תוֹכֶן
- TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
- מהו ריבוזום?
- מה עושים ריבוזומים?
- שלושה שלבים לייצור חלבונים
- מהו DNA ריבוזומלי?
- החשיבות ל rDNA ומחלות
- DNA ריבוזומלי והזדקנות
כל היצורים החיים דורשים חלבונים לתפקודים שונים. בתוך התאים מגדירים המדענים ריבוזומים כמייצרים של אותם חלבונים. DNA ריבוזומלי (rDNA)לעומת זאת, משמש כקודם הגנטי המקדים לאותם חלבונים ומבצע גם תפקידים אחרים.
TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
ריבוזומים משמשים כמפעלים חלבוניים בתוך תאי האורגניזמים. DNA ריבוזומלי (rDNA) הוא קוד מבשר לאותם חלבונים, ומשמש פונקציות חשובות אחרות בתא.
מהו ריבוזום?
אפשר להגדיר ריבוזומים כמפעלים חלבוניים מולקולריים. בשיאו הפשטני ביותר, ריבוזום הוא סוג של אברונים שנמצאים בתאים של כל היצורים החיים. ריבוזומים יכולים לצוף בחופשיות בציטופלסמה של תא, או יכולים להתגורר על פני השטח של תכנית אנדופלסמה (ER). חלק זה של ה- ER מופנה ל- ER מחוספס.
חלבונים וחומצות גרעין כוללים ריבוזומים. רוב אלה מגיעים מהגרעין. ריבוזומים עשויים משני יחידות משנה, האחת גדולה יותר מהשנייה. בצורות חיים פשוטות יותר כמו חיידקים וארכיבקטריה, הריבוזומים ותת-היחידות שלהם קטנות יותר מאשר בצורות חיים מתקדמות יותר.
באורגניזמים פשוטים יותר אלה מכנים את הריבוזומים כ- 70S ריבוזומים והם עשויים מיחידת 50S ותת יחידת 30S. ה- "S" מתייחס לשיעור המשקעים של מולקולות בצנטריפוגה.
באורגניזמים מורכבים יותר כמו אנשים, צמחים ופטריות ריבוזומים גדולים יותר, ומכונים 80 ריבוזומים. ריבוזומים אלה מורכבים מיחידת משנה 60S ותת 40S בהתאמה. למיטוכונדריה יש ריבוזומי 70S משלהם, רומזים על אפשרות קדומה שאוקריוטים צרכו מיטוכונדריה כחיידקים, ובכל זאת שמרו עליהם כסימביוטים שימושיים.
ריבוזומים יכולים להיות מורכבים מ 80 חלבונים, וחלק גדול מהמסה שלהם נובע מ RNA ריבוזומלי.
מה עושים ריבוזומים?
ה תפקיד ראשי של ריבוזום זה לבנות חלבונים. זה עושה זאת על ידי תרגום קוד שניתן מגרעין התא דרך mRNA (חומצה ריבונוקלאית מסנג'ר). באמצעות קוד זה, הריבוזום ישלב לחומצות אמינו שהובאו אליו על ידי tRNA (העברת חומצה ריבונוקלאית).
בסופו של דבר הפוליפפטיד החדש הזה ישוחרר לציטופלסמה וישונה עוד יותר כחלבון חדש ומתפקד.
שלושה שלבים לייצור חלבונים
אמנם קל להגדיר באופן כללי את הריבוזומים כמפעלים לחלבון, אך זה עוזר להבין את המעשה שלבי ייצור חלבון. יש לבצע צעדים אלה ביעילות ובצורה נכונה על מנת להבטיח שלא ייגרם נזק לחלבון חדש.
נקרא השלב הראשון של ייצור חלבונים (aka translation) חניכה. חלבונים מיוחדים מביאים mRNA לתת היחידה הקטנה יותר של ריבוזום, שם הוא נכנס דרך שסע. ואז מוכנים tRNA ומובאים דרך שסע אחר. כל המולקולות הללו מתחברות בין יחידות המשנה הגדולות והקטנות יותר של הריבוזום, מה שהופך ריבוזום פעיל. יחידת המשנה הגדולה יותר עובדת בעיקר כזרז, ואילו יחידת המשנה הקטנה יותר עובדת כמפענח.
הצעד השני, התארכות, מתחיל כאשר ה- "קריאה של ה- mRNA". ה- tRNA מספק חומצה אמינית, ותהליך זה חוזר ומארך את שרשרת חומצות האמינו. חומצות האמינו נשלפות מהציטופלזמה; הם מסופקים על ידי אוכל.
סיום מייצג את סיום ייצור החלבון. הריבוזום קורא קודון עצור, רצף של הגן שמורה לו להשלים את בניית החלבון. חלבונים הנקראים חלבוני גורם שחרור עוזרים לריבוזום לשחרר את החלבון המלא לציטופלזמה. החלבונים החדשים ששוחררו יכולים להתקפל או לשנות אותם שינוי שלאחר התרגום.
ריבוזומים יכולים לעבוד במהירות גבוהה כדי לחבר חומצות אמינו יחד, ולעיתים יכולים להצטרף ל -200 מהן בדקה! חלבונים גדולים יותר עשויים לקחת כמה שעות לבנות. חלבוני הריבוזומים ממלאים תפקידים חיוניים לכל החיים, מהווים מרכיבים של שרירים ורקמות אחרות. התא של יונק יכול להכיל עד 10 מיליארד מולקולות חלבון ו -10 מיליון ריבוזומים! כאשר ריבוזומים משלימים את עבודתם, יחידות היחידות שלהם מתפרקות וניתן למחזר או לפרק.
חוקרים משתמשים בידע שלהם בנושא ריבוזומים כדי לייצר אנטיביוטיקה חדשה ותרופות אחרות. לדוגמא, קיימים אנטיביוטיקה חדשה המבצעת התקפה ממוקדת על ריבוזומים 70S בתוך חיידקים. ככל שמדענים לומדים יותר על ריבוזומים, ללא ספק ייחשפו גישות נוספות לתרופות חדשות.
מהו DNA ריבוזומלי?
DNA ריבוזומלי, או חומצה ריבוזומלית deoxyribonucleic (rDNA), הוא ה- DNA המקודד חלבונים ריבוזומלים היוצרים ריבוזומים. RDNA זה מהווה חלק קטן יחסית של ה- DNA האנושי, אך תפקידו מכריע בכמה תהליכים. רוב ה- RNA שנמצא באיקריוטות מקורו ב- RNA ריבוזומלי שהועבר מתעתיק מ- rDNA.
תעתיק זה של rDNA מופעל במהלך מחזור התא.ה- rDNA עצמו מגיע מהגרעין, שנמצא בתוך גרעין התא.
רמת ייצור ה- rDNA בתאים משתנה בהתאם ללחץ ורמות התזונה. כאשר יש רעב, תעתיק של rDNA יורד. כשיש משאבים רבים, ייצור ה- rDNA מתרומם.
DNA ריבוזומלי אחראי על בקרת חילוף החומרים של התאים, ביטוי גנים, תגובה ללחץ ואפילו הזדקנות. צריכה להיות רמה יציבה של תעתיק rDNA כדי למנוע מוות של תאים או היווצרות גידולים.
תכונה מעניינת של rDNA היא הסדרה הגדולה שלה ב- גנים חוזרים ונשנים. ישנם יותר חזרות rDNA מהנדרש ל- rRNA. בעוד שהסיבה לכך אינה ברורה, החוקרים חושבים שזה יכול להיות קשור לצורך בשיעורים שונים של סינתזת חלבון כנקודות שונות בהתפתחות.
רצפי rDNA חוזרים ונשנים אלו יכולים להוביל לבעיות עם שלמות גנומית. הם מתקשים לתמלל, לשכפל ולתקן, מה שמביא בתורו לחוסר יציבות כולל שיכול להוביל למחלות. בכל פעם שתעתיק rDNA מתרחש בשיעור גבוה יותר, קיים סיכון מוגבר להפסקות ב- rDNA ושגיאות אחרות. ויסות ה- DNA החוזר על עצמו חשוב לבריאות האורגניזם.
החשיבות ל rDNA ומחלות
בעיות ריבוזומליות DNA (rDNA) הושפעו ממספר מחלות אצל בני אדם, כולל הפרעות עצביות והסרטן. כשיש גדול יותר חוסר יציבות של rDNA, מתרחשות בעיות. זה נובע מהרצפים החוזרים ונמצאים ב- rDNA, הרגישים לאירועי קומבינציה שמניבים מוטציות.
מחלות מסוימות עשויות להופיע כתוצאה מחוסר יציבות ב- rDNA (וסינתזת ריבוזומים וחלבונים לקויים). חוקרים מצאו כי תאים הסובלים מתסמונת קוקיין, תסמונת בלום, תסמונת ורנר ותאקסיה-טלנגיאקטזיה מכילים חוסר יציבות rDNA מוגבר.
אי-יציבות חוזרת של DNA מודגמת גם במספר מחלות נוירולוגיות כמו מחלת הנטינגטון, ALS (טרשת עורקים אמיוטרופית) ושיטיון פרונטוטמפורלי. מדענים חושבים שההתנעה העצבית הקשורה ל- rDNA נובעת מתעתיק rDNA גבוה שמניב נזק ל- rDNA ותמלילי rRNA לקויים. בעיות בייצור ריבוזומים עשויות גם למלא תפקיד.
מספר של סרטן גידולים מוצקים במקרה הציגו סידורים מחדש של rDNA, כולל מספר רצפים חוזרים. מספרי ההעתקה של rDNA משפיעים על אופן היווצרות הריבוזומים ולכן על התפתחות החלבונים שלהם. ייצור חלבונים מורכב על ידי ריבוזומים מספק רמז לקשר בין רצפי DNA חוזרים של ריבוזומלים להתפתחות גידולים.
התקווה היא שניתן לעשות טיפולים חדשים בסרטן המנצלים את פגיעותם של גידולים בגלל rDNA החוזר על עצמו.
DNA ריבוזומלי והזדקנות
מדענים חשפו לאחרונה ראיות לכך ש- rDNA ממלא גם תפקיד הזדקנות. החוקרים מצאו שככל שחיות מתבגרות, ה- rDNA שלהם עובר שינוי אפיגנטי הנקרא מתילציה. קבוצות מתיל אינן משנות את רצף ה- DNA, אך הן משנות את אופן ביטוי הגנים.
רמז פוטנציאלי נוסף להזדקנות הוא צמצום חוזרי rDNA. יש צורך במחקר נוסף בכדי להבהיר את תפקיד ה- rDNA והזדקנות.
ככל שמדענים לומדים יותר על rDNA וכיצד הוא יכול להשפיע על ריבוזומים ועל התפתחות חלבונים, נותרה הבטחה גדולה לתרופות חדשות לטיפול לא רק בהזדקנות, אלא גם במצבים מזיקים כמו סרטן והפרעות נוירולוגיות.