Περιεχόμενο
- TL · DR (Πολύ μακρύ;
- Τι είναι ένα ριβόσωμα;
- Τι κάνουν τα ριβοσώματα;
- Τρία βήματα παραγωγής πρωτεϊνών
- Τι είναι ριβοσωμικό DNA;
- Η σημασία για το rDNA και τη νόσο
- Ριβοσωμικό DNA και γήρανση
Όλα τα ζώντα είδη απαιτούν πρωτεΐνες για διάφορες λειτουργίες. Εντός των κυττάρων, οι επιστήμονες ορίζουν τα ριβοσώματα ως κατασκευαστές αυτών των πρωτεϊνών. Το ριβοσωμικό DNA (rDNA), αντίθετα, χρησιμεύει ως πρόδρομος γενετικός κώδικας για αυτές τις πρωτεΐνες και εκτελεί και άλλες λειτουργίες.
TL · DR (Πολύ μακρύ;
Τα ριβοσώματα χρησιμεύουν ως πρωτεϊνικά εργοστάσια μέσα στα κύτταρα των οργανισμών. Το ριβοσωμικό DNA (rDNA) είναι ο πρόδρομος κώδικας για αυτές τις πρωτεΐνες και εξυπηρετεί άλλες σημαντικές λειτουργίες στο κύτταρο.
Τι είναι ένα ριβόσωμα;
Κάποιος μπορεί να καθορίσει ριβοσωμάτων ως εργοστάσια μοριακών πρωτεϊνών. Στην πιο απλοϊκή, ένα ριβόσωμα είναι ένας τύπος οργανιδίου που βρίσκεται στα κύτταρα όλων των ζωντανών πραγμάτων. Τα ριβοσώματα μπορούν αμφότερα να επιπλέουν ελεύθερα στο κυτταρόπλασμα ενός κυττάρου ή μπορούν να παραμείνουν στην επιφάνεια του ενδοπλασματικό δίκτυο (ER). Αυτό το μέρος του ΚΕ αναφέρεται σε τραχύ ΚΕ.
Οι πρωτεΐνες και τα νουκλεϊκά οξέα περιλαμβάνουν ριβοσώματα. Τα περισσότερα από αυτά προέρχονται από τον πυρήνα. Τα ριβοσώματα αποτελούνται από δύο υπομονάδες, μία μεγαλύτερη από την άλλη. Σε απλούστερες μορφές ζωής όπως τα βακτήρια και τα αρχαεβακτήρια, τα ριβοσώματα και οι υπομονάδες τους είναι μικρότερα από ό, τι σε πιο προηγμένες μορφές ζωής.
Σε αυτούς τους απλούστερους οργανισμούς, τα ριβοσώματα αναφέρονται ως ριβοσώματα 70S και είναι κατασκευασμένα από υπομονάδα 50S και υπομονάδα 30S. Το "S" αναφέρεται στον ρυθμό καθίζησης των μορίων σε μια φυγόκεντρο.
Σε πιο πολύπλοκους οργανισμούς όπως είναι οι άνθρωποι, τα φυτά και οι μύκητες, τα ριβοσώματα είναι μεγαλύτερα και αναφέρονται ως ριβοσώματα 80S. Αυτά τα ριβοσώματα αποτελούνται από μία υπομονάδα 60S και 40S, αντίστοιχα. Τα μιτοχόνδρια κατέχουν τα δικά τους 70S ριβοσώματα, υπονοώντας την αρχαία πιθανότητα ότι τα ευκαρυωτικά κατανάλωναν τα μιτοχόνδρια ως βακτήρια, αλλά τα κράτησαν ως χρήσιμους συμβιωτικούς.
Τα ριβοσώματα μπορούν να κατασκευαστούν από 80 πρωτεΐνες και μεγάλο μέρος της μάζας τους προέρχεται από το ριβοσωμικό RNA (rRNA).
Τι κάνουν τα ριβοσώματα;
ο κύρια λειτουργία ενός ριβοσώματος είναι η κατασκευή πρωτεϊνών. Αυτό γίνεται με τη μετάφραση ενός κώδικα που δίνεται από τον πυρήνα ενός κυττάρου μέσω mRNA (αγγελιοφόρο ριβονουκλεϊκό οξύ). Χρησιμοποιώντας αυτόν τον κώδικα, το ριβόσωμα θα γειτνιάζει με τα αμινοξέα που φέρονται σε αυτό με tRNA (ριβονουκλεϊκό οξύ μεταφοράς).
Τελικά αυτό το νέο πολυπεπτίδιο θα απελευθερωθεί στο κυτταρόπλασμα και θα τροποποιηθεί περαιτέρω ως νέα, λειτουργούσα πρωτεΐνη.
Τρία βήματα παραγωγής πρωτεϊνών
Ενώ είναι εύκολο να οριστούν γενικά τα ριβοσώματα ως πρωτεϊνικά εργοστάσια, βοηθάει στην κατανόηση του πραγματικού βήματα της παραγωγής πρωτεϊνών. Αυτά τα βήματα πρέπει να γίνουν αποτελεσματικά και σωστά για να διασφαλιστεί ότι δεν θα προκληθεί βλάβη σε μια νέα πρωτεΐνη.
Το πρώτο βήμα της παραγωγής πρωτεΐνης (γνωστός και ως μετάφραση) καλείται την έναρξη. Ειδικές πρωτεΐνες φέρνουν το mRNA στη μικρότερη υπομονάδα ενός ριβοσώματος, όπου εισέρχεται μέσω μιας σχισμής. Στη συνέχεια, το tRNA ετοιμάζεται και μεταφέρεται μέσω άλλης σχισμής. Όλα αυτά τα μόρια συνδέονται μεταξύ των μεγαλύτερων και μικρότερων υπομονάδων του ριβοσώματος, δημιουργώντας ένα ενεργό ριβόσωμα. Η μεγαλύτερη υπομονάδα λειτουργεί κυρίως ως καταλύτης, ενώ η μικρότερη υπομονάδα λειτουργεί ως αποκωδικοποιητής.
Το δεύτερο βήμα, επιμήκυνση, αρχίζει όταν το mRNA "διαβάζεται". Το tRNA απελευθερώνει ένα αμινοξύ και η διαδικασία αυτή επαναλαμβάνει την επιμήκυνση της αλυσίδας των αμινοξέων. Τα αμινοξέα ανακτώνται από το κυτταρόπλασμα. αυτά παρέχονται από τα τρόφιμα.
Λήξη αντιπροσωπεύει το τέλος της παρασκευής πρωτεΐνης. Το ριβόσωμα διαβάζει ένα κωδικόνιο τερματισμού, μια ακολουθία του γονιδίου που δίνει εντολή στην ολοκλήρωση της δημιουργίας πρωτεΐνης. Οι πρωτεΐνες που ονομάζονται πρωτεΐνες παράγοντα απελευθέρωσης βοηθούν το ριβόσωμα να απελευθερώσει την πλήρη πρωτεΐνη στο κυτταρόπλασμα. Οι πρόσφατα απελευθερούμενες πρωτεΐνες μπορούν να διπλώνονται ή να τροποποιούνται μετα-μεταφραστική τροποποίηση.
Τα ριβοσώματα μπορούν να λειτουργούν με μεγάλη ταχύτητα για να ενώνουν τα αμινοξέα μαζί και μερικές φορές μπορούν να ενώσουν 200 από αυτά ένα λεπτό! Οι μεγαλύτερες πρωτεΐνες μπορεί να χρειαστούν μερικές ώρες για να χτιστούν. Οι ριβοσωματικές πρωτεΐνες καθιστούν τις βασικές λειτουργίες για τη ζωή, δημιουργώντας τους μυς και άλλους ιστούς. Το κύτταρο ενός θηλαστικού μπορεί να περιέχει έως και 10 δισεκατομμύρια πρωτεϊνικά μόρια και 10 εκατομμύρια ριβοσώματα! Όταν τα ριβοσώματα ολοκληρώνουν το έργο τους, οι υπομονάδες τους χωρίζονται και μπορούν να ανακυκλωθούν ή να αναλυθούν.
Οι ερευνητές χρησιμοποιούν τις γνώσεις τους για τα ριβοσώματα για να κάνουν νέα αντιβιοτικά και άλλα φάρμακα. Για παράδειγμα, υπάρχουν νέα αντιβιοτικά που εκτελούν στοχευμένη επίθεση στα ριβοσώματα 70S μέσα στα βακτηρίδια. Καθώς οι επιστήμονες μαθαίνουν περισσότερα για τα ριβοσώματα, αναμφισβήτητα θα αποκαλυφθούν περισσότερες προσεγγίσεις για νέα φάρμακα.
Τι είναι ριβοσωμικό DNA;
Ριβοσωμικό DNA, ή το ριβοσωμικό δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (rDNA), είναι το DNA που κωδικοποιεί ριβοσωμικές πρωτεΐνες που σχηματίζουν ριβοσώματα. Αυτό το rDNA αποτελεί ένα σχετικά μικρό τμήμα του ανθρώπινου DNA, αλλά ο ρόλος του είναι κρίσιμος για διάφορες διεργασίες. Το μεγαλύτερο μέρος του RNA που βρέθηκε στα ευκαρυωτικά προέρχεται από το ριβοσωμικό RNA που μεταγράφηκε από το rDNA.
Αυτή η μεταγραφή του rDNA εγκαθίσταται κατά τη διάρκεια του κυτταρικού κύκλου.Το ίδιο το rDNA προέρχεται από τον πυρήνα, ο οποίος βρίσκεται μέσα στον πυρήνα του κυττάρου.
Το επίπεδο παραγωγής rDNA στα κύτταρα ποικίλει ανάλογα με το στρες και τα επίπεδα θρεπτικών ουσιών. Όταν υπάρχει λιμοκτονία, η μετεγγραφή του rDNA πέφτει. Όταν υπάρχουν άφθονοι πόροι, η παραγωγή rDNA αυξάνεται.
Το ριβοσωμικό DNA είναι υπεύθυνο για τον έλεγχο του μεταβολισμού των κυττάρων, την έκφραση γονιδίων, την ανταπόκριση στο άγχος και ακόμη και τη γήρανση. Πρέπει να υπάρχει ένα σταθερό επίπεδο μεταγραφής rDNA για να αποφευχθεί ο κυτταρικός θάνατος ή ο σχηματισμός όγκου.
Ένα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό του rDNA είναι η μεγάλη του σειρά επαναλαμβανόμενα γονίδια. Υπάρχουν περισσότερες επαναλήψεις rDNA από αυτές που απαιτούνται για το rRNA. Ενώ ο λόγος για αυτό είναι ασαφής, οι ερευνητές πιστεύουν ότι αυτό μπορεί να έχει να κάνει με την ανάγκη για διαφορετικούς ρυθμούς πρωτεϊνικής σύνθεσης ως διαφορετικά σημεία στην ανάπτυξη.
Αυτές οι επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες rDNA μπορούν να οδηγήσουν σε ζητήματα με γονιδιωματική ακεραιότητα. Είναι δύσκολο να μεταγραφούν, να αναπαραχθούν και να επισκευαστούν, γεγονός που με τη σειρά του οδηγεί σε γενική αστάθεια που μπορεί να οδηγήσει σε ασθένειες. Κάθε φορά που η μεταγραφή του rDNA εμφανίζεται με υψηλότερο ρυθμό, υπάρχει αυξημένος κίνδυνος για διαλείμματα στο rDNA και άλλα σφάλματα. Η ρύθμιση του επαναλαμβανόμενου DNA είναι σημαντική για την υγεία του οργανισμού.
Η σημασία για το rDNA και τη νόσο
Τα ζητήματα του ριβοσωμικού DNA (rDNA) έχουν εμπλακεί σε διάφορες ασθένειες στον άνθρωπο, συμπεριλαμβανομένων των νευροεκφυλιστικών διαταραχών και του καρκίνου. Όταν υπάρχει μεγαλύτερη αστάθεια του rDNA, προκύπτουν προβλήματα. Αυτό οφείλεται στις επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες που βρίσκονται στο rDNA, οι οποίες είναι επιδεκτικές σε συμβάντα ανασυνδυασμού που αποφέρουν μεταλλάξεις.
Ορισμένες ασθένειες μπορεί να προκύψουν από αυξημένη αστάθεια rDNA (και φτωχή σύνθεση ριβοσώματος και πρωτεΐνης). Οι ερευνητές έχουν βρει ότι τα κύτταρα από πάσχοντες από σύνδρομο Cockayne, σύνδρομο Bloom, σύνδρομο Werner και αταξία-τελαγγειεκτασία περιέχουν αυξημένη αστάθεια rDNA.
Η αστάθεια επανάληψης DNA καταδεικνύεται επίσης σε έναν αριθμό νευρολογικών ασθενειών όπως η νόσος του Huntington, η ALS (αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση) και η μετωποτεμαρκιακή άνοια. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η σχετιζόμενη με rDNA νευροεκφυλισμό προκύπτει από την υψηλή μεταγραφή rDNA που αποδίδει την καταστροφή του rDNA και τις φτωχές μεταγραφές rRNA. Τα προβλήματα με την παραγωγή ριβοσώματος θα μπορούσαν επίσης να διαδραματίσουν κάποιο ρόλο.
Ενας αριθμός από καρκίνων στερεών όγκων τυχαίνει να παρουσιάζει αναδιάταξη του rDNA, συμπεριλαμβανομένων αρκετών επαναλαμβανόμενων αλληλουχιών. Οι αριθμοί αντιγράφων rDNA επηρεάζουν τον τρόπο σχηματισμού ριβοσωμάτων και, συνεπώς, τον τρόπο ανάπτυξης των πρωτεϊνών τους. Η παρατεταμένη παραγωγή πρωτεϊνών από ριβοσώματα παρέχει ένδειξη για τη σύνδεση μεταξύ αλληλουχιών επανάληψης ριβοσωμικού DNA και ανάπτυξης όγκων.
Η ελπίδα είναι ότι μπορούν να γίνουν νέες θεραπείες καρκίνου που εκμεταλλεύονται την ευπάθεια των όγκων λόγω του επαναλαμβανόμενου rDNA.
Ριβοσωμικό DNA και γήρανση
Οι επιστήμονες αποκάλυψαν πρόσφατα στοιχεία ότι το rDNA παίζει επίσης ρόλο γηράσκων. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι με την ηλικία των ζώων, το rDNA τους υφίσταται μια επιγενετική αλλαγή που ονομάζεται μεθυλίωση. Οι ομάδες μεθυλίου δεν αλλάζουν την ακολουθία DNA, αλλά αλλάζουν το πώς εκφράζονται τα γονίδια.
Μια άλλη πιθανή ένδειξη στη γήρανση είναι η μείωση των επαναλήψεων του rDNA. Απαιτούνται περισσότερες έρευνες για την αποσαφήνιση του ρόλου του rDNA και της γήρανσης.
Καθώς οι επιστήμονες μαθαίνουν περισσότερα για το rDNA και πώς μπορεί να επηρεάσει την ανάπτυξη ριβοσωμάτων και πρωτεϊνών, εξακολουθεί να υπάρχει μεγάλη υπόσχεση για νέα φάρμακα για τη θεραπεία όχι μόνο της γήρανσης, αλλά και επιβλαβών παθήσεων όπως ο καρκίνος και οι νευρολογικές διαταραχές.