Inhoud
- TL; DR (te lang; niet gelezen)
- Wat is een ribosoom?
- Wat doen ribosomen?
- Drie stappen van eiwitproductie
- Wat is ribosomaal DNA?
- De betekenis voor rDNA en ziekte
- Ribosomaal DNA en veroudering
Alle levende wezens hebben eiwitten nodig voor verschillende functies. In cellen definiëren wetenschappers ribosomen als de makers van die eiwitten. Ribosomaal DNA (rDNA)daarentegen dient als de voorloper van genetische code voor die eiwitten en vervult ook andere functies.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Ribosomen dienen als eiwitfabrieken in de cellen van organismen. Ribosomaal DNA (rDNA) is de voorlopercode voor die eiwitten en dient andere belangrijke functies in de cel.
Wat is een ribosoom?
Men kan definiëren ribosomen als moleculaire eiwitfabrieken. Op zijn meest simplistische, een ribosoom is een soort organel gevonden in de cellen van alle levende dingen. Ribosomen kunnen beide vrij in het cytoplasma van een cel zweven, of kunnen op het oppervlak van de cel verblijven endoplasmatisch reticulum (ER). Dit deel van de ER wordt aangeduid als ruwe ER.
Eiwitten en nucleïnezuren omvatten ribosomen. De meeste hiervan komen uit de nucleolus. Ribosomen zijn gemaakt van twee subeenheden, de ene groter dan de andere. In eenvoudiger levensvormen zoals bacteriën en archaebacteriën zijn de ribosomen en hun subeenheden kleiner dan in meer geavanceerde levensvormen.
In deze eenvoudigere organismen worden de ribosomen aangeduid als 70S ribosomen en zijn ze gemaakt van een 50S-subeenheid en een 30S-subeenheid. De "S" verwijst naar de sedimentatiesnelheid van moleculen in een centrifuge.
In meer complexe organismen zoals mensen, planten en schimmels zijn ribosomen groter en worden deze aangeduid als 80S ribosomen. Die ribosomen bestaan respectievelijk uit een 60S- en een 40S-subeenheid. Mitochondria bezitten hun eigen 70S ribosomen, die wijzen op een oude mogelijkheid dat eukaryoten mitochondria als bacteriën consumeerden, maar ze toch als nuttige symbioten hielden.
Ribosomen kunnen worden gemaakt van maar liefst 80 eiwitten, en veel van hun massa komt van ribosomaal RNA (rRNA).
Wat doen ribosomen?
De hoofdfunctie van een ribosoom is om eiwitten te bouwen. Het doet dit door een code te vertalen die wordt gegeven vanuit de kern van een cel via mRNA (messenger ribonucleic acid). Met behulp van deze code zal het ribosoom grenzen aan aminozuren die het wordt gebracht door tRNA (transfer ribonucleïnezuur).
Uiteindelijk zal dit nieuwe polypeptide in het cytoplasma worden vrijgegeven en verder worden gemodificeerd als een nieuw, functionerend eiwit.
Drie stappen van eiwitproductie
Hoewel het gemakkelijk is om ribosomen in het algemeen als eiwitfabrieken te definiëren, helpt het om de werkelijke te begrijpen stappen van eiwitproductie. Deze stappen moeten efficiënt en correct worden uitgevoerd om ervoor te zorgen dat er geen schade aan een nieuw eiwit optreedt.
De eerste stap van eiwitproductie (ook wel translatie genoemd) wordt genoemd inwijding. Speciale eiwitten brengen mRNA naar de kleinere subeenheid van een ribosoom, waar het via een spleet binnenkomt. Vervolgens wordt tRNA gereedgemaakt en door een andere kloof gebracht. Al deze moleculen hechten zich tussen de grotere en kleinere subeenheden van het ribosoom, waardoor een actief ribosoom ontstaat. De grotere subeenheid werkt voornamelijk als een katalysator, terwijl de kleinere subeenheid werkt als een decoder.
De tweede stap verlenging, begint wanneer het mRNA wordt 'gelezen'. Het tRNA levert een aminozuur en dit proces herhaalt zich, waardoor de keten van aminozuren wordt verlengd. De aminozuren worden uit het cytoplasma gehaald; ze worden geleverd door voedsel.
Beëindiging vertegenwoordigt het einde van de eiwitproductie. Het ribosoom leest een stopcodon, een sequentie van het gen dat het instrueert om de eiwitopbouw te voltooien. Eiwitten die release-factor-eiwitten worden genoemd, helpen het ribosoom om het volledige eiwit in het cytoplasma af te geven. De nieuw vrijgegeven eiwitten kunnen worden gevouwen of worden gemodificeerd post-translationele aanpassing.
Ribosomen kunnen op hoge snelheid werken om aminozuren samen te voegen, en kunnen soms 200 van hen per minuut samenvoegen! Het kan enkele uren duren om grotere eiwitten op te bouwen. De eiwitten die ribosomen maken, vervullen essentiële functies voor het leven, waarbij ze spieren en andere weefsels vormen. De cel van een zoogdier kan maar liefst 10 miljard eiwitmoleculen en 10 miljoen ribosomen bevatten! Wanneer ribosomen hun werk voltooien, vallen hun subeenheden uit elkaar en kunnen ze worden gerecycled of afgebroken.
Onderzoekers gebruiken hun kennis van ribosomen om nieuwe antibiotica en andere medicijnen te maken. Er bestaan bijvoorbeeld nieuwe antibiotica die een gerichte aanval uitvoeren op de 70S ribosomen in bacteriën. Naarmate wetenschappers meer leren over ribosomen, zullen ongetwijfeld meer benaderingen voor nieuwe geneesmiddelen worden ontdekt.
Wat is ribosomaal DNA?
Ribosomaal DNAof ribosomaal deoxyribonucleïnezuur (rDNA), is het DNA dat codeert voor ribosomale eiwitten die ribosomen vormen. Dit rDNA vormt een relatief klein deel van het menselijk DNA, maar de rol ervan is cruciaal voor verschillende processen. Het meeste RNA dat in eukaryoten wordt gevonden, is afkomstig van ribosomaal RNA dat werd getranscribeerd van rDNA.
Deze transcriptie van rDNA wordt ingesteld tijdens de celcyclus.Het rDNA zelf komt van de nucleolus, die zich in de kern van de cel bevindt.
Het rDNA-productieniveau in cellen varieert afhankelijk van stress en voedingsstoffen. Wanneer er honger is, daalt de transcriptie van rDNA. Wanneer er overvloedige middelen zijn, stijgt de productie van rDNA.
Ribosomaal DNA is verantwoordelijk voor het regelen van het metabolisme van cellen, genexpressie, reactie op stress en zelfs veroudering. Er moet een stabiel niveau van rDNA-transcriptie zijn om celdood of tumorvorming te voorkomen.
Een interessant kenmerk van rDNA is de grote reeks herhaalde genen. Er zijn meer rDNA-herhalingen dan nodig voor rRNA. Hoewel de reden hiervoor onduidelijk is, denken onderzoekers dat dit mogelijk te maken heeft met de behoefte aan verschillende snelheden van eiwitsynthese als verschillende punten in ontwikkeling.
Deze repetitieve rDNA-sequenties kunnen leiden tot problemen met genomische integriteit. Ze zijn moeilijk te transcriberen, repliceren en repareren, wat op zijn beurt leidt tot algemene instabiliteit die tot ziekten kan leiden. Wanneer rDNA-transcriptie sneller plaatsvindt, is er een verhoogd risico op breuken in het rDNA en andere fouten. Regulatie van repetitief DNA is belangrijk voor de gezondheid van het organisme.
De betekenis voor rDNA en ziekte
Ribosomale DNA (rDNA) problemen zijn betrokken bij een aantal ziekten bij mensen, waaronder neurodegeneratieve aandoeningen en kanker. Wanneer er meer is instabiliteit van rDNAtreden problemen op. Dit komt door de herhaalde sequenties die in rDNA worden gevonden en die vatbaar zijn voor recombinatiegebeurtenissen die mutaties opleveren.
Sommige ziekten kunnen optreden door verhoogde instabiliteit van rDNA (en slechte ribosoom- en eiwitsynthese). Onderzoekers hebben ontdekt dat cellen van patiënten met het Cockayne-syndroom, het Bloom-syndroom, het Werner-syndroom en ataxie-telangiectasie een verhoogde instabiliteit van rDNA bevatten.
DNA-herhaalde instabiliteit wordt ook aangetoond in een aantal neurologische aandoeningen zoals de ziekte van Huntington, ALS (amyotrofische laterale sclerose) en frontotemporale dementie. Wetenschappers denken dat rDNA-gerelateerde neurodegeneratie ontstaat door een hoge rDNA-transcriptie die rDNA-schade en slechte rRNA-transcripten oplevert. Problemen met ribosoomproductie kunnen ook een rol spelen.
Een aantal solide tumorkankers toevallig herschikkingen van rDNA vertonen, waaronder verschillende herhaalde sequenties. De rDNA-kopieaantallen beïnvloeden hoe ribosomen worden gevormd en dus hoe hun eiwitten zich ontwikkelen. Versterkte eiwitproductie door ribosomen geeft een aanwijzing voor het verband tussen herhaalde sequenties van ribosomaal DNA en tumorontwikkeling.
De hoop is dat nieuwe kankertherapieën kunnen worden gemaakt die misbruik maken van de kwetsbaarheid van tumoren als gevolg van repetitieve rDNA.
Ribosomaal DNA en veroudering
Wetenschappers hebben recentelijk bewijs ontdekt dat rDNA ook een rol speelt veroudering. Onderzoekers ontdekten dat naarmate dieren ouder worden, hun rDNA een epigenetische verandering ondergaat, genaamd methylatie. Methylgroepen veranderen de DNA-volgorde niet, maar veranderen wel hoe genen tot expressie worden gebracht.
Een andere mogelijke aanwijzing voor veroudering is de vermindering van rDNA-herhalingen. Meer onderzoek is nodig om de rol van rDNA en veroudering op te helderen.
Naarmate wetenschappers meer leren over rDNA en hoe het de ribosomen en de eiwitontwikkeling kan beïnvloeden, blijft er een grote belofte voor nieuwe geneesmiddelen om niet alleen veroudering, maar ook schadelijke aandoeningen zoals kanker en neurologische aandoeningen te behandelen.