Indhold
- TL; DR (for lang; læste ikke)
- Hvad er et ribosom?
- Hvad gør ribosomer?
- Tre trin til proteinproduktion
- Hvad er ribosomalt DNA?
- Betydningen for rDNA og sygdom
- Ribosomalt DNA og aldring
Alle levende ting kræver proteiner til forskellige funktioner. I celler definerer forskere ribosomer som producenterne af disse proteiner. Ribosomalt DNA (rDNA)tjener derimod som forløbergenetisk kode for disse proteiner og udfører også andre funktioner.
TL; DR (for lang; læste ikke)
Ribosomer fungerer som proteinfabrikker inde i organismernes celler. Ribosomal DNA (rDNA) er forløberkoden for disse proteiner og tjener andre vigtige funktioner i cellen.
Hvad er et ribosom?
Man kan definere ribosomer som molekylære proteinfabrikker. På det mest forenklede er et ribosom en type organelle, der findes i cellerne i alle levende ting. Ribosomer kan begge flyde frit i cytoplasmaet i en celle eller kan opholde sig på overfladen af endoplasmatisk retikulum (ER). Denne del af ER refereres til ru ER.
Proteiner og nukleinsyrer omfatter ribosomer. De fleste af disse kommer fra kernen. Ribosomer er lavet af to underenheder, den ene større end den anden. I enklere livsformer som bakterier og archaebacteria er ribosomerne og deres underenheder mindre end i mere avancerede livsformer.
I disse enklere organismer benævnes ribosomerne 70S ribosomer og er lavet af en 50S underenhed og en 30S underenhed. "S" refererer til sedimentationshastigheden for molekyler i en centrifuge.
I mere komplekse organismer som mennesker, planter og svampe er ribosomer større og kaldes 80S ribosomer. Disse ribosomer består af henholdsvis en 60S og en 40S underenhed. Mitochondria besidder deres egne 70S ribosomer og antyder en gammel mulighed for, at eukaryoter forbrugte mitokondrier som bakterier, men alligevel holdt dem som nyttige symbiotier.
Ribosomer kan være lavet af op til 80 proteiner, og meget af deres masse stammer fra ribosomalt RNA (rRNA).
Hvad gør ribosomer?
Det hovedfunktion af et ribosom er at opbygge proteiner. Det gør dette ved at oversætte en kode, der er givet fra en celles kerne via mRNA (messenger ribonucleic acid). Ved hjælp af denne kode vil ribosomet støde op til aminosyrer bragt til det af tRNA (transfer ribonucleic acid).
I sidste ende frigøres dette nye polypeptid i cytoplasmaet og modificeres yderligere som et nyt, fungerende protein.
Tre trin til proteinproduktion
Selvom det er let at generelt definere ribosomer som proteinfabrikker, hjælper det med at forstå det faktiske trin i proteinproduktion. Disse trin skal udføres effektivt og korrekt for at sikre, at der ikke opstår skader på et nyt protein.
Det første trin i proteinproduktion (aka oversættelse) kaldes indvielse. Specielle proteiner bringer mRNA til den mindre underenhed af et ribosom, hvor det kommer ind via en spalte. Derefter klargøres tRNA og bringes gennem en anden spalte. Alle disse molekyler hænger sammen mellem de større og mindre underenheder af ribosomet, hvilket udgør et aktivt ribosom. Den større underenhed fungerer primært som en katalysator, mens den mindre underenhed fungerer som en dekoder.
Det andet trin, forlængelse, starter, når mRNA'en "læses." TRNA'et leverer en aminosyre, og denne proces gentages og forlænger kæden af aminosyrer. Aminosyrerne hentes fra cytoplasmaet; de leveres af mad.
Afslutning repræsenterer afslutningen af proteinfremstillingen. Ribosomet læser et stopkodon, en sekvens af genet, der instruerer det til at afslutte proteinopbygningen. Proteiner kaldet frigørelsesfaktorproteiner hjælper ribosomet med at frigive det komplette protein i cytoplasmaet. De nyligt frigivne proteiner kan foldes eller modificeres i post-translationel modifikation.
Ribosomer kan arbejde i høj hastighed for at sammenføje aminosyrer og kan undertiden sammenføje 200 af dem et minut! Større proteiner kan tage et par timer at bygge. Proteinens ribosomer udfører vigtige funktioner i livet, idet de udgør muskler og andet væv. Et pattedyrs celle kan indeholde så mange som 10 milliarder proteinmolekyler og 10 millioner ribosomer! Når ribosomer afslutter deres arbejde, adskilles deres underenheder og kan genanvendes eller nedbrydes.
Forskere bruger deres viden om ribosomer til at fremstille nye antibiotika og andre lægemidler. For eksempel findes nye antibiotika, der udfører et målrettet angreb på 70S ribosomer inde i bakterier. Når forskere lærer mere om ribosomer, vil flere tilgange til nye lægemidler uden tvivl blive afsløret.
Hvad er ribosomalt DNA?
Ribosomalt DNAeller ribosomal deoxyribonucleic acid (rDNA), er det DNA, der koder for ribosomale proteiner, der danner ribosomer. Dette rDNA udgør en relativt lille del af humant DNA, men dets rolle er afgørende for flere processer. Det meste af RNA, der findes i eukaryoter, stammer fra ribosomalt RNA, der blev transkribert fra rDNA.
Denne transkription af rDNA installeres under cellecyklussen.Selve rDNA kommer fra kernen, som er placeret inde i cellens kerne.
RDNA-produktionsniveauet i celler varierer afhængigt af stress og næringsniveauer. Når der er sult, falder transkription af rDNA. Når der er rigelige ressourcer, vokser rDNA-produktionen op.
Ribosomal DNA er ansvarlig for at kontrollere metabolismen af celler, genekspression, respons på stress og endda aldring. Der skal være et stabilt niveau af rDNA-transkription for at undgå celledød eller tumordannelse.
Et interessant træk ved rDNA er dens store serie af gentagne gener. Der er flere rDNA-gentagelser end nødvendigt til rRNA. Selvom årsagen til dette er uklar, mener forskere, at dette kan have at gøre med behovet for forskellige hastigheder af proteinsyntese som forskellige udviklingspunkter.
Disse gentagne rDNA-sekvenser kan føre til problemer med genomisk integritet. De er vanskelige at transkribere, replikere og reparere, hvilket igen fører til generel ustabilitet, der kan føre til sygdomme. Hver gang rDNA-transkription forekommer med en højere hastighed, er der en øget risiko for pauser i rDNA og andre fejl. Regulering af gentaget DNA er vigtigt for organismenes sundhed.
Betydningen for rDNA og sygdom
Problemer med ribosomalt DNA (rDNA) er blevet impliceret i en række sygdomme hos mennesker, herunder neurodegenerative lidelser og kræft. Når der er større ustabilitet af rDNA, opstår der problemer. Dette skyldes de gentagne sekvenser fundet i rDNA, som er modtagelige for rekombinationsbegivenheder, der giver mutationer.
Nogle sygdomme kan forekomme som følge af øget rDNA-ustabilitet (og dårlig ribosom- og proteinsyntese). Forskere har fundet, at celler fra syge af Cockayne-syndrom, Bloom-syndrom, Werner-syndrom og ataksia-telangiectasia indeholder øget rDNA-ustabilitet.
DNA-gentagelsesinstabilitet demonstreres også i et antal neurologiske sygdomme såsom Huntingtons sygdom, ALS (amyotrofisk lateral sklerose) og frontotemporal demens. Forskere mener, at rDNA-relateret neurodegeneration stammer fra høj rDNA-transkription, der giver rDNA-skader og dårlige rRNA-transkripter. Problemer med ribosomproduktion kunne også spille en rolle.
Et nummer af solide tumorcancer tilfældigvis udstiller omarrangementer af rDNA, herunder flere gentagne sekvenser. RDNA-kopienumrene påvirker, hvordan ribosomer dannes, og derfor hvordan deres proteiner udvikler sig. Forhøjet proteinproduktion med ribosomer giver en ledetråd til forbindelsen mellem ribosomal DNA-gentagelsessekvenser og tumorudvikling.
Håbet er, at der kan laves nye kræftbehandlinger, der udnytter tumors sårbarhed på grund af gentagne rDNA.
Ribosomalt DNA og aldring
Forskere afslørede for nylig bevis for, at rDNA også spiller en rolle i aldrende. Forskere fandt, at når dyr ældes, gennemgår deres rDNA en epigenetisk ændring kaldet methylering. Methylgrupper ændrer ikke DNA-sekvensen, men de ændrer, hvordan gener udtrykkes.
En anden potentiel ledetråd i aldring er reduktion af rDNA-gentagelser. Mere forskning er nødvendig for at belyse rDNA's rolle og aldring.
Efterhånden som forskere lærer mere om rDNA, og hvordan det kan påvirke ribosomer og proteinudvikling, er der fortsat et stort løfte om nye lægemidler til ikke kun aldring, men også skadelige tilstande som kræft og neurologiske lidelser.