Sageli viidatud "keskne dogma molekulaarbioloogia"on tabatud lihtsas skeemis DNA RNA-st valguks. Pisut laiendatuna tähendab see, et desoksüribonukleiinhape, mis on teie rakkude tuuma geneetiline materjal, kasutatakse sarnase RNA-nimelise molekuli (ribonukleiinhape) protsessis, mida nimetatakse transkriptsioon. Pärast selle tegemist kasutatakse RNA-d valkude sünteesi suunamiseks mujal rakus protsessis, mida nimetatakse tõlge.
Iga organism on valkude summa, mida ta teeb, ja kõiges, mis on tänapäeval elus ja mida kunagi tuntakse on nende valkude valmistamiseks vajalik teave talletatud ainult selles organismis DNA. Teie DNA on see, mis muudab teid selliseks, nagu te olete, ja selle, mida edastate kõigile teie lastele.
Sisse eukarüootne organismid, peab pärast transkriptsiooni esimese etapi lõppu vastsünteesitud messenger RNA (mRNA) leidma tee väljaspool tuuma tsütoplasmasse, kus toimub translatsioon. (Prokarüootides, kus tuumad puuduvad, see nii ei ole.) Kuna tuuma sisu ümbritsev plasmamembraan võib olla valiv, nõuab see protsess raku enda aktiivset sisendit.
Nukleiinhapped
Kaks nukleiinhapped eksisteerivad looduses, DNA-s ja RNA-s. Nukleiinhapped on makromolekulid, kuna need koosnevad korduvate alaühikute või monomeeride väga pikkadest ahelatest, nn. nukleotiidid. Nukleotiidid ise koosnevad kolmest erinevast keemilisest komponendist: viiest süsinikuga suhkrust, ühest kuni kolmest fosfaatrühmast ja ühest neljast lämmastikurikkast (lämmastikuga) alusest.
DNA-s on suhkru komponent desoksüriboos, samas kui RNA-s on riboos. Need suhkrud erinevad ainult selle poolest, et riboos kannab väljaspool viieliikmelist tsüklit süsinikuga seotud hüdroksüül (-OH) rühma, kus deoksüriboosil on ainult vesiniku aatom (-H).
Neli võimalikku lämmastikalused DNA-s on adeniin (A), tsütosiin (C), guaniin (G) ja tümiin (T). RNA-l on kolm esimest, kuid sisaldab uratsiil (U) tümiini asemel. DNA on kaheahelaline, kaks ahelat on seotud lämmastikalusel. A paaristab alati T-ga ja C paaritab alati G-d. Suhkru- ja fosfaatrühmad loovad selgroo iga nn täiendav haru. Saadud moodustis on kahekordne spiraal, mille kuju avastati 1950. aastatel.
- DNA-s ja RNA-s sisaldab iga nukleotiid ühte fosfaatrühma, kuid vabadel nukleotiididel on sageli kaks (nt ADP või adenosiindifosfaat) või kolm (nt ATP või adenosiinitrifosfaat).
Messengeri RNA süntees: transkriptsioon
Transkriptsioon on RNA molekuli süntees, mida nimetatakse messenger RNA (mRNA), ühest DNA molekuli komplementaarsest ahelast. On ka teisi RNA tüüpe, kõige tavalisem tRNA (ülekantav RNA) ja ribosomaalne RNA (rRNA), mis mõlemad mängivad ribosoomi tõlkimisel kriitilist rolli.
MRNA eesmärk on luua mobiilne, kodeeritud suundade komplekt valkude sünteesiks. DNA pikkust, mis sisaldab ühe valguprodukti "kavandit", nimetatakse geeniks. Igal kolnukleotiidsel järjestusel on juhised konkreetse aminohappe valmistamiseks koos aminoga happed, mis on valkude ehitusmaterjalid, on nukleotiidid samamoodi nukleotiidid happed.
Seal on 20 aminohapet kokkuvõttes võimaldades sisuliselt piiramatut arvu kombinatsioone ja seega ka valke.
Transkriptsioon toimub tuum, mööda ühte DNA ahelat, mis on transkriptsiooni eesmärgil oma komplementaarsest ahelast lahti ühendatud. Ensüümid kinnituvad geeni alguses DNA molekulile, eriti RNA polümeraas. Sünteesitav mRNA on komplementaarne matriitsina kasutatava DNA ahelaga ja sarnaneb seega matriidi ahelaga oma komplementaarse DNA ahela, välja arvatud see, et U esineb mRNA-s kõikjal, kus T oleks ilmnenud, oleks kasvava molekuli DNA selle asemel.
mRNA transport tuumas
Pärast mRNA molekulide sünteesimist transkriptsioonikohas peavad nad tegema teekonna translatsioonikohtadesse, ribosoomidesse. Ribosoomid ilmuvad nii raku tsütoplasmas vabalt kui ka kinnitatud membraanse organelli külge, mida nimetatakse endoplasmaatiliseks retikulumiks, mis mõlemad asuvad väljaspool tuuma.
Enne kui mRNA saab läbi tuumaümbrise (või tuumamembraani) moodustava topeltplasma membraani, peab see kuidagi membraanini jõudma. See toimub uute mRNA molekulide seondumisel valkude transportimisega.
Enne kui saadud mRNA-valgu (mRNP) kompleksid saavad servale liikuda, segunevad nad tuuma aine sees põhjalikult, nii et need mRNP kompleksid mis juhtuvad moodustuma tuuma serva lähedal, pole paremaid võimalusi tuumast väljumiseks teatud ajahetkel pärast moodustumist kui mRNP protsessidel sisustus.
Kui mRNP kompleksid kohtuvad DNA-s raske tuuma piirkondadega, mis selles keskkonnas eksisteerivad kromatiinina (s.o struktuurvalkudega seotud DNA), võib see seiskuda, nagu ka pikap veoauto rasketes oludes muda. Selle seiskumise saab ületada energia sisestamise teel ATP kujul, mis tekitab ummistunud mRNP tuuma serva suunas.
Tuumapooride kompleksid
Tuum peab kaitsma raku ülitähtsat geneetilist materjali, kuid sellel peab olema ka vahend valkude ja nukleiinhapete vahetamiseks raku tsütoplasmaga. See saavutatakse "väravate" kaudu, mis koosnevad valkudest ja on tuntud kui tuumapooride kompleksid (NPC). Nendel kompleksidel on poorid, mis läbivad tuumaümbrise topeltmembraani, ja selle "värava" mõlemal küljel on mitu erinevat struktuuri.
Molekulaarsete standardite järgi on NPC tohutu. Inimestel on selle molekulmass 125 miljonit daltonit. Seevastu glükoosi molekuli molekulmass on 180 daltonit, mis teeb selle umbes 700 000 korda väiksemaks kui NPC kompleks. Nii nukleiinhappe kui valgu transport tuumasse ja nende molekulide liikumine tuumast toimub NPC kaudu.
Tsütoplasma poolel on NPC-l nii tsütoplasma tsükkel kui ka tsütoplasma hõõgniidid, mis mõlemad aitavad NPC ankurdada tuumamembraanis. NPC tuumapoolsel küljel on tuumarõngas, mis on analoogne vastasküljel oleva tsütoplasma rõngaga, samuti tuumakorv.
MRNA liikumises osalevad mitmesugused üksikud valgud ja mitmesugused muud valgud molekulaarsed koormused tuumast välja, sama kehtib ainete liikumise kohta tuumasse tuum.
mRNA funktsioon tõlkes
mRNA alustab oma tegelikku tööd alles siis, kui on jõudnud ribosoomini. Iga ribosoom tsütoplasmas või kinnitatud endoplasmaatiline retikulum koosneb suurest ja väikesest allüksusest; need saavad kokku alles siis, kui ribosoom on transkriptsioonis aktiivne.
Kui mRNA molekul kinnitub a tõlge ribosoomi kohal, on see ühendatud teatud tüüpi tRNA-ga, mis kannab spetsiifilist aminohapet (seetõttu on tRNA-s 20 erinevat maitset, üks iga aminohappe kohta). See juhtub seetõttu, et tRNA suudab eksponeeritud mRNA-l kolmel nukleotiidijärjestust "lugeda", mis vastab antud aminohappele.
Kui tRNA ja mRNA omavahel kokku sobivad, vabastab tRNA oma aminohappe, mis lisatakse kasvava aminohappeahela lõppu, mis on määratud muutuma valguks. See polüpeptiid saavutab kindlaksmääratud pikkuse, kui mRNA molekul loetakse tervikuna ning polüpeptiid vabastatakse ja töödeldakse heauskseks valguks.