Často citované „centrální dogma o molekulární biologie"je zachycen v jednoduchém schématu DNA na RNA na protein. Mírně rozšířené, to znamená, že deoxyribonukleová kyselina, což je genetický materiál v jádru vašich buněk, se používá k výrobě podobné molekuly zvané RNA (ribonukleová kyselina) v procesu zvaném transkripce. Poté se použije RNA k nasměrování syntézy proteinů jinde v buňce v procesu zvaném překlad.
Každý organismus je součtem bílkovin, které vytváří, a ve všem živém dnes a dosud známém žili, informace o výrobě těchto proteinů se ukládají pouze v tomto organismu DNA. Vaše DNA je to, co vás dělá tím, čím jste, a to, co předáváte všem dětem, které můžete mít.
v eukaryotický organismy, po dokončení prvního kroku transkripce si nově syntetizovaná poselská RNA (mRNA) musí najít cestu mimo jádro do cytoplazmy, kde dochází k translaci. (U prokaryot, kterým chybí jádra, to tak není.) Protože plazmatická membrána obklopující obsah jádra může být vybíravá, vyžaduje tento proces aktivní vstup ze samotné buňky.
Nukleové kyseliny
Dva nukleové kyseliny existují v přírodě, DNA a RNA. Nukleové kyseliny jsou makromolekuly, protože jsou složeny z velmi dlouhých řetězců opakujících se podjednotek nebo monomerů, tzv. nukleotidy. Nukleotidy samy o sobě sestávají ze tří odlišných chemických složek: pět uhlíkatého cukru, jedné až tří fosfátových skupin a jedné ze čtyř dusíkatých (dusíkatých) bází.
V DNA je cukerná složka deoxyribózazatímco v RNA je ribóza. Tyto cukry se liší pouze v tom, že ribóza nese hydroxylovou (-OH) skupinu navázanou na uhlík mimo pětičlenný kruh, kde deoxyribóza nese pouze atom vodíku (-H).
Čtyři možné dusíkaté báze v DNA jsou adenin (A), cytosin (C), guanin (G) a tymin (T). RNA má první tři, ale zahrnuje uracil (U) místo tyminu. DNA je dvouvláknová, přičemž dvě vlákna jsou spojena na svých dusíkatých bázích. A vždy páruje s T a C vždy páruje s G. Cukrové a fosfátové skupiny tvoří páteř „každého tzv doplňkové vlákno. Výsledným útvarem je dvojitá šroubovice, jejíž tvar byl objeven v padesátých letech minulého století.
- V DNA a RNA obsahuje každý nukleotid jednu fosfátovou skupinu, ale volné nukleotidy mají často dvě (např. ADP nebo adenosindifosfát) nebo tři (např. ATP nebo adenosintrifosfát).
Syntéza Messenger RNA: transkripce
Transkripce je syntéza molekuly RNA zvané messenger RNA (mRNA), z jednoho z komplementárních řetězců molekuly DNA. Existují i jiné typy RNA, nejběžnější tRNA (přenosová RNA) a ribozomální RNA (rRNA), oba hrají klíčovou roli v překladu na ribozomu.
Účelem mRNA je vytvořit mobilní kódovanou sadu pokynů pro syntézu proteinů. Délka DNA, která zahrnuje „plán“ pro jediný proteinový produkt, se nazývá gen. Každá tři nukleotidová sekvence nese pokyny pro přípravu konkrétní aminokyseliny s amino kyseliny, které jsou stavebními kameny bílkovin, jsou nukleotidy stavebními kameny nukleové kyseliny.
Existují 20 aminokyselin celkem, což umožňuje v zásadě neomezený počet kombinací, a tedy proteinových produktů.
K přepisu dochází v jádro, podél jednoho řetězce DNA, které se za účelem transkripce oddělilo od svého komplementárního řetězce. Enzymy se připojují k molekule DNA na začátku genu, zejména RNA polymerázy. Syntetizovaná mRNA je komplementární k řetězci DNA použitému jako templát, a tak se podobá řetězci templátu vlastní komplementární řetězec DNA kromě toho, že U se objevuje v mRNA všude tam, kde by se T objevilo, byla rostoucí molekula DNA namísto.
Transport mRNA v jádře
Poté, co jsou molekuly mRNA syntetizovány v místě transkripce, musí se vydat na cestu do míst translace, ribozomů. Ribozomy se objevují jak volné v buněčné cytoplazmě, tak připojené k membránové organele zvané endoplazmatické retikulum, které leží mimo jádro.
Než mRNA může projít dvojitou plazmatickou membránou, která tvoří jaderný obal (nebo jadernou membránu), musí nějak dosáhnout membrány. K tomu dochází vazbou nových molekul mRNA na transportní proteiny.
Než se výsledné komplexy mRNA-protein (mRNP) mohou přesunout na okraj, důkladně se promísí uvnitř substance jádra, takže tyto komplexy mRNP které se tvoří blízko okraje jádra, nemají lepší šanci vystoupit z jádra v daném čase po vytvoření než mRNP procesy blízko interiér.
Když mRNP komplexy narazí na oblasti jádra těžké v DNA, které v tomto prostředí existují jako chromatin (tj. DNA navázaná na strukturní proteiny), může se zastavit, stejně jako těžký nákladní vůz bláto. Toto zablokování lze překonat vstupem energie ve formě ATP, která podněcuje zapadlý mRNP ve směru k okraji jádra.
Komplexy jaderných pórů
Jádro potřebuje chránit veškerý důležitý genetický materiál buňky, přesto musí mít prostředky pro výměnu proteinů a nukleových kyselin s buněčnou cytoplazmou. Toho se dosahuje pomocí „bran“, které se skládají z proteinů a jsou známé jako komplexy jaderných pórů (NPC). Tyto komplexy mají póry protékající dvojitou membránou jaderného obalu a řadu různých struktur na obou stranách této „brány“.
NPC je obrovský podle molekulárních standardů. U lidí má molekulovou hmotnost 125 milionů daltonů. Naproti tomu molekula glukózy má molekulovou hmotnost 180 Daltonů, což je asi 700 000krát menší než komplex NPC. Transport nukleových kyselin i proteinů do jádra a pohyb těchto molekul z jádra probíhá prostřednictvím NPC.
Na cytoplazmatické straně má NPC takzvaný cytoplazmatický kruh a také cytoplazmatická vlákna, která slouží k ukotvení NPC na místě v jaderné membráně. Na jaderné straně NPC je jaderný kruh, obdobný cytoplazmatickému kruhu na opačné straně, stejně jako jaderný koš.
Na pohybu mRNA se podílí celá řada jednotlivých proteinů a různé jiné molekulární náklady z jádra, to samé platí pro pohyb látek do jádro.
Funkce mRNA v překladu
mRNA nezačne svou skutečnou práci, dokud nedosáhne ribozomu. Každý ribozom v cytoplazmě nebo připojený k endoplazmatické retikulum sestává z velké a malé podjednotky; tyto se spojují, pouze když je ribozom aktivní v transkripci.
Když se molekula mRNA připojí k a překlad místo podél ribozomu, je spojeno zvláštním druhem tRNA, která nese specifickou aminokyselinu (proto existuje 20 různých příchutí tRNA, jedna pro každou aminokyselinu). K tomu dochází, protože tRNA může „číst“ tří-nukleotidovou sekvenci na exponované mRNA, která odpovídá dané aminokyselině.
Když se tRNA a mRNA „shodují“, tRNA uvolní svoji aminokyselinu, která se přidá na konec rostoucího aminokyselinového řetězce určeného k tomu, aby se stal proteinem. Tento polypeptid dosáhne své stanovené délky, když je molekula mRNA načtena celá, a polypeptid je uvolněn a zpracován na bona fide protein.