Inhalt
- TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
- Was ist ein Ribosom?
- Was machen Ribosomen?
- Drei Schritte der Proteinproduktion
- Was ist ribosomale DNA?
- Die Bedeutung für rDNA und Krankheit
- Ribosomale DNA und Altern
Alle Lebewesen benötigen Proteine für verschiedene Funktionen. Innerhalb von Zellen definieren Wissenschaftler Ribosomen als die Hersteller dieser Proteine. Ribosomale DNA (rDNA)Im Gegensatz dazu dient es als genetischer Vorläufercode für diese Proteine und erfüllt auch andere Funktionen.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Ribosomen dienen als Proteinfabriken in den Zellen von Organismen. Ribosomale DNA (rDNA) ist der Vorläufercode für diese Proteine und erfüllt andere wichtige Funktionen in der Zelle.
Was ist ein Ribosom?
Man kann definieren Ribosomen als molekulare Proteinfabriken. Am einfachsten ist, dass ein Ribosom eine Art Organelle ist, die in den Zellen aller Lebewesen vorkommt. Ribosomen können beide frei im Zytoplasma einer Zelle schweben oder sich auf der Oberfläche der Zelle befinden endoplasmatisches Retikulum (ER). Dieser Teil der Notaufnahme wird als grobe Notaufnahme bezeichnet.
Proteine und Nukleinsäuren umfassen Ribosomen. Die meisten davon stammen aus dem Nucleolus. Ribosomen bestehen aus zwei Untereinheiten, eine größer als die andere. In einfacheren Lebensformen wie Bakterien und Archaebakterien sind die Ribosomen und ihre Untereinheiten kleiner als in fortgeschritteneren Lebensformen.
In diesen einfacheren Organismen werden die Ribosomen als 70S-Ribosomen bezeichnet und bestehen aus einer 50S-Untereinheit und einer 30S-Untereinheit. Das "S" bezieht sich auf die Sedimentationsrate für Moleküle in einer Zentrifuge.
In komplexeren Organismen wie Menschen, Pflanzen und Pilzen sind Ribosomen größer und werden als 80S-Ribosomen bezeichnet. Diese Ribosomen bestehen aus einer 60S- bzw. einer 40S-Untereinheit. Mitochondrien besitzen ihre eigenen 70S-Ribosomen, was auf eine uralte Möglichkeit hindeutet, dass Eukaryoten Mitochondrien als Bakterien konsumierten, sie aber als nützliche Symbioten behielten.
Ribosomen können aus bis zu 80 Proteinen hergestellt werden, und ein Großteil ihrer Masse stammt aus ribosomaler RNA (rRNA).
Was machen Ribosomen?
Das Hauptfunktion eines Ribosoms ist es, Proteine zu bauen. Dies geschieht durch die Übersetzung eines Codes aus dem Zellkern über mRNA (Boten-Ribonukleinsäure). Unter Verwendung dieses Codes grenzt das Ribosom an Aminosäuren an, die durch tRNA (Transfer-Ribonukleinsäure) zu ihm gebracht werden.
Letztendlich wird dieses neue Polypeptid in das Zytoplasma freigesetzt und als neues, funktionierendes Protein weiter modifiziert.
Drei Schritte der Proteinproduktion
Während es einfach ist, Ribosomen allgemein als Proteinfabriken zu definieren, hilft es, das tatsächliche zu verstehen Schritte der Proteinproduktion. Diese Schritte müssen effizient und korrekt durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass kein neues Protein beschädigt wird.
Der erste Schritt der Proteinproduktion (aka Übersetzung) heißt Initiation. Spezielle Proteine bringen mRNA zur kleineren Untereinheit eines Ribosoms, wo sie über eine Spalte eintritt. Dann wird die tRNA vorbereitet und durch einen anderen Spalt gebracht. Alle diese Moleküle lagern sich zwischen den größeren und kleineren Untereinheiten des Ribosoms an und bilden ein aktives Ribosom. Die größere Untereinheit arbeitet hauptsächlich als Katalysator, während die kleinere Untereinheit als Decoder arbeitet.
Der zweite Schritt, Verlängerungbeginnt, wenn die mRNA "gelesen" wird. Die tRNA liefert eine Aminosäure, und dieser Vorgang wiederholt sich und verlängert die Kette der Aminosäuren. Die Aminosäuren werden aus dem Zytoplasma gewonnen; Sie werden von Lebensmitteln versorgt.
Beendigung repräsentiert das Ende der Proteinherstellung. Das Ribosom liest ein Stoppcodon, eine Sequenz des Gens, die es anweist, den Proteinaufbau zu vervollständigen. Proteine, die als Freisetzungsfaktor-Proteine bezeichnet werden, helfen dem Ribosom, das gesamte Protein in das Zytoplasma freizusetzen. Die neu freigesetzten Proteine können sich falten oder modifizieren posttranslationale Modifikation.
Ribosomen können schnell arbeiten, um Aminosäuren zusammenzufügen, und manchmal können 200 von ihnen pro Minute zusammengefügt werden! Der Aufbau größerer Proteine kann einige Stunden dauern. Die Proteine, die Ribosomen produzieren, erfüllen wichtige Funktionen für das Leben und bilden Muskeln und andere Gewebe. Die Zelle eines Säugetiers kann bis zu 10 Milliarden Proteinmoleküle und 10 Millionen Ribosomen enthalten! Wenn Ribosomen ihre Arbeit beenden, zerfallen ihre Untereinheiten und können recycelt oder abgebaut werden.
Forscher nutzen ihr Wissen über Ribosomen, um neue Antibiotika und andere Medikamente herzustellen. Beispielsweise existieren neue Antibiotika, die gezielt die 70S-Ribosomen in Bakterien angreifen. Wenn die Wissenschaftler mehr über Ribosomen lernen, werden zweifellos mehr Ansätze für neue Medikamente aufgedeckt.
Was ist ribosomale DNA?
Ribosomale DNAoder ribosomale Desoxyribonukleinsäure (rDNA) ist die DNA, die ribosomale Proteine codiert, die Ribosomen bilden. Diese rDNA macht einen relativ kleinen Teil der menschlichen DNA aus, ihre Rolle ist jedoch für mehrere Prozesse von entscheidender Bedeutung. Der größte Teil der in Eukaryonten gefundenen RNA stammt aus ribosomaler RNA, die aus rDNA transkribiert wurde.
Diese Transkription von rDNA wird während des Zellzyklus ausgelöst.Die rDNA selbst stammt aus dem Nukleolus, der sich im Zellkern befindet.
Das rDNA-Produktionsniveau in Zellen variiert je nach Stress und Nährstoffgehalt. Bei Hunger sinkt die Transkription der rDNA. Wenn es reichlich Ressourcen gibt, läuft die rDNA-Produktion an.
Ribosomale DNA ist für die Kontrolle des Zellstoffwechsels, der Genexpression, der Reaktion auf Stress und sogar des Alterns verantwortlich. Es muss ein stabiles Niveau der rDNA-Transkription vorliegen, um Zelltod oder Tumorbildung zu vermeiden.
Ein interessantes Merkmal von rDNA ist seine große Reihe von wiederholte Gene. Es gibt mehr rDNA-Wiederholungen als für rRNA erforderlich sind. Obwohl der Grund dafür unklar ist, glauben die Forscher, dass dies mit der Notwendigkeit unterschiedlicher Proteinsyntheseraten als unterschiedlichen Entwicklungspunkten zu tun haben könnte.
Diese repetitiven rDNA-Sequenzen können zu Problemen mit der genomischen Integrität führen. Sie sind schwer zu transkribieren, zu replizieren und zu reparieren, was wiederum zu einer allgemeinen Instabilität führt, die zu Krankheiten führen kann. Immer wenn eine rDNA-Transkription mit einer höheren Rate auftritt, besteht ein erhöhtes Risiko für Brüche in der rDNA und andere Fehler. Die Regulation repetitiver DNA ist wichtig für die Gesundheit des Organismus.
Die Bedeutung für rDNA und Krankheit
Probleme mit ribosomaler DNA (rDNA) sind bei einer Reihe von Erkrankungen des Menschen aufgetreten, darunter neurodegenerative Erkrankungen und Krebs. Wenn es größer ist Instabilität der rDNAtreten Probleme auf. Dies ist auf die wiederholten Sequenzen in rDNA zurückzuführen, die für Rekombinationsereignisse anfällig sind, die zu Mutationen führen.
Einige Krankheiten können aufgrund einer erhöhten rDNA-Instabilität (und einer schlechten Ribosomen- und Proteinsynthese) auftreten. Forscher haben herausgefunden, dass Zellen von Patienten mit Cockayne-Syndrom, Bloom-Syndrom, Werner-Syndrom und Ataxie-Teleangiektasie eine erhöhte rDNA-Instabilität aufweisen.
DNA-Repeat-Instabilität ist auch in einer Reihe von Fällen nachweisbar neurologische Erkrankungen wie Huntington-Krankheit, ALS (Amyotrophe Lateralsklerose) und frontotemporale Demenz. Wissenschaftler glauben, dass die rDNA-bezogene Neurodegeneration auf einer hohen rDNA-Transkription beruht, die zu rDNA-Schäden und schlechten rRNA-Transkripten führt. Auch Probleme mit der Ribosomenproduktion könnten eine Rolle spielen.
Eine Anzahl von solide Tumorerkrankungen zufällig Umlagerungen von rDNA aufweisen, einschließlich mehrerer Wiederholungssequenzen. Die rDNA-Kopienzahlen beeinflussen die Bildung der Ribosomen und damit die Entwicklung ihrer Proteine. Die gesteigerte Proteinproduktion durch Ribosomen liefert einen Hinweis auf den Zusammenhang zwischen ribosomalen DNA-Wiederholungssequenzen und der Tumorentwicklung.
Die Hoffnung ist, dass neuartige Krebstherapien entwickelt werden können, die die Anfälligkeit von Tumoren aufgrund von repetitiver rDNA ausnutzen.
Ribosomale DNA und Altern
Wissenschaftler haben kürzlich Beweise dafür gefunden, dass rDNA auch eine Rolle bei der Entwicklung spielt Altern. Die Forscher fanden heraus, dass ihre rDNA mit zunehmendem Alter der Tiere eine epigenetische Veränderung erfährt, die als Methylierung. Methylgruppen verändern nicht die DNA-Sequenz, sondern die Genexpression.
Ein weiterer möglicher Hinweis auf das Altern ist die Verringerung der rDNA-Wiederholungen. Weitere Untersuchungen sind erforderlich, um die Rolle der rDNA und des Alterns aufzuklären.
Da die Wissenschaftler mehr über rDNA erfahren und wissen, wie sie die Ribosomen- und Proteinentwicklung beeinflussen kann, besteht für neue Arzneimittel nach wie vor ein großes Potenzial, nicht nur das Altern, sondern auch schädliche Zustände wie Krebs und neurologische Störungen zu behandeln.