Često citirana "središnja dogma o molekularna biologija"je zarobljeno u jednostavnoj shemi DNA u RNA u protein. Neznatno proširen, to znači da deoksiribonukleinska kiselina, koji je genetski materijal u jezgri vaših stanica, koristi se za stvaranje slične molekule zvane RNA (ribonukleinska kiselina) u procesu tzv transkripcija. Nakon što se to učini, RNA se koristi za usmjeravanje sinteze proteina drugdje u stanici u procesu tzv prijevod.
Svaki je organizam zbroj proteina koje stvara i u svemu živom danas i ikad poznatim su živjeli, informacije za stvaranje tih proteina pohranjuju se u i samo u onom organizmu DNA. Vaša DNK je ono što vas čini onim što jeste i ono što prenosite bilo kojoj djeci koju imate.
U eukariotski organizmi, nakon završetka prvog koraka transkripcije, novosintetizirana glasnička RNA (mRNA) mora pronaći svoj put izvan jezgre u citoplazmu u kojoj se odvija translacija. (U prokariota kojima nedostaju jezgre, to nije slučaj.) Budući da plazemska membrana koja okružuje sadržaj jezgre može biti izbirljiva, ovaj postupak zahtijeva aktivni unos same stanice.
Nukleinske kiseline
Dva nukleinske kiseline postoje u prirodi, DNA i RNA. Nukleinske kiseline su makromolekule jer su sastavljene od vrlo dugih lanaca ponavljajućih podjedinica ili monomera, tzv. nukleotidi. Nukleotidi sami se sastoje od tri različite kemijske komponente: šećer s pet ugljika, jedna do tri fosfatne skupine i jedna od četiri baze bogate dušikom (dušikom).
U DNK šećerna komponenta je deoksiriboza, dok u RNA jest riboza. Ti se šećeri razlikuju samo po tome što riboza nosi hidroksilnu (-OH) skupinu vezanu za ugljik izvan petočlanog prstena gdje deoksiriboza nosi samo atom vodika (-H).
Četiri moguća dušične baze u DNA su adenin (A), citozin (C), gvanin (G) i timin (T). RNA ima prva tri, ali uključuje uracil (U) umjesto timina. DNA je dvolančana, s dva lanca povezana na svojim dušičnim bazama. A se uvijek pari s T, a C uvijek s G. Skupine šećera i fosfata čine okosnicu "svake tzv komplementarni pramen. Rezultirajuća formacija je dvostruka zavojnica, čiji je oblik otkriven 1950-ih.
- U DNA i RNA svaki nukleotid sadrži jednu fosfatnu skupinu, ali slobodni nukleotidi često imaju dvije (npr. ADP ili adenozin difosfat) ili tri (npr. ATP ili adenozin trifosfat).
Sinteza Messenger RNA: Transkripcija
Transkripcija je sinteza molekule RNA tzv glasnička RNA (mRNA), iz jednog od komplementarnih lanaca molekule DNA. Postoje i druge vrste RNA, najčešće tRNA (prijenos RNA) i ribosomska RNA (rRNA), koji igraju presudnu ulogu u prevođenju na ribosomu.
Svrha mRNA je stvoriti pokretni, kodirani skup uputa za sintezu proteina. Duljina DNA koja uključuje "nacrt" za jedan proteinski proizvod naziva se gen. Svaka sekvenca od tri nukleotida sadrži upute za stvaranje određene aminokiseline s amino kiseline su građevni blokovi proteina na isti način na koji su nukleotidi građevni blokovi nukleina kiseline.
Tamo su 20 aminokiselina sve u svemu, dopuštajući u biti neograničen broj kombinacija, a time i proteinskih proizvoda.
Transkripcija se događa u jezgra, duž jednog lanca DNA koji se odvojio od komplementarnog lanca u svrhu transkripcije. Enzimi se vežu za molekulu DNA na početku gena, posebno RNA polimeraza. Sintetizirana mRNA komplementarna je lancu DNA koji se koristi kao predložak, te na taj način podsjeća na lanac predloška vlastiti komplementarni DNA lanac, osim što se U pojavljuje u mRNA gdje god bi se T pojavio da je rastuća DNA molekule umjesto toga.
transport mRNA unutar nukleusa
Nakon što se molekule mRNA sintetiziraju na mjestu transkripcije, moraju putovati do mjesta translacije, ribosoma. Ribosomi Čini se da su slobodni u staničnoj citoplazmi i pričvršćeni na opnastu organelu koja se naziva endoplazmatski retikulum, a obje leže izvan jezgre.
Prije nego što mRNA može proći kroz dvostruku plazma membranu koja čini nuklearnu ovojnicu (ili nuklearnu membranu), mora nekako doći do membrane. To se događa vezanjem novih molekula mRNA za transport proteina.
Prije nego što se dobiveni kompleksi mRNA-proteina (mRNP) pomaknu do ruba, oni se temeljito izmiješaju unutar supstance jezgre, tako da ti mRNP kompleksi koji se stvore blizu ruba jezgre nemaju veće šanse za izlazak iz jezgre u određeno vrijeme nakon formiranja nego mRNP procesi blizu unutrašnjost.
Kada mRNP kompleksi naiđu na područja jezgre teške u DNA koja u ovom okruženju postoji kao kromatin (tj. DNK vezana za strukturne proteine), može se zaustaviti, baš kao da je kamion zaglavljen u teškoj blato. To zaustavljanje može se nadvladati unosom energije u obliku ATP-a, koji izbacuje zamagljeni mRNP u smjeru ruba jezgre.
Nuklearni kompleksi pora
Jezgra treba zaštititi najvažniji genetski materijal stanice, ali također mora imati sredstvo za izmjenu bjelančevina i nukleinskih kiselina s staničnom citoplazmom. To se postiže putem "vrata" koja se sastoje od proteina i poznata su kao kompleksi nuklearnih pora (NPC). Ovi kompleksi imaju pore koje prolaze kroz dvostruku membranu nuklearne ovojnice i niz različitih struktura s obje strane ovih "vrata".
NPC je ogroman po molekularnim standardima. U ljudskim bićima ima molekularnu masu 125 milijuna daltona. Suprotno tome, molekula glukoze ima molekulsku masu od 180 daltona, što je čini oko 700 000 puta manjom od NPC kompleksa. Prenos nukleinske kiseline i proteina u jezgru i kretanje tih molekula iz jezgre događa se putem NPC-a.
Na citoplazmatskoj strani, NPC ima ono što se naziva citoplazmatskim prstenom, kao i citoplazmatski filamenti, koji oboje pomažu da se NPC učvrsti u nuklearnoj membrani. Na nuklearnoj strani NPC-a nalazi se nuklearni prsten, analogan citoplazmatskom prstenu na suprotnoj strani, kao i nuklearna košara.
Raznovrsni pojedinačni proteini sudjeluju u kretanju mRNA i raznoliki drugi molekularni tereti iz jezgre, s istim primjenom za kretanje tvari u jezgra.
Funkcija mRNA u prijevodu
mRNA ne započinje svoj stvarni posao dok ne dosegne ribosom. Svaki ribosom u citoplazmi ili vezan za endoplazmatski retikulum sastoji se od velike i male podjedinice; oni se spajaju samo kada je ribosom aktivan u transkripciji.
Kada se molekula mRNA veže za prijevod mjestu duž ribosoma, pridružuje mu se određena vrsta tRNA koja nosi određenu aminokiselinu (postoji dakle 20 različitih okusa tRNA, po jedan za svaku aminokiselinu). To se događa zato što tRNA može "očitati" sekvencu od tri nukleotida na izloženoj mRNA koja odgovara danoj aminokiselini.
Kada se tRNA i mRNA "podudaraju", tRNA oslobađa svoju aminokiselinu, koja se dodaje na kraj rastućeg lanca aminokiselina kojem je suđeno da postane protein. Ovaj polipeptid dosegne svoju navedenu duljinu kada se molekula mRNA čita u cijelosti, a polipeptid oslobađa i prerađuje u vjerodostojni protein.