Vsa živa bitja potrebujejo beljakovine za različne funkcije. V celicah znanstveniki opredeljujejo ribosome kot tvorce teh proteinov. Ribosomska DNA (rDNA)nasprotno pa služi kot predhodna genetska koda za te beljakovine in opravlja tudi druge funkcije.
TL; DR (predolgo; Nisem prebral)
Ribosomi služijo kot tovarne beljakovin znotraj celic organizmov. Ribosomska DNA (rDNA) je predhodnica za te proteine in služi drugim pomembnim funkcijam v celici.
Kaj je ribosom?
Lahko ga določimo ribosomi kot tovarne molekularnih beljakovin. Najbolj poenostavljeno je ribosom vrsta organele, ki jo najdemo v celicah vseh živih bitij. Ribozomi lahko prosto plavajo v citoplazmi celice ali lahko prebiva na površini endoplazemski retikulum (ER). Ta del ER se nanaša na grobi ER.
Beljakovine in nukleinske kisline vsebujejo ribosome. Večina teh prihaja iz jedrca. Ribosomi so sestavljeni iz dveh podenot, ena večja od druge. V preprostejših oblikah življenja, kot so bakterije in arhebakterije, so ribosomi in njihove podenote manjši kot v naprednejših oblikah življenja.
V teh enostavnejših organizmih se ribosomi imenujejo 70S ribosomi in so sestavljeni iz podenote 50S in podenote 30S. "S" se nanaša na hitrost sedimentacije molekul v centrifugi.
V bolj zapletenih organizmih, kot so ljudje, rastline in glive, so ribosomi večji in se imenujejo 80S ribosomi. Ti ribosomi so sestavljeni iz podenote 60S oziroma 40S. Mitohondriji ima lastne ribosome 70S, kar namiguje na starodavno možnost, da so evkarionti mitohondrije uživali kot bakterije, vendar so jih ohranili kot koristne simbiote.
Ribosomi so lahko sestavljeni iz kar 80 beljakovin, velik del njihove mase pa prihaja iz njih ribosomska RNA (rRNA).
Kaj počnejo ribosomi?
The glavna funkcija ribosoma je graditi beljakovine. To stori s prevajanjem kode, dane iz jedra celice prek mRNA (sel ribonukleinska kislina). Z uporabo te kode bo ribosom prilepil aminokisline, ki mu jih je prinesel tRNA (prenos ribonukleinske kisline).
Na koncu bo ta novi polipeptid izpuščen v citoplazmo in nadalje spremenjen kot nov, delujoč protein.
Trije koraki proizvodnje beljakovin
Čeprav je ribosome na splošno enostavno opredeliti kot tovarne beljakovin, pomaga razumeti dejanske koraki proizvodnje beljakovin. Te korake je treba izvesti učinkovito in pravilno, da ne pride do poškodb novih beljakovin.
Prvi korak proizvodnje beljakovin (aka prevod) je poklican iniciacija. Posebni proteini pripeljejo mRNA do manjše podenote ribosoma, kamor vstopi prek razcepa. Nato se tRNA pripravi in pripelje skozi drugo razpoko. Vse te molekule se pritrdijo med večjo in manjšo podenoto ribosoma in tvorijo aktivni ribosom. Večja podenota deluje predvsem kot katalizator, manjša pa kot dekodirnik.
Drugi korak, raztezek, se začne, ko je mRNA "odčitana". TRNA oddaja aminokislina, ta postopek pa se ponovi in podaljša verigo aminokislin. Aminokisline se pridobijo iz citoplazme; oskrbujejo jih s hrano.
Prekinitev predstavlja konec proizvodnje beljakovin. Ribosom bere stop kodon, zaporedje gena, ki mu naroči, naj zaključi zgradbo beljakovin. Beljakovine, imenovane proteini faktorja sproščanja, pomagajo ribosomu sprostiti celoten protein v citoplazmo. Novo sproščeni proteini se lahko zložijo ali spremenijo post-translacijska sprememba.
Ribosomi lahko delujejo z veliko hitrostjo, da združijo aminokisline, včasih pa se jih lahko pridruži tudi 200 na minuto! Gradnja večjih beljakovin lahko traja nekaj ur. Proteini ribosomi opravljajo življenjsko pomembne funkcije, sestavljajo mišice in druga tkiva. Celica sesalca lahko vsebuje kar 10 milijard beljakovinskih molekul in 10 milijonov ribosomov! Ko ribosomi dokončajo svoje delo, se njihove podenote ločijo in jih je mogoče reciklirati ali razgraditi.
Raziskovalci uporabljajo svoje znanje o ribosomih za izdelavo novih antibiotikov in drugih zdravil. Na primer, obstajajo novi antibiotiki, ki izvajajo ciljni napad na ribosome 70S znotraj bakterij. Ko bodo znanstveniki izvedeli več o ribosomih, bo nedvomno odkritih več pristopov k novim zdravilom.
Kaj je ribosomska DNA?
Ribosomska DNAali ribosomska deoksiribonukleinska kislina (rDNA) je DNA, ki kodira ribosomske proteine, ki tvorijo ribosome. Ta rDNA tvori sorazmerno majhen del človeške DNA, vendar je njegova vloga ključnega pomena za več procesov. Večina RNA, ki jo najdemo v evkariontih, prihaja iz ribosomske RNA, ki je bila prepisana iz rDNA.
Ta prepis rDNA je nameščen med celičnim ciklom. Sama rDNA prihaja iz jedra, ki se nahaja znotraj jedra celice.
Stopnja proizvodnje rDNA v celicah se razlikuje glede na stres in raven hranil. Kadar strada, transkripcija rDNA pade. Ko je virov veliko, se proizvodnja rDNA poveča.
Ribosomska DNA je odgovorna za nadzor presnove celic, izražanja genov, odziva na stres in celo staranja. Da bi se izognili celični smrti ali nastanku tumorja, mora obstajati stabilna raven transkripcije rDNA.
Zanimiva lastnost rDNA je njena velika serija ponavljajoči se geni. Ponovitev rDNA je več, kot je potrebno za rRNA. Razlog za to ni jasen, vendar raziskovalci menijo, da je to morda povezano s potrebo po različnih stopnjah sinteze beljakovin kot različnih razvojnih točkah.
Ta ponavljajoča se zaporedja rDNA lahko vodijo do težav z genomsko integriteto. Težko jih je prepisati, razmnožiti in popraviti, kar posledično vodi do splošne nestabilnosti, ki lahko vodi do bolezni. Kadar se transkripcija rDNA zgodi z večjo hitrostjo, obstaja večje tveganje za prekinitve rDNA in druge napake. Regulacija ponavljajoče se DNA je pomembna za zdravje organizma.
Pomen za rDNA in bolezni
Težave z ribosomsko DNA (rDNA) so bile vpletene v številne bolezni pri ljudeh, vključno z nevrodegenerativnimi motnjami in rakom. Ko je večja nestabilnost rDNA, se pojavijo težave. To je posledica ponavljajočih se zaporedij, najdenih v rDNA, ki so dovzetne za rekombinacijske dogodke, ki povzročijo mutacije.
Nekatere bolezni se lahko pojavijo zaradi povečane nestabilnosti rDNA (in slabe sinteze ribosomov in beljakovin). Raziskovalci so ugotovili, da celice obolelih za Cockaynejevim sindromom, Bloomovim sindromom, Wernerjevim sindromom in ataksijo-telangiektazijo vsebujejo povečano nestabilnost rDNA.
V številnih raziskavah se kaže tudi nestabilnost ponovitve DNA nevrološke bolezni kot so Huntingtonova bolezen, ALS (amiotrofična lateralna skleroza) in frontotemporalna demenca. Znanstveniki menijo, da nevrodegeneracija, povezana z rDNA, izvira iz visoke transkripcije rDNA, ki povzroči poškodbe rDNA in slabe transkripte rRNA. Prav tako bi lahko imele vlogo težave s proizvodnjo ribosoma.
Število solidni tumorski raki kažejo prerazporeditve rDNA, vključno z več zaporednimi zaporedji. Število kopij rDNA vpliva na to, kako nastajajo ribosomi in s tem na njihov razvoj proteinov. Povečana proizvodnja beljakovin s strani ribosomov namiguje na povezavo med zaporedjem ponovitev ribosomske DNA in razvojem tumorja.
Upam, da je ta roman raka lahko se izdelajo terapije, ki izkoriščajo ranljivost tumorjev zaradi ponavljajoče se rDNA.
Ribosomska DNA in staranje
Znanstveniki so pred kratkim odkrili dokaze, da ima vlogo tudi rDNA staranje. Raziskovalci so ugotovili, da s staranjem živali njihova rDNA doživlja epigenetsko spremembo, imenovano metilacija. Metilne skupine ne spremenijo zaporedja DNA, vendar spremenijo način izražanja genov.
Drug potencialni namig pri staranju je zmanjšanje ponovitev rDNA. Potrebnih je več raziskav, da bi razjasnili vlogo rDNA in staranja.
Ko znanstveniki izvedo več o rDNA in kako lahko vpliva na ribosome in razvoj beljakovin, ostaja veliko obljubljajo nova zdravila za zdravljenje ne le staranja, temveč tudi škodljivih stanj, kot so rak in nevrološka bolezen motnje.