Innhold
- TL; DR (for lang; ikke lest)
- Hva er et ribosom?
- Hva gjør ribosomer?
- Tre trinn med proteinproduksjon
- Hva er ribosomalt DNA?
- Betydningen for rDNA og sykdom
- Ribosomalt DNA og aldring
Alle levende ting krever proteiner for forskjellige funksjoner. I celler definerer forskere ribosomer som produsenter av disse proteinene. Ribosomal DNA (rDNA), derimot, fungerer som forløper genetisk kode for disse proteinene og utfører andre funksjoner også.
TL; DR (for lang; ikke lest)
Ribosomer fungerer som proteinfabrikker i cellene til organismer. Ribosomal DNA (rDNA) er forløperkoden for disse proteinene, og tjener andre viktige funksjoner i cellen.
Hva er et ribosom?
Man kan definere ribosomer som molekylære proteinfabrikker. På sitt mest forenklede er et ribosom en type organelle som finnes i cellene til alle levende ting. Ribosomer kan både flyte fritt i cytoplasmaet til en celle, eller kan ligge på overflaten av endoplasmatisk retikulum (ER). Denne delen av ER refereres til grov ER.
Proteiner og nukleinsyrer omfatter ribosomer. De fleste av disse kommer fra kjernen. Ribosomer er laget av to underenheter, den ene større enn den andre. I enklere livsformer som bakterier og arkaebakterier, er ribosomene og deres underenheter mindre enn i mer avanserte livsformer.
I disse enklere organismer er ribosomene referert til som 70S ribosomer og er laget av en 50S underenhet og en 30S underenhet. "S" refererer til sedimentasjonshastigheten for molekyler i en sentrifuge.
I mer komplekse organismer som mennesker, planter og sopp er ribosomer større og blir referert til som 80S ribosomer. Disse ribosomene består av henholdsvis en 60S og en 40S underenhet. Mitokondrier har sine egne 70S ribosomer, og antydet til en eldgammel mulighet for at eukaryoter konsumerte mitokondrier som bakterier, men likevel holdt dem som nyttige symbiotier.
Ribosomer kan være laget av så mange som 80 proteiner, og mye av deres masse kommer fra ribosomalt RNA (rRNA).
Hva gjør ribosomer?
De hovedfunksjon av et ribosom er å bygge proteiner. Det gjør dette ved å oversette en kode gitt fra en cellekjerne via mRNA (messenger ribonucleic acid). Ved bruk av denne koden vil ribosomet grense aminosyrer brakt til den av tRNA (overfør ribonukleinsyre).
Til slutt vil dette nye polypeptidet bli frigjort i cytoplasmaet og bli videre modifisert som et nytt, fungerende protein.
Tre trinn med proteinproduksjon
Selv om det er lett å generelt definere ribosomer som proteinfabrikker, hjelper det å forstå det faktiske trinn i proteinproduksjon. Disse trinnene må gjøres effektivt og riktig for å sikre at det ikke oppstår skader på et nytt protein.
Det første trinnet med proteinproduksjon (aka oversettelse) kalles initiering. Spesielle proteiner bringer mRNA til den mindre underenheten til et ribosom, der det kommer inn via en kløft. Deretter blir tRNA klargjort og brakt gjennom en annen kløft. Alle disse molekylene fester seg mellom de større og mindre underenhetene til ribosomet, og danner et aktivt ribosom. Den større underenheten fungerer først og fremst som en katalysator, mens den mindre underenheten fungerer som en dekoder.
Det andre trinnet, forlengelse, starter når mRNA er "lest." TRNA leverer en aminosyre, og denne prosessen gjentar seg, og forlenger kjeden av aminosyrer. Aminosyrene hentes fra cytoplasmaet; de blir levert av mat.
Avslutning representerer slutten av proteinfremstillingen. Ribosomet leser et stoppkodon, en sekvens av genet som instruerer det til å fullføre proteinbyggingen. Proteiner kalt frigjøringsfaktorproteiner hjelper ribosomet med å frigjøre det komplette proteinet i cytoplasma. De nylig frigitte proteinene kan brettes eller modifiseres i post-translationell modifikasjon.
Ribosomer kan jobbe i høy hastighet for å knytte aminosyrer sammen, og kan noen ganger bli sammen med 200 av dem i minuttet! Det kan ta noen timer å bygge større proteiner. Proteinene ribosomer gjør videre til å utføre viktige funksjoner for livet, utgjør muskler og annet vev. Cellet til et pattedyr kan inneholde så mange som 10 milliarder proteinmolekyler og 10 millioner ribosomer! Når ribosomer fullfører arbeidet sitt, separeres underenhetene deres og kan gjenvinnes eller brytes ned.
Forskere bruker sin kunnskap om ribosomer for å lage nye antibiotika og andre medisiner. For eksempel eksisterer det nye antibiotika som utfører et målrettet angrep på 70S ribosomer i bakteriene. Når forskere lærer mer om ribosomer, vil flere tilnærminger til nye medisiner uten tvil bli avdekket.
Hva er ribosomalt DNA?
Ribosomalt DNA, eller ribosomal deoxyribonucleic acid (rDNA), er DNAet som koder for ribosomale proteiner som danner ribosomer. Dette rDNA utgjør en relativt liten del av humant DNA, men dets rolle er avgjørende for flere prosesser. Det meste av RNA funnet i eukaryoter kommer fra ribosomalt RNA som ble transkribert fra rDNA.
Denne transkripsjonen av rDNA installeres i løpet av cellesyklusen.Selve rDNA kommer fra kjernen, som er plassert inne i cellekjernen.
Produksjonsnivået på rDNA i celler varierer avhengig av stress og næringsnivå. Når det er sult, synker transkripsjon av rDNA. Når det er mange ressurser, ramper rDNA-produksjonen opp.
Ribosomal DNA er ansvarlig for å kontrollere metabolismen av celler, genuttrykk, respons på stress og til og med aldring. Det må være et stabilt nivå av rDNA-transkripsjon for å unngå celledød eller tumordannelse.
Et interessant trekk ved rDNA er den store serien med gjentatte gener. Det er flere rDNA-repetisjoner enn nødvendig for rRNA. Selv om årsaken til dette er uklar, tror forskere at dette kan ha å gjøre med behovet for forskjellige hastigheter av proteinsyntese som forskjellige punkter i utviklingen.
Disse repeterende rDNA-sekvensene kan føre til problemer med genomisk integritet. De er vanskelige å transkribere, kopiere og reparere, noe som igjen fører til generell ustabilitet som kan føre til sykdommer. Hver gang rDNA-transkripsjon skjer med en høyere hastighet, er det en økt risiko for pauser i rDNA og andre feil. Regulering av repeterende DNA er viktig for organismenes helse.
Betydningen for rDNA og sykdom
Problemer med ribosomalt DNA (rDNA) har blitt implisert i en rekke sykdommer hos mennesker, inkludert nevrodegenerative lidelser og kreft. Når det er større ustabilitet av rDNA, problemer oppstår. Dette skyldes de gjentatte sekvensene som er funnet i rDNA, som er mottakelige for rekombinasjonshendelser som gir mutasjoner.
Noen sykdommer kan oppstå fra økt rDNA-ustabilitet (og dårlig syntese av ribosomer og proteiner). Forskere har funnet at celler fra pasienter med Cockayne-syndrom, Bloom-syndrom, Werner-syndrom og ataksia-telangiectasia inneholder økt rDNA-ustabilitet.
DNA-gjentagelsesinstabilitet er også påvist i en rekke nevrologiske sykdommer som Huntingtons sykdom, ALS (amyotrofisk lateral sklerose) og frontotemporal demens. Forskere tror at rDNA-relatert nevrodegenerasjon oppstår fra høy rDNA-transkripsjon som gir rDNA-skade og dårlige rRNA-transkripsjoner. Problemer med ribosomproduksjon kan også spille en rolle.
Et antall solide kreftformer tilfeldigvis viser omorganiseringer av rDNA, inkludert flere repetisjonssekvenser. RDNA-kopitallene påvirker hvordan ribosomer dannes, og derfor hvordan deres proteiner utvikler seg. Rampet opp proteinproduksjon av ribosomer gir en ledetråd til sammenhengen mellom ribosomale DNA-repetisjonssekvenser og tumorutvikling.
Håpet er at det kan lages nye kreftbehandlinger som utnytter sårbarheten til svulster på grunn av repeterende rDNA.
Ribosomalt DNA og aldring
Forskere avdekket nylig bevis for at rDNA også spiller en rolle i aldring. Forskere fant at når dyr blir eldre, gjennomgår deres rDNA en epigenetisk forandring metylering. Metylgrupper endrer ikke DNA-sekvensen, men de endrer hvordan gener uttrykkes.
En annen potensiell ledetråd i aldring er reduksjon av rDNA-repetisjoner. Mer forskning er nødvendig for å belyse rollen til rDNA og aldring.
Etter hvert som forskere lærer mer om rDNA og hvordan det kan påvirke ribosomer og proteinutvikling, er det fortsatt et stort løfte for nye medisiner for å behandle ikke bare aldring, men også skadelige tilstander som kreft og nevrologiske lidelser.