Hvordan forlader mRNA kernen?

Det ofte citerede "centrale dogme af molekylær Biologi"er fanget i det enkle skema DNA til RNA til protein. Lidt udvidet betyder det, at deoxyribonukleinsyre, som er det genetiske materiale i kernen i dine celler, bruges til at fremstille et lignende molekyle kaldet RNA (ribonukleinsyre) i en proces kaldet transkription. Når dette er gjort, bruges RNA til at lede syntesen af ​​proteiner andetsteds i cellen i en proces, der kaldes oversættelse.

Enhver organisme er summen af ​​de proteiner, den fremstiller, og i alt, hvad der er levende i dag og nogensinde er kendt for har levet, opbevares informationen til fremstilling af disse proteiner i og kun i den organisme DNA. Dit DNA er det, der gør dig til det, du er, og det du giver videre til eventuelle børn, du måtte have.

I eukaryotisk organismer, efter det første transskriptionstrin er afsluttet, skal det nyligt syntetiserede messenger-RNA (mRNA) finde vej uden for kernen i cytoplasmaet, hvor translation finder sted. (I prokaryoter, der mangler kerner, er dette ikke tilfældet.) Fordi plasmamembranen, der omgiver kernens indhold, kan være kræsne, kræver denne proces aktiv input fra selve cellen.

To nukleinsyrer findes i naturen, DNA og RNA. Nukleinsyrer er makromolekyler, da de er sammensat af meget lange kæder af gentagne underenheder eller monomerer, kaldet nukleotider. Nukleotider selv består af tre forskellige kemiske komponenter: et fem-kulstof sukker, en til tre fosfatgrupper og en af ​​fire nitrogenrige (nitrogenholdige) baser.

I DNA er sukkerkomponenten deoxyribose, mens det i RNA er det ribose. Disse sukkerarter adskiller sig kun ved, at ribose bærer en hydroxyl (-OH) gruppe bundet til et kulstof uden for den femleddede ring, hvor deoxyribose kun bærer et hydrogenatom (-H).

De fire mulige nitrogenholdige baser i DNA er endenine (A), cytosin (C), guanin (G) og thymin (T). RNA har de første tre, men inkluderer uracil (U) i stedet for thymin. DNA er dobbeltstrenget, hvor de to tråde er bundet ved deres nitrogenholdige baser. A parres altid med T, og C parres altid med G. Sukker- og fosfatgrupperne skaber rygraden "i hver såkaldt komplementær streng. Den resulterende formation er en dobbelt spiral, hvis form blev opdaget i 1950'erne.

• I DNA og RNA indeholder hvert nukleotid en enkelt phosphatgruppe, men frie nukleotider har ofte to (fx ADP eller adenosindiphosphat) eller tre (fx ATP eller Adenosintrifosfat).

Transkription er syntesen af ​​et kaldet RNA-molekyle messenger RNA (mRNA)fra en af ​​de komplementære tråde af et DNA-molekyle. Der er også andre typer RNA, det mest almindelige væsen tRNA (overfør RNA) og ribosomalt RNA (rRNA), som begge spiller kritiske roller i oversættelse ved ribosomet.

Formålet med mRNA er at skabe et mobilt, kodet sæt retninger til syntese af proteiner. En længde af DNA, der inkluderer "blueprint" for et enkelt proteinprodukt kaldes et gen. Hver tre-nukleotidsekvens bærer instruktionerne til fremstilling af en bestemt aminosyre med amino syrer er byggestenene til proteiner på samme måde som nukleotider er nukleins byggesten syrer.

Der er 20 aminosyrer i alt muliggør et i det væsentlige ubegrænset antal kombinationer og dermed proteinprodukter.

Transskription forekommer i kernelangs en enkelt DNA-streng, der er blevet frakoblet fra dens komplementære streng med henblik på transkription. Enzymer bindes til DNA-molekylet i starten af ​​genet, især RNA-polymerase. Det mRNA, der syntetiseres, er komplementært til DNA-strengen, der anvendes som en skabelon, og ligner således skabelonstrengens egen komplementær DNA-streng bortset fra at U vises i mRNA, hvor T ville have været, var det voksende molekyle-DNA i stedet.

Efter at mRNA-molekyler er syntetiseret på transkriptionsstedet, skal de rejse til translationsstederne, ribosomerne. Ribosomer vises både frie i cellecytoplasmaet og bundet til en membranøs organel kaldet det endoplasmatiske retikulum, som begge ligger uden for kernen.

Inden mRNA kan passere gennem den dobbelte plasmamembran, der udgør den nukleare hylster (eller nuklear membran), skal den nå membranen på en eller anden måde. Dette sker ved binding af de nye mRNA-molekyler til transport af proteiner.

Før de resulterende mRNA-protein (mRNP) -komplekser kan bevæge sig til kanten, blandes de grundigt inde i kernens substans, så disse mRNP-komplekser der tilfældigvis dannes nær kanten af ​​kernen, har ingen bedre chance for at forlade kernen på et givet tidspunkt efter dannelsen end mRNP-processer tæt på interiør.

Når mRNP-komplekser støder på områder af kernen, der er tunge i DNA, som i dette miljø eksisterer som kromatin (dvs. DNA bundet til strukturelle proteiner), kan det gå i stå, ligesom en pick-up lastbil sidder fast i tung mudder. Denne stalling kan overvindes ved hjælp af energiindtastning i form af ATP, som fremkalder den nedlagte mRNP i retning af kernen.

Kernen har brug for at beskytte det vigtige genetiske materiale i cellen, men alligevel skal det også have et middel til at udveksle proteiner og nukleinsyrer med cellecytoplasmaet. Dette opnås via "porte" bestående af proteiner og kendt som nukleare porekomplekser (NPC). Disse komplekser har en pore, der løber gennem den nukleare kuvertes dobbeltmembran og en række forskellige strukturer på hver side af denne "port".

NPC er enorm af molekylære standarder. Hos mennesker har den en molekylvægt på 125 millioner dalton. Derimod har et glukosemolekyle en molekylvægt på 180 Dalton, hvilket gør det ca. 700.000 gange mindre end NPC-komplekset. Både nukleinsyre og proteintransport ind i kernen, og disse molekylers bevægelse ud af kernen sker via NPC.

På den cytoplasmatiske side har NPC det, der kaldes en cytoplasmisk ring såvel som cytoplasmatiske filamenter, som begge tjener til at hjælpe med at forankre NPC'en på plads i kernemembranen. På den nukleare side af NPC er en nuklear ring, analog med den cytoplasmiske ring på den modsatte side, samt en nuklear kurv.

En række individuelle proteiner deltager i bevægelsen af ​​mRNA og en forskelligartet række andre molekylære laster ud af kernen, hvor det samme gælder for bevægelse af stoffer ind i kerne.

mRNA begynder ikke sit egentlige job, før det når et ribosom. Hvert ribosom i cytoplasmaet eller er knyttet til endoplasmatisk retikulum består af en stor og en lille underenhed; disse kommer kun sammen, når ribosomet er aktivt i transkription.

Når et mRNA-molekyle bliver bundet til en oversættelse sted langs ribosomet, er det forbundet med en bestemt type tRNA, der bærer en specifik aminosyre (der er derfor 20 forskellige smagsstoffer af tRNA, en for hver aminosyre). Dette sker, fordi tRNA kan "læse" tre-nukleotidsekvensen på det eksponerede mRNA, der svarer til en given aminosyre.

Når tRNA og mRNA "matcher hinanden" frigiver tRNA sin aminosyre, som tilsættes til enden af ​​den voksende aminosyrekæde, der er bestemt til at blive et protein. Det her polypeptid når sin specificerede længde, når mRNA-molekylet læses i sin helhed, og polypeptidet frigives og behandles til et bona fide-protein.