كيف تترك mRNA النواة؟

كثيرا ما يتم الاستشهاد بـ "عقيدة البيولوجيا الجزيئية"تم التقاطه في مخطط بسيط DNA إلى RNA إلى بروتين. تم توسيعه قليلاً ، وهذا يعني أن ملف حمض النووي الريبي منقوص الأكسجين، وهي المادة الوراثية في نواة خلاياك ، وتستخدم لصنع جزيء مشابه يسمى RNA (حمض النووي الريبي) في عملية تسمى النسخ. بعد القيام بذلك ، يتم استخدام الحمض النووي الريبي لتوجيه تخليق البروتينات في مكان آخر في الخلية في عملية تسمى ترجمة.

كل كائن حي هو مجموع البروتينات التي يصنعها ، وفي كل شيء على قيد الحياة اليوم وما عرف به من أي وقت مضى عاشوا ، والمعلومات اللازمة لصنع هذه البروتينات مخزنة في ، وفقط في ، ذلك الكائن الحي الحمض النووي. الحمض النووي الخاص بك هو ما يجعلك ما أنت عليه ، وهو ما تنقله إلى أي أطفال قد تنجبهم.

في حقيقيات النوى الكائنات الحية ، بعد اكتمال الخطوة الأولى من النسخ ، يجب أن يجد الرنا المرسال المركب حديثًا (mRNA) طريقه خارج النواة إلى السيتوبلازم حيث تحدث الترجمة. (في بدائيات النوى ، التي تفتقر إلى النوى ، ليس هذا هو الحال.) نظرًا لأن غشاء البلازما المحيط بمحتويات النواة يمكن أن يكون انتقائيًا ، تتطلب هذه العملية مدخلات نشطة من الخلية نفسها.

اثنين احماض نووية موجودة في الطبيعة ، DNA و RNA. الأحماض النووية هي جزيئات كبيرة لأنها تتكون من سلاسل طويلة جدًا من الوحدات الفرعية المتكررة ، أو المونومرات ، والتي تسمى النيوكليوتيدات. النيوكليوتيدات تتكون نفسها من ثلاثة مكونات كيميائية متميزة: سكر مكون من خمسة كربون ، ومجموعة واحدة إلى ثلاث مجموعات فوسفاتية ، وواحدة من أربع قواعد غنية بالنيتروجين (نيتروجين).

في الحمض النووي ، مكون السكر هو ديوكسيريبوز، بينما هو موجود في RNA ريبوز. تختلف هذه السكريات فقط في أن الريبوز يحمل مجموعة هيدروكسيل (-OH) مرتبطة بكربون خارج الحلقة المكونة من خمسة أعضاء حيث يحمل الديوكسيريبوز ذرة هيدروجين فقط (-H).

الأربعة ممكن القواعد النيتروجينية في الحمض النووي هيدينين (A) ، سيتوزين (C) ، جوانين (G) و الثايمين (T). يحتوي RNA على الثلاثة الأولى ، ولكنه يشمل اليوراسيل (يو) بدلا من الثايمين. الحمض النووي مزدوج الشريطة ، مع وجود خيطين مرتبطين في قواعدهما النيتروجينية. دائمًا ما يقترن A مع T و C دائمًا مع G. تشكل مجموعات السكر والفوسفات العمود الفقري "لكل ما يسمى حبلا تكميلية. التكوين الناتج هو حلزون مزدوج ، تم اكتشاف شكله في الخمسينيات من القرن الماضي.

• في DNA و RNA ، يحتوي كل نوكليوتيد على مجموعة فوسفات واحدة ، لكن النوكليوتيدات الحرة غالبًا ما تحتوي على مجموعتين (على سبيل المثال ، ADP ، أو ثنائي فوسفات الأدينوزين) أو ثلاثة (على سبيل المثال ، ATP ، أو أدينوسين ثلاثي الفوسفات).

النسخ هو تخليق جزيء RNA يسمى رسول RNA (مرنا)، من أحد الخيوط التكميلية لجزيء DNA. هناك أنواع أخرى من الحمض النووي الريبي أيضًا ، أكثرها شيوعًا الحمض الريبي النووي النقال (نقل الحمض النووي الريبي) و الحمض النووي الريبوزي (الرنا الريباسي)، وكلاهما يلعب دورًا حاسمًا في الترجمة في الريبوسوم.

الغرض من mRNA هو إنشاء مجموعة من الاتجاهات المشفرة المتنقلة لتخليق البروتينات. يُطلق على طول الحمض النووي الذي يشتمل على "مخطط" لمنتج بروتيني واحد اسم الجين. يحمل كل تسلسل ثلاثي النوكليوتيدات تعليمات لصنع حمض أميني معين ، مع أمينو الأحماض هي اللبنات الأساسية للبروتينات بنفس الطريقة التي تعتبر بها النيوكليوتيدات اللبنات الأساسية للنواة الأحماض.

يوجد 20 حمض أميني بشكل عام ، مما يسمح بعدد غير محدود من التوليفات وبالتالي منتجات البروتين.

يحدث النسخ في نواة، على طول خيط واحد من الحمض النووي الذي أصبح منفصلاً عن خيطه التكميلي لأغراض النسخ. ترتبط الإنزيمات بجزيء الحمض النووي في بداية الجين ، ولا سيما بوليميراز الحمض النووي الريبي. إن الرنا المرسال الذي يتم تصنيعه مكمل لخيط الحمض النووي المستخدم كقالب ، وبالتالي يشبه خيوط القالب خيط الحمض النووي التكميلي الخاص به فيما عدا أن U يظهر في mRNA أينما ظهر T كان جزيء الحمض النووي المتنامي في حين أن.

بعد تصنيع جزيئات الرنا المرسال في موقع النسخ ، يجب أن تقوم برحلتها إلى مواقع الترجمة ، الريبوسومات. الريبوسومات يظهر كلاهما حرًا في السيتوبلازم الخلوي ومتصلًا بعضية غشائية تسمى الشبكة الإندوبلازمية ، وكلاهما يقع خارج النواة.

قبل أن يمر الرنا المرسال عبر غشاء البلازما المزدوج الذي يتكون من الغلاف النووي (أو الغشاء النووي) ، يجب أن يصل إلى الغشاء بطريقة ما. يحدث هذا من خلال ارتباط جزيئات الرنا المرسال الجديدة بنقل البروتينات.

قبل أن تنتقل مجمعات بروتين mRNA (mRNP) الناتجة إلى الحافة ، فإنها تختلط تمامًا داخل مادة النواة ، بحيث تكون مجمعات mRNP التي تحدث لتشكل بالقرب من حافة النواة ليس لديها فرصة أفضل للخروج من النواة في وقت معين بعد التكوين من عمليات mRNP القريبة من الداخلية.

عندما تواجه مجمعات mRNP مناطق من النواة ثقيلة في الحمض النووي ، والذي يوجد في هذه البيئة كروماتين (على سبيل المثال ، الحمض النووي المرتبط بالبروتينات الهيكلية) ، يمكن أن يتعطل ، تمامًا مثل الشاحنة الصغيرة التي تغرق في المستنقع الثقيل طين. يمكن التغلب على هذا المماطلة من خلال إدخال الطاقة في شكل ATP ، والذي يحث mRNP المتعثر في اتجاه حافة النواة.

تحتاج النواة إلى حماية كل المواد الجينية المهمة للخلية ، ومع ذلك يجب أن يكون لها أيضًا وسيلة لتبادل البروتينات والأحماض النووية مع سيتوبلازم الخلية. يتم تحقيق ذلك عبر "بوابات" تتكون من بروتينات وتعرف باسم مجمعات المسام النووية (NPC). تحتوي هذه المجمعات على مسام تمر عبر الغشاء المزدوج للغلاف النووي وعدد من الهياكل المختلفة على جانبي هذه "البوابة".

NPC هائل بالمعايير الجزيئية. تبلغ كتلته الجزيئية في البشر 125 مليون دالتون. في المقابل ، جزيء الجلوكوز له كتلة جزيئية تبلغ 180 دالتون ، مما يجعله أصغر بحوالي 700000 مرة من مركب NPC. يتم نقل كل من الحمض النووي والبروتين إلى النواة وتحدث حركة هذه الجزيئات خارج النواة عبر NPC.

على الجانب السيتوبلازمي ، يحتوي NPC على ما يسمى الحلقة السيتوبلازمية وكذلك الخيوط السيتوبلازمية ، وكلاهما يساعد في تثبيت NPC في مكانه في الغشاء النووي. يوجد على الجانب النووي من NPC حلقة نووية ، تشبه الحلقة السيتوبلازمية على الجانب الآخر ، بالإضافة إلى سلة نووية.

تشارك مجموعة متنوعة من البروتينات الفردية في حركة mRNA ومجموعة متنوعة أخرى الشحنات الجزيئية من النواة ، مع تطبيق الشيء نفسه على حركة المواد إلى داخل نواة.

لا تبدأ mRNA وظيفتها الفعلية حتى تصل إلى الريبوسوم. كل ريبوسوم في السيتوبلازم أو مرتبط به الشبكة الأندوبلازمية يتكون من وحدة فرعية كبيرة وصغيرة ؛ تتجمع هذه فقط عندما يكون الريبوسوم نشطًا في النسخ.

عندما يرتبط جزيء mRNA بـ ترجمة على طول الريبوسوم ، ينضم إليه نوع معين من الحمض الريبي النووي النقال يحمل حمضًا أمينيًا معينًا (لذلك هناك 20 نكهة مختلفة من الحمض النووي الريبوزي ، واحدة لكل حمض أميني). يحدث هذا لأن الحمض النووي الريبي (tRNA) يمكنه "قراءة" تسلسل ثلاثي النيوكليوتيدات على الرنا المرسال المكشوف الذي يتوافق مع حمض أميني معين.

عندما "يتطابق" الحمض النووي الريبي (tRNA) مع الحمض النووي الريبوزي (mRNA) ، يطلق الحمض النووي الريبي الحمض الأميني الخاص به ، والذي يضاف إلى نهاية سلسلة الأحماض الأمينية المتنامية المقدر أن يصبح بروتينًا. هذا بولي ببتيد يصل إلى طوله المحدد عندما يتم قراءة جزيء mRNA بالكامل ، ويتم تحرير البولي ببتيد ومعالجته في بروتين حسن النية.