Sisu
- TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
- Mis on ribosoom?
- Mida teevad ribosoomid?
- Valgu tootmise kolm etappi
- Mis on ribosomaalne DNA?
- Tähtsus rDNA ja haiguse jaoks
- Ribosomaalne DNA ja vananemine
Kõik elusad asjad vajavad mitmesuguste funktsioonide jaoks valke. Rakkudes määratlevad teadlased ribosoomid nende valkude loojatena. Ribosomaalne DNA (rDNA)seevastu toimib nende valkude geneetilise eelkäijana ja täidab ka muid funktsioone.
TL; DR (liiga pikk; ei lugenud)
Ribosoomid toimivad valguvabrikutena organismide rakkudes. Ribosomaalne DNA (rDNA) on nende valkude eelkäija kood ja täidab rakus muid olulisi funktsioone.
Mis on ribosoom?
Võib määratleda ribosoomid molekulaarsete valguvabrikutena. Kõige lihtsamalt öeldes on ribosoom organelli tüüp, mida leidub kõigi elusolendite rakkudes. Ribosoomid võivad mõlemad vabalt hõljuda raku tsütoplasmas või asuda raku pinnal endoplasmaatiline retikulum (ER). Sellele ER osale viidatakse jämedale ER.
Valgud ja nukleiinhapped sisaldavad ribosoome. Enamik neist pärinevad nukleoolist. Ribosoomid on valmistatud kahest alaühikust, üks suurem kui teine. Lihtsamates eluvormides, nagu bakterid ja arhebakterid, on ribosoomid ja nende alaühikud väiksemad kui keerukamates eluvormides.
Nendes lihtsamates organismides nimetatakse ribosoome 70S ribosoomideks ja need on valmistatud 50S subühikust ja 30S subühikust. S tähistab tsentrifuugis olevate molekulide settekiirust.
Keerukamates organismides nagu inimesed, taimed ja seened on ribosoomid suuremad ja neid nimetatakse 80S ribosoomideks. Need ribosoomid koosnevad vastavalt 60S ja 40S subühikutest. Mitokondrid omavad oma 70S ribosoome, vihjates iidsele võimalusele, et eukarüootid tarbisid bakteriteks mitokondreid, hoides neid siiski kasulike sümbiootidena.
Ribosoomid võivad olla valmistatud koguni 80 valgust ja suur osa nende massist pärineb ribosoomi RNA-st (rRNA).
Mida teevad ribosoomid?
ribosoomi peamine funktsioon on valkude ehitamine. See toimub, tõlkides raku tuumast antud koodi mRNA (messenger ribonukleiinhape) kaudu. Seda koodi kasutades piirdub ribosoom aminohapetega, mille tRNA (ribonukleiinhape kannab üle).
Lõppkokkuvõttes vabaneb see uus polüpeptiid tsütoplasmas ja modifitseeritakse edasi uue, funktsioneeriva valgina.
Valgu tootmise kolm etappi
Ehkki ribosoome on valguvabrikuteks üldiselt lihtne määratleda, aitab see tegelikust aru saada valgu tootmise etapid. Need toimingud tuleb läbi viia tõhusalt ja korrektselt, et mitte kahjustada uut valku.
Valkude tootmise esimest etappi (teise nimega tõlkimine) nimetatakse algatus. Spetsiaalsed valgud viivad mRNA ribosoomi väiksemasse alaühikusse, kuhu see siseneb lõhke kaudu. Seejärel valmistatakse tRNA ja viiakse läbi teise lõhe. Kõik need molekulid kinnituvad ribosoomi suuremate ja väiksemate alaühikute vahel, moodustades aktiivse ribosoomi. Suurem allüksus töötab peamiselt katalüsaatorina, samas kui väiksem allüksus töötab dekoodrina.
Teine samm pikenemine, algab siis, kui mRNA on "loetud". tRNA tarnib aminohappe ja see protsess kordub, pikendades aminohapete ahelat. Aminohapped eraldatakse tsütoplasmast; neid varustab toit.
Lõpetamine tähistab valgu tootmise lõppu. Ribosoom loeb stoppkoodonit - geeni järjestust, mis juhendab seda valgu ehitamiseks lõpule jõudma. Valgud, mida nimetatakse vabanemisteguri valkudeks, aitavad ribosoomil vabastada kogu valgu tsütoplasmas. Äsja vabanenud valke saab kokku voltida või muuta translatsioonijärgne modifikatsioon.
Ribosoomid saavad aminohapete liitmiseks töötada suure kiirusega ja võivad mõnikord liituda neist 200 minuti jooksul! Suuremate valkude ehitamine võib võtta paar tundi. Valgud ribosoomid täidavad eluks vajalikke funktsioone, moodustades lihaseid ja muid kudesid. Imetaja rakk võib sisaldada koguni 10 miljardit valgu molekuli ja 10 miljonit ribosoomi! Kui ribosoomid oma töö lõpule viivad, lähevad nende allüksused laiali ja neid saab ringlusse võtta või lagundada.
Teadlased kasutavad ribosoomidest saadud teadmisi uute antibiootikumide ja muude ravimite valmistamiseks. Näiteks on olemas uued antibiootikumid, mis ründavad bakterite sees asuvat 70S ribosoomi sihipäraselt. Kuna teadlased õpivad ribosoomide kohta rohkem teada saama, leitakse kahtlemata rohkem lähenemisviise uutele ravimitele.
Mis on ribosomaalne DNA?
Ribosomaalne DNAehk ribosoomi desoksüribonukleiinhape (rDNA) on DNA, mis kodeerib ribosoomi moodustavaid ribosoomi valke. See rDNA moodustab inimese DNA suhteliselt väikese osa, kuid selle roll on mitme protsessi jaoks ülioluline. Enamik eukarüootides leiduvat RNA-d pärineb ribosomaalsest RNA-st, mida transkribeeriti rDNA-st.
See transkriptsioon rDNA on rakutsükli jooksul instateeritud.RDNA ise pärineb tuumast, mis asub raku tuumas.
RDNA tootmistase rakkudes varieerub sõltuvalt stressist ja toitainete tasemest. Nälgimise korral langeb rDNA transkriptsioon. Kui ressursse on ohtralt, tõuseb rDNA tootmine üles.
Ribosomaalne DNA vastutab rakkude metabolismi, geeniekspressiooni, stressile reageerimise ja isegi vananemise kontrollimise eest. Rakkude surma või kasvaja moodustumise vältimiseks peab olema rDNA transkriptsiooni stabiilne tase.
RDNA huvitav omadus on selle suur seeria korduvad geenid. RDNA kordusi on rohkem kui rRNA jaoks vaja. Kuigi selle põhjus on ebaselge, arvavad teadlased, et see võib olla seotud vajadusega valkude sünteesi erinevate määrade järele, kuna arengupunktid on erinevad.
Need korduvad rDNA järjestused võivad põhjustada probleeme genoomse terviklikkusega. Neid on keeruline transkribeerida, korrata ja parandada, mis omakorda põhjustab üldist ebastabiilsust, mis võib põhjustada haigusi. Kui rDNA transkriptsioon toimub kiiremini, on rDNA katkemise ja muude vigade oht suurem. Korduva DNA reguleerimine on organismi tervise jaoks oluline.
Tähtsus rDNA ja haiguse jaoks
Ribosomaalse DNA (rDNA) probleemid on seotud paljude inimeste haigustega, sealhulgas neurodegeneratiivsete häirete ja vähiga. Kui on suurem rDNA ebastabiilsus, tekivad probleemid. Selle põhjuseks on rDNA-s leitud korduvad järjestused, mis on vastuvõtlikud mutatsioone tekitavatele rekombinatsiooniüritustele.
Mõned haigused võivad ilmneda suurenenud rDNA ebastabiilsuse (ning kehva ribosoomi ja valkude sünteesi korral). Teadlased leidsid, et Cockayne'i sündroomi, Bloomi sündroomi, Werneri sündroomi ja ataksia-telangiektaasia põdejate rakud sisaldavad suurenenud rDNA ebastabiilsust.
DNA korduvat ebastabiilsust on demonstreeritud ka paljudes neuroloogilised haigused nagu Huntingtoni tõbi, ALS (amüotroofiline lateraalskleroos) ja frontotemporaalne dementsus. Teadlased arvavad, et rDNA-ga seotud neurodegeneratsioon tuleneb kõrgest rDNA transkriptsioonist, mis annab rDNA kahjustuse ja kehvade rRNA transkriptide. Samuti võivad rolli mängida probleemid ribosoomi tootmisega.
Hulk tahked kasvajavähid juhtuvad rDNA ümberkorraldused, sealhulgas mitu kordusjärjestust. RDNA koopiate arv mõjutab ribosoomide moodustumist ja nende valkude arengut. Valgutootmise kiirendatud ribosoomide abil saadakse seos ribosomaalse DNA kordusjärjestuste ja tuumori arengu vahelise seose vahel.
Loodetakse, et saab teha uudseid vähiteraapiaid, mis kasutavad ära kasvajate haavatavust korduva rDNA tõttu.
Ribosomaalne DNA ja vananemine
Teadlased leidsid hiljuti tõendeid selle kohta, et rDNA-l on ka oma roll vananemine. Teadlased leidsid, et loomade vananedes toimub nende rDNA-s epigeneetiline muutus, mida nimetatakse metüleerimine. Metüülrühmad ei muuda DNA järjestust, kuid nad muudavad geenide ekspresseerimisviisi.
Veel üks potentsiaalne näpunäide vananemisel on rDNA korduste vähendamine. RDNA ja vananemise rolli selgitamiseks on vaja rohkem uuringuid.
Kuna teadlased saavad rohkem teada rDNA-st ja sellest, kuidas see võib mõjutada ribosoome ja valkude arengut, jääb uute ravimite jaoks suur lubadus mitte ainult vananemise, vaid ka selliste kahjulike seisundite nagu vähk ja neuroloogilised häired raviks.