Как иРНК напуска ядрото?

Често цитираната "централна догма на молекулярна биология"е уловено в простата схема ДНК към РНК към протеин. Малко разширено, това означава, че Дезоксирибонуклеинова киселина, който е генетичният материал в ядрото на вашите клетки, се използва за получаване на подобна молекула, наречена РНК (рибонуклеинова киселина) в процес, наречен транскрипция. След като това бъде направено, РНК се използва за насочване на синтеза на протеини другаде в клетката в процес, наречен превод.

Всеки организъм е сумата от протеините, които произвежда, и във всичко живо днес и винаги познато са живели, информацията за производството на тези протеини се съхранява в и само в този организъм ДНК. Вашата ДНК е това, което ви прави това, което сте и е това, което предавате на всички деца, които може да имате.

В еукариот след завършване на първата стъпка на транскрипция, новосинтезираната пратена РНК (тРНК) трябва да намери своя път извън ядрото в цитоплазмата, където се осъществява транслацията. (При прокариотите, в които липсват ядра, това не е така.) Тъй като плазмената мембрана, заобикаляща съдържанието на ядрото, може да бъде придирчива, този процес изисква активен принос от самата клетка.

Две нуклеинова киселина съществуват в природата, ДНК и РНК. Нуклеиновите киселини са макромолекули, тъй като са съставени от много дълги вериги от повтарящи се субединици или мономери, наречени нуклеотиди. Нуклеотиди самите те се състоят от три различни химически компонента: пет въглеродна захар, една до три фосфатни групи и една от четирите богати на азот (азотни) основи.

В ДНК захарният компонент е дезоксирибоза, докато в РНК е рибоза. Тези захари се различават само по това, че рибозата носи хидроксилна (-ОН) група, свързана с въглерод извън петчленния пръстен, където дезоксирибозата носи само водороден атом (-Н).

Четирите възможни азотни основи в ДНК са aденин (A), цитозин (C), гуанин (G) и тимин (Т). РНК има първите три, но включва урацил (U) на мястото на тимин. ДНК е двуверижна, като двете вериги са свързани в техните азотни основи. A винаги се сдвоява с T, а C винаги се сдвоява с G. Захарната и фосфатната групи създават гръбнака „на всяка т.нар допълваща нишка. Получената формация е двойна спирала, чиято форма е открита през 50-те години на миналия век.

• В ДНК и РНК всеки нуклеотид съдържа единична фосфатна група, но свободните нуклеотиди често имат две (напр. ADP или аденозин дифосфат) или три (напр. ATP или аденозин трифосфат).

Транскрипцията е синтез на РНК молекула, наречена пратеник РНК (иРНК), от една от допълнителните вериги на ДНК молекула. Съществуват и други видове РНК, най-често срещаните тРНК (трансферна РНК) и рибозомна РНК (rRNA), които играят решаваща роля в транслацията на рибозомата.

Целта на иРНК е да създаде подвижен, кодиран набор от указания за синтеза на протеини. Дължина на ДНК, която включва "чертежа" за един протеинов продукт, се нарича ген. Всяка тринуклеотидна последователност носи инструкциите за получаване на определена аминокиселина с амино киселините, които са градивните елементи на протеините по същия начин, както нуклеотидите са градивните елементи на нуклеиновите киселини.

Има 20 аминокиселини като цяло, позволявайки по същество неограничен брой комбинации и следователно протеинови продукти.

Транскрипцията се случва в ядро, по протежение на единична верига ДНК, която се е отделила от комплементарната си верига за целите на транскрипцията. Ензимите се свързват с ДНК молекулата в началото на гена, по-специално РНК полимеразата. ИРНК, която се синтезира, допълва ДНК веригата, използвана като шаблон, и по този начин прилича на веригата на матрицата собствена комплементарна ДНК верига, с изключение на това, че U се появява в иРНК навсякъде, където Т би се появило, е нарастващата ДНК на молекулата вместо.

След като молекулите на иРНК се синтезират на мястото на транскрипция, те трябва да извървят пътуването си до местата на транслация, рибозомите. Рибозоми се появяват както свободни в клетъчната цитоплазма, така и прикрепени към мембранна органела, наречена ендоплазмен ретикулум, и двете лежат извън ядрото.

Преди mRNA да премине през двойната плазмена мембрана, която съставлява ядрената обвивка (или ядрена мембрана), тя трябва да достигне по някакъв начин до мембраната. Това се случва чрез свързването на новите молекули на иРНК за транспортиране на протеини.

Преди получените mRNA-протеинови (mRNP) комплекси да могат да се придвижат до ръба, те се смесват старателно вътре в веществото на ядрото, така че тези mRNP комплекси които се образуват близо до ръба на ядрото, нямат по-голям шанс да излязат от ядрото в даден момент след образуването, отколкото процесите mRNP близо до интериор.

Когато mRNP комплексите се сблъскат с участъци от ядрото, тежко в ДНК, което в тази среда съществува като хроматин (т.е. ДНК, свързана със структурни протеини), тя може да спре, точно като пикап, затънал в тежък кал. Това закъснение може да бъде преодоляно чрез влагането на енергия под формата на АТФ, което насочва затъналия mRNP по посока на ръба на ядрото.

Ядрото трябва да защитава най-важния генетичен материал на клетката, но също така трябва да има средства за обмен на протеини и нуклеинови киселини с клетъчната цитоплазма. Това се постига чрез "порти", състоящи се от протеини и известни като ядрени пори комплекси (NPC). Тези комплекси имат пори, минаващи през двойната мембрана на ядрената обвивка и множество различни структури от двете страни на тази "порта".

NPC е огромен по молекулярни стандарти. При хората има молекулна маса 125 милиона далтона. За разлика от това, молекула глюкоза има молекулна маса от 180 далтона, което я прави около 700 000 пъти по-малка от NPC комплекса. Както нуклеиновата киселина, така и протеинът се транспортират в ядрото и движението на тези молекули извън ядрото се осъществява чрез NPC.

От страна на цитоплазмата, NPC има така наречения цитоплазмен пръстен, както и цитоплазмени нишки, които и двете служат за подпомагане на закрепването на NPC в ядрената мембрана. От ядрената страна на NPC има ядрен пръстен, аналогичен на цитоплазмения пръстен от противоположната страна, както и ядрена кошница.

Разнообразни индивидуални протеини участват в движението на иРНК и разнообразно разнообразие от други молекулярни товари извън ядрото, като същото се отнася и за движението на вещества в ядро.

иРНК не започва действителната си работа, докато не достигне рибозома. Всяка рибозома в цитоплазмата или прикрепена към ендоплазмения ретикулум се състои от голяма и малка субединица; те се събират само когато рибозомата е активна в транскрипцията.

Когато молекула на иРНК се свързва с a превод по протежение на рибозомата, към нея се присъединява определен вид тРНК, която носи специфична аминокиселина (следователно има 20 различни вкуса на тРНК, по един за всяка аминокиселина). Това се случва, тъй като тРНК може да „разчете“ тринуклеотидната последователност на изложената иРНК, която съответства на дадена аминокиселина.

Когато тРНК и иРНК "съвпадат", тРНК освобождава аминокиселината си, която се добавя в края на нарастващата аминокиселинна верига, предназначена да се превърне в протеин. Това полипептид достига определената си дължина, когато иРНК молекулата се разчете изцяло и полипептидът се освободи и преработи в добросъвестен протеин.