Wie verlässt mRNA den Zellkern?

Das oft zitierte "zentrale Dogma der Molekularbiologie" ist im einfachen Schema erfasst DNA zu RNA zu Protein. Leicht erweitert bedeutet dies, dass die Desoxyribonukleinsäure, das genetische Material im Zellkern Ihrer Zellen, wird verwendet, um ein ähnliches Molekül namens RNA (Ribonukleinsäure) in einem Prozess namens Transkription. Danach wird RNA verwendet, um die Synthese von Proteinen an anderer Stelle in der Zelle in einem Prozess namens. zu steuern Übersetzung.

Jeder Organismus ist die Summe der Proteine, die er produziert, und in allem, was heute lebt und jemals gekannt hat gelebt haben, werden die Informationen zur Herstellung dieser Proteine ​​in und nur in den Zellen dieses Organismus gespeichert DNA. Ihre DNA macht Sie zu dem, was Sie sind, und geben Sie an Ihre Kinder weiter.

Im eukaryotische Organismen muss die neu synthetisierte Boten-RNA (mRNA) nach Abschluss des ersten Transkriptionsschritts ihren Weg außerhalb des Zellkerns in das Zytoplasma finden, wo die Translation stattfindet. (Bei Prokaryoten, denen Kerne fehlen, ist dies nicht der Fall.) Da die Plasmamembran, die den Kerninhalt umgibt, wählerisch sein kann, erfordert dieser Prozess aktive Eingaben von der Zelle selbst.

Zwei Nukleinsäuren gibt es in der Natur, DNA und RNA. Nukleinsäuren sind Makromoleküle, da sie aus sehr langen Ketten von sich wiederholenden Untereinheiten oder Monomeren bestehen, genannt Nukleotide. Nukleotide selbst bestehen aus drei unterschiedlichen chemischen Komponenten: einem Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen, einer bis drei Phosphatgruppen und einer von vier stickstoffreichen (stickstoffhaltigen) Basen.

In der DNA ist die Zuckerkomponente Desoxyribose, während es in RNARNA ribose. Diese Zucker unterscheiden sich nur darin, dass Ribose eine Hydroxylgruppe (-OH) trägt, die an einen Kohlenstoff außerhalb des fünfgliedrigen Rings gebunden ist, während Desoxyribose nur ein Wasserstoffatom (-H) trägt.

Die vier möglichen stickstoffhaltige Basen in der DNA sind aDenin (A), Cytosin (C), Guanin (G) und Thymin (T). RNA hat die ersten drei, aber beinhaltet Uracil (U) anstelle von Thymin. DNA ist doppelsträngig, wobei die beiden Stränge an ihren stickstoffhaltigen Basen verbunden sind. A paart sich immer mit T und C paart sich immer mit G. Die Zucker- und Phosphatgruppen bilden das Rückgrat" jedes sogenannten komplementärer Strang. Die resultierende Formation ist eine Doppelhelix, deren Form in den 1950er Jahren entdeckt wurde.

• In DNA und RNA enthält jedes Nukleotid eine einzelne Phosphatgruppe, aber freie Nukleotide haben oft zwei (z. B. ADP oder Adenosindiphosphat) oder drei (z. B. ATP oder ). Adenosintriphosphat).

Transkription ist die Synthese eines RNA-Moleküls namens Boten-RNA (mRNA), aus einem der komplementären Stränge eines DNA-Moleküls. Es gibt auch andere Arten von RNA, die häufigste sind tRNA (Transfer-RNA) und ribosomale RNA (rRNA), die beide eine entscheidende Rolle bei der Translation am Ribosom spielen.

Der Zweck der mRNA besteht darin, einen mobilen, codierten Satz von Anweisungen für die Synthese von Proteinen zu erstellen. Eine DNA-Länge, die den „Bauplan“ für ein einzelnes Proteinprodukt enthält, wird als Gen bezeichnet. Jede Sequenz aus drei Nukleotiden trägt die Anweisungen zur Herstellung einer bestimmten Aminosäure, mit amino Säuren sind die Bausteine ​​von Proteinen, genauso wie Nukleotide die Bausteine ​​von Nukleinsäuren sind Säuren.

Es gibt 20 Aminosäuren insgesamt, was eine im Wesentlichen unbegrenzte Anzahl von Kombinationen und damit Proteinprodukten ermöglicht.

Die Transkription erfolgt im Kern, entlang eines DNA-Einzelstrangs, der zu Transkriptionszwecken von seinem komplementären Strang abgekoppelt wurde. Am Anfang des Gens werden Enzyme an das DNA-Molekül angeheftet, insbesondere die RNA-Polymerase. Die synthetisierte mRNA ist komplementär zu dem als Matrize verwendeten DNA-Strang und ähnelt damit dem des Matrizenstrangs eigener komplementärer DNA-Strang, außer dass U in mRNA überall dort vorkommt, wo T erschienen wäre, wenn das wachsende Molekül DNA stattdessen.

Nachdem mRNA-Moleküle an der Transkriptionsstelle synthetisiert wurden, müssen sie ihre Reise zu den Translationsstellen, den Ribosomen, antreten. Ribosomen erscheinen sowohl frei im Zytoplasma der Zelle als auch an einer membranösen Organelle namens endoplasmatisches Retikulum, die beide außerhalb des Zellkerns liegen.

Bevor die mRNA die Doppelplasmamembran passieren kann, die die Kernhülle (oder Kernmembran) bildet, muss sie die Membran irgendwie erreichen. Dies geschieht durch die Bindung der neuen mRNA-Moleküle an Transportproteine.

Bevor die entstehenden mRNA-Protein (mRNP)-Komplexe an den Rand wandern können, werden sie in der Kernsubstanz gründlich durchmischt, so dass diese mRNP-Komplexe die sich am Rand des Kerns bilden, haben keine bessere Chance, den Kern zu einem bestimmten Zeitpunkt nach der Bildung zu verlassen, als mRNP-Prozesse in der Nähe des Innere.

Wenn mRNP-Komplexe auf DNA-schwere Kernregionen treffen, die in dieser Umgebung als Chromatin vorliegen (d. h. DNA, die an Strukturproteine ​​gebunden ist), kann es zum Stillstand kommen, genau wie ein Pickup, der in schweren Fällen festgefahren ist Schlamm. Dieses Abwürgen kann durch den Energieeintrag in Form von ATP überwunden werden, das das festgefahrene mRNP in Richtung des Kernrandes stößt.

Der Zellkern muss das so wichtige genetische Material der Zelle schützen, aber auch über die Möglichkeit verfügen, Proteine ​​und Nukleinsäuren mit dem Zellzytoplasma auszutauschen. Dies wird über "Tore" erreicht, die aus Proteinen bestehen und als bekannt sind Kernporenkomplexe (NPC). Diese Komplexe haben eine Pore, die durch die Doppelmembran der Kernhülle verläuft, und eine Reihe verschiedener Strukturen auf beiden Seiten dieses "Tors".

Der NPC ist nach molekularen Maßstäben enorm. Beim Menschen hat es eine Molekülmasse von 125 Millionen Dalton. Im Gegensatz dazu hat ein Glucosemolekül eine Molekülmasse von 180 Dalton und ist damit etwa 700.000 Mal kleiner als der NPC-Komplex. Sowohl der Nukleinsäure- als auch der Proteintransport in den Zellkern und die Bewegung dieser Moleküle aus dem Zellkern heraus erfolgen über den NPC.

Auf der zytoplasmatischen Seite hat der NPC einen sogenannten zytoplasmatischen Ring sowie zytoplasmatische Filamente, die beide dazu beitragen, den NPC in der Kernmembran zu verankern. Auf der Kernseite des NPC befindet sich ein Kernring, analog zum zytoplasmatischen Ring auf der gegenüberliegenden Seite, sowie ein Kernkörbchen.

An der Bewegung von mRNA und einer Vielzahl anderer Proteine ​​sind eine Vielzahl einzelner Proteine ​​beteiligt molekulare Ladungen aus dem Kern, gleiches gilt für den Stofftransport in den Kern.

mRNA beginnt ihre eigentliche Aufgabe erst, wenn sie ein Ribosom erreicht. Jedes Ribosom im Zytoplasma oder angebunden an endoplasmatisches Retikulum besteht aus einer großen und einer kleinen Untereinheit; diese kommen nur zusammen, wenn das Ribosom bei der Transkription aktiv ist.

Wenn ein mRNA-Molekül an a. gebunden wird Übersetzung entlang des Ribosoms wird es durch eine bestimmte Art von tRNA verbunden, die eine bestimmte Aminosäure trägt (Daher gibt es 20 verschiedene Geschmacksrichtungen von tRNA, eine für jede Aminosäure). Dies geschieht, weil die tRNA die Drei-Nukleotid-Sequenz auf der exponierten mRNA, die einer gegebenen Aminosäure entspricht, "lesen" kann.

Wenn tRNA und mRNA "zusammenpassen", gibt die tRNA ihre Aminosäure frei, die an das Ende der wachsenden Aminosäurekette angefügt wird, die dazu bestimmt ist, ein Protein zu werden. Diese Polypeptid erreicht seine spezifizierte Länge, wenn das mRNA-Molekül vollständig gelesen wird und das Polypeptid freigesetzt und zu einem echten Protein verarbeitet wird.