quebras no rDNA e outros erros. A regulação do DNA repetitivo é importante para a saúde do organismo.
O significado para rDNA e doença
Problemas de DNA ribossomal (rDNA) têm sido implicados em uma série de doenças em humanos, incluindo distúrbios neurodegenerativos e câncer. Quando há maior instabilidade do rDNA, ocorrem problemas. Isso se deve às sequências repetidas encontradas no rDNA, que são suscetíveis a eventos de recombinação que geram mutações.
Algumas doenças podem ocorrer devido ao aumento da instabilidade do rDNA (e pobre síntese de ribossomos e proteínas). Os pesquisadores descobriram que as células de portadores da síndrome de Cockayne, síndrome de Bloom, síndrome de Werner e ataxia-telangiectasia contêm aumento da instabilidade do rDNA.
A instabilidade de repetição de DNA também é demonstrada em uma série de doenças neurológicas como a doença de Huntington, ALS (esclerose lateral amiotrófica) e demência frontotemporal. Os cientistas pensam que a neurodegeneração relacionada ao rDNA surge da alta transcrição do rDNA que produz danos no rDNA e transcrições de rRNA pobres. Problemas com a produção de ribossomos também podem desempenhar um papel.
Um número de cânceres de tumor sólido acontecem para exibir rearranjos de rDNA, incluindo várias sequências de repetição. O número de cópias do rDNA afeta como os ribossomos se formam e, portanto, como suas proteínas se desenvolvem. O aumento da produção de proteínas pelos ribossomos fornece uma pista para a conexão entre as sequências de repetição do DNA ribossômico e o desenvolvimento do tumor.
A esperança é aquele romance Câncer podem ser feitas terapias que explorem a vulnerabilidade dos tumores devido ao rDNA repetitivo.
DNA ribossomal e envelhecimento
Cientistas descobriram recentemente evidências de que o rDNA também desempenha um papel na envelhecimento. Os pesquisadores descobriram que, à medida que os animais envelhecem, seu rDNA sofre uma mudança epigenética chamada metilação. Os grupos metil não mudam a sequência do DNA, mas alteram a forma como os genes são expressos.
Outra pista potencial do envelhecimento é a redução das repetições de rDNA. Mais pesquisas são necessárias para elucidar o papel do rDNA e do envelhecimento.
À medida que os cientistas aprendem mais sobre o rDNA e como ele pode afetar os ribossomos e o desenvolvimento de proteínas, permanece grande promessa de novos medicamentos para tratar não apenas o envelhecimento, mas também condições deletérias, como câncer e doenças neurológicas desordens.