Aký je rozdiel medzi ribozómom a ribozomálnou DNA?

Všetko živé vyžaduje proteíny pre rôzne funkcie. V bunkách vedci definujú ribozómy ako pôvodcov týchto proteínov. Ribozomálna DNA (rDNA)naproti tomu slúži ako prekurzorový genetický kód pre tieto proteíny a vykonáva aj ďalšie funkcie.

TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)

Ribozómy slúžia ako továrne na výrobu bielkovín vo vnútri buniek organizmov. Ribozomálna DNA (rDNA) je prekurzorový kód pre tieto proteíny a slúži v bunke ďalším dôležitým funkciám.

Dá sa definovať ribozómy ako továrne na molekulárne bielkoviny. Najjednoduchšie je, že ribozóm je typ organely, ktorá sa nachádza v bunkách všetkého živého. Ribozómy môžu voľne plávať v cytoplazma bunky alebo môže prebývať na povrchu bunky endoplazmatické retikulum (ER). Táto časť ER sa označuje ako hrubá ER.

Proteíny a nukleové kyseliny zahŕňajú ribozómy. Väčšina z nich pochádza z jadierka. Ribozómy sú vyrobené z dvoch podjednotiek, jednej väčšej ako druhej. V jednoduchších formách života, ako sú baktérie a archebaktérie, sú ribozómy a ich podjednotky menšie ako v pokročilejších formách života.

V týchto jednoduchších organizmoch sa ribozómy označujú ako 70S ribozómy a sú vyrobené z podjednotky 50S a podjednotky 30S. „S“ označuje rýchlosť sedimentácie molekúl v centrifúge.

V zložitejších organizmoch, ako sú ľudia, rastliny a huby, sú ribozómy väčšie a označujú sa ako 80S ribozómy. Tieto ribozómy pozostávajú z podjednotky 60S a 40S. Mitochondrie vlastní svoje 70S ribozómy, čo naznačuje starodávnu možnosť, že eukaryoty konzumovali mitochondrie ako baktérie, a napriek tomu ich udržiavali ako užitočných symbiotov.

Ribozómy môžu byť vyrobené až z 80 proteínov a veľká časť ich hmotnosti pochádza z ribozomálna RNA (rRNA).

The hlavná funkcia ribozómu je tvorba bielkovín. Robí to prekladom kódu daného z jadra bunky cez mRNA (messenger ribonukleová kyselina). Pomocou tohto kódu bude ribozóm susediť s aminokyselinami, ktoré k nemu priviedol tRNA (transferová ribonukleová kyselina).

Nakoniec bude tento nový polypeptid uvoľnený do cytoplazmy a bude ďalej modifikovaný ako nový funkčný proteín.

Aj keď je ľahké všeobecne definovať ribozómy ako továrne na výrobu bielkovín, pomáha to pochopiť skutočné kroky výroby bielkovín. Tieto kroky musia byť vykonané efektívne a správne, aby sa zabránilo poškodeniu nového proteínu.

Prvý krok výroby bielkovín (al preklad) sa volá zasvätenie. Špeciálne proteíny privádzajú mRNA do menšej podjednotky ribozómu, kam vstupuje cez štrbinu. Potom sa pripraví tRNA a prevedie sa cez ďalšiu štrbinu. Všetky tieto molekuly sa pripájajú medzi väčšou a menšou podjednotkou ribozómu a vytvárajú tak aktívny ribozóm. Väčšia podjednotka funguje primárne ako katalyzátor, zatiaľ čo menšia podjednotka funguje ako dekodér.

Druhý krok, predĺženie, začína, keď je mRNA „načítaná“. TRNA dodáva aminokyselinaa tento proces sa opakuje a predlžuje reťazec aminokyselín. Aminokyseliny sa získavajú z cytoplazmy; dodávajú sa z potravy.

Ukončenie predstavuje koniec výroby proteínu. Ribozóm číta stop kodón, sekvenciu génu, ktorá mu dáva pokyn na dokončenie tvorby proteínu. Proteíny nazývané proteíny faktora uvoľňovania pomáhajú ribozómu uvoľňovať kompletný proteín do cytoplazmy. Novo uvoľnené proteíny sa môžu skladať alebo modifikovať posttranslačná úprava.

Ribozómy môžu pracovať vysokou rýchlosťou, aby spojili aminokyseliny dohromady, a niekedy ich môžu spojiť aj 200 za minútu! Vytváranie väčších bielkovín môže trvať niekoľko hodín. Proteíny ribozómy ďalej plnia základné funkcie po celý život, tvoria svaly a ďalšie tkanivá. Bunka cicavca môže obsahovať až 10 miliárd molekúl bielkovín a 10 miliónov ribozómov! Keď ribozómy dokončia svoju prácu, ich podjednotky sa rozpadnú a môžu sa recyklovať alebo rozpadnúť.

Vedci využívajú svoje poznatky o ribozómoch na výrobu nových antibiotík a iných liekov. Napríklad existujú nové antibiotiká, ktoré cielene útočia na 70S ribozómy vo vnútri baktérií. Keď sa vedci dozvedia viac informácií o ribozómoch, bude nepochybne odhalených viac prístupov k novým liekom.

Ribozomálna DNAalebo ribozomálna deoxyribonukleová kyselina (rDNA) je DNA, ktorá kóduje ribozomálne proteíny, ktoré tvoria ribozómy. Táto rDNA tvorí relatívne malú časť ľudskej DNA, ale jej úloha je pre niekoľko procesov rozhodujúca. Väčšina RNA nájdená v eukaryotoch pochádza z ribozomálnej RNA, ktorá bola transkribovaná z rDNA.

Tento prepis rDNA sa vyskytuje počas bunkového cyklu. Samotná rDNA pochádza z jadierka, ktoré sa nachádza vo vnútri jadra bunky.

Úroveň produkcie rDNA v bunkách sa líši v závislosti od stresu a úrovní živín. Ak dôjde k hladu, transkripcia rDNA poklesne. Keď je dostatok zdrojov, produkcia rDNA stúpa.

Ribozomálna DNA je zodpovedná za riadenie metabolizmu buniek, expresiu génov, reakciu na stres alebo dokonca starnutie. Musí existovať stabilná úroveň transkripcie rDNA, aby sa zabránilo bunkovej smrti alebo tvorbe nádoru.

Zaujímavou vlastnosťou rDNA je jej veľká séria opakované gény. Existuje viac opakovaní rDNA, ako je potrebné pre rRNA. Aj keď dôvod nie je jasný, vedci si myslia, že to môže súvisieť s potrebou rozdielnej rýchlosti syntézy bielkovín ako rôznych vývojových bodov.

Tieto opakujúce sa sekvencie rDNA môžu viesť k problémom s genómovou integritou. Je ťažké ich prepisovať, replikovať a opravovať, čo vedie k celkovej nestabilite, ktorá môže viesť k chorobám. Kedykoľvek dôjde k transkripcii rDNA s vyššou rýchlosťou, existuje zvýšené riziko zlomov v rDNA a ďalších chýb. Regulácia opakujúcej sa DNA je dôležitá pre zdravie organizmu.

Problémy s ribozomálnou DNA (rDNA) sa podieľajú na rade chorôb u ľudí, vrátane neurodegeneratívnych porúch a rakoviny. Keď je väčšie nestabilita rDNA, nastávajú problémy. Je to spôsobené opakovanými sekvenciami nachádzajúcimi sa v rDNA, ktoré sú citlivé na rekombinačné udalosti, ktoré vedú k mutáciám.

Niektoré choroby sa môžu vyskytnúť zo zvýšenej nestability rDNA (a zlej syntézy ribozómov a proteínov). Vedci zistili, že bunky trpiace Cockaynovým syndrómom, Bloomovým syndrómom, Wernerovým syndrómom a ataxiou-teleangiektáziou obsahujú zvýšenú nestabilitu rDNA.

Nestabilita opakovania DNA sa demonštruje aj u mnohých neurologické choroby ako je Huntingtonova choroba, ALS (amyotrofická laterálna skleróza) a frontotemporálna demencia. Vedci si myslia, že neurodegenerácia súvisiaca s rDNA vzniká z vysokej transkripcie rDNA, ktorá vedie k poškodeniu rDNA a zlým prepisom rRNA. Svoju úlohu môžu hrať aj problémy s produkciou ribozómov.

Počet rakoviny pevného nádoru došlo k preusporiadaniu rDNA, vrátane niekoľkých opakujúcich sa sekvencií. Počet kópií rDNA ovplyvňuje to, ako sa tvoria ribozómy, a teda ako sa vyvíjajú ich proteíny. Zvýšená produkcia proteínov ribozómami poskytuje vodítko pre spojenie medzi opakujúcimi sa sekvenciami ribozomálnej DNA a vývojom nádoru.

Nádej je ten román rakovina je možné vyvinúť terapie, ktoré využívajú zraniteľnosť nádorov v dôsledku opakovanej rDNA.

Vedci nedávno odhalili dôkazy, v ktorých hrá rDNA tiež svoju úlohu starnutie. Vedci zistili, že ako zvieratá starnú, ich rDNA prechádza epigenetickou zmenou tzv metylácia. Metylové skupiny nemenia sekvenciu DNA, ale menia spôsob expresie génov.

Ďalším potenciálnym vodítkom pri starnutí je zníženie počtu opakovaní rDNA. Na objasnenie úlohy rDNA a starnutia je potrebný ďalší výskum.

Keď sa vedci dozvedia viac informácií o rDNA a o tom, ako môže ovplyvňovať vývoj ribozómov a bielkovín, zostáva tu veľa prísľub nových liekov na liečbu nielen starnutia, ale aj škodlivých stavov, ako sú rakovina a neurologické stavy poruchy.