A gyakran idézett "központi dogma molekuláris biológia"az egyszerű séma rögzíti DNS-RNS-fehérje. Kissé kibővítve ez azt jelenti, hogy a dezoxiribonukleinsav, amely a sejtjeinek genetikai anyaga, egy hasonló RNS nevű molekula előállítására szolgál (ribonukleinsav) nevű folyamatban átírás. Miután ez megtörtént, az RNS-t használjuk a fehérjék szintézisének irányítására a sejt másutt az úgynevezett folyamatban fordítás.
Minden organizmus az általa előállított fehérjék összessége, és minden, ami ma él, és valaha ismert éltek, ezeknek a fehérjéknek az előállításához szükséges információkat az adott szervezet tárolja, és csak azokban DNS. A DNS-ed az, ami téged olyanná tesz, amilyen vagy, és amit átadsz minden gyermekednek.
Ban ben eukarióta szervezetek után a transzkripció első lépésének befejezése után az újonnan szintetizált messenger RNS-nek (mRNS) a sejtmagon kívülre kell jutnia a citoplazmába, ahol a transzláció zajlik. (A prokariótákban, amelyekből hiányzik az atommag, ez nem így van.) Mivel a mag tartalmát körülvevő plazmamembrán válogatós lehet, ez a folyamat aktív inputot igényel magától a sejttől.
Nukleinsavak
Kettő nukleinsavak léteznek a természetben, a DNS és az RNS. A nukleinsavak makromolekulák, mivel ismétlődő alegységek vagy monomerek nagyon hosszú láncaiból állnak, ún. nukleotidok. Nukleotidok maguk három különálló kémiai komponensből állnak: öt szén-dioxid-tartalmú cukorból, 1-3 foszfátcsoportból és négy nitrogénben gazdag (nitrogén) bázisból.
A DNS-ben a cukor komponens dezoxiribóz, míg az RNS-ben az ribóz. Ezek a cukrok csak annyiban különböznek egymástól, hogy a ribóz hidroxil (-OH) csoportot hordoz, amely az öttagú gyűrűn kívül egy szénhez kapcsolódik, ahol a dezoxiribóz csak hidrogénatomot (-H) hordoz.
A négy lehetséges nitrogénes bázisok a DNS-ben vannak adenin (A), citozin (C), guanin (G) és timin (T). Az RNS-nek van az első három, de magában foglalja uracil (U) a timin helyett. A DNS kettős szálú, a két szál kapcsolódik a nitrogénbázisukhoz. Az A mindig párosul T-vel, a C pedig mindig párosul G-vel. A cukor- és foszfátcsoportok alkotják a gerincét minden ún kiegészítő szál. Az így létrejött képződés egy kettős spirál, amelynek alakját az 1950-es években fedezték fel.
- A DNS-ben és az RNS-ben minden nukleotid egyetlen foszfátcsoportot tartalmaz, de a szabad nukleotidoknak gyakran kettő (pl. ADP vagy adenozin-difoszfát) vagy három (pl. ATP vagy adenozin-trifoszfát).
A Messenger RNS szintézise: transzkripció
A transzkripció az úgynevezett RNS-molekula szintézise messenger RNS (mRNS), egy DNS-molekula egyik komplementer szálából. Vannak más típusú RNS-ek is, amelyek a leggyakoribbak tRNS (transzfer RNS) és riboszomális RNS (rRNS), mindkettő kritikus szerepet játszik a riboszómán történő fordításban.
Az mRNS célja egy mobil, kódolt irányhalmaz létrehozása a fehérjék szintéziséhez. A DNS hosszúságát, amely tartalmazza az egyetlen fehérjetermék "tervét", génnek nevezzük. Mindegyik három nukleotidszekvencia tartalmazza az utasításokat egy adott aminosav aminóval való előállítására a savak, amelyek ugyanúgy a fehérjék építőkövei, a nukleotidok a nuklein építőkövei savak.
Vannak 20 aminosav összességében lényegében korlátlan számú kombinációt és így fehérjeterméket tesz lehetővé.
Átírás történik a atommag, egyetlen DNS-szál mentén, amely a transzkripció céljából elválik a komplementer szálától. Az enzimek a gén elején kötődnek a DNS-molekulához, nevezetesen az RNS-polimerázhoz. A szintetizált mRNS komplementer a templátként használt DNS-szállal, és így hasonlít a templát-szál saját komplementer DNS-szál, azzal a különbséggel, hogy U az mRNS-ben bárhol megjelenik, ahol T megjelent volna, a növekvő molekula DNS helyette.
mRNS transzport a magon belül
Miután az mRNS-molekulák szintetizálódtak a transzkripciós helyen, meg kell tenniük az utat a transzlációs helyekre, a riboszómákra. Riboszómák mind a sejt citoplazmájában szabadon, mind az endoplazmatikus retikulumnak nevezett membrános organellához kapcsolódva mindkettő a magon kívül fekszik.
Mielőtt az mRNS áthaladhat a mag burkolatát (vagy maghártyát) alkotó kettős plazmamembránon, valahogy el kell érnie a membránt. Ez úgy történik, hogy az új mRNS-molekulák kötődnek a fehérjék transzportjához.
Mielőtt a keletkező mRNS-fehérje (mRNP) komplexek elmozdulhatnak a széléig, alaposan összekeverednek a sejtmag belsejében, így azok az mRNP-komplexek amelyek a mag szélének közelében alakulnak ki, a kialakulás után egy adott időpontban nincs nagyobb esélyük a mag kilépésére, mint a mRNP folyamatok a belső.
Amikor az mRNP-komplexek a mag nehéz DNS-régióival találkoznak, amelyek ebben a környezetben kromatin formájában léteznek (azaz a strukturális fehérjékhez kötött DNS), elakadhat, akárcsak egy nehéz teherautóba süllyedt kisteherautó sár. Ez az elakadás leküzdhető az ATP formájú energia bevitelével, amely az elakadt mRNP-t a mag szélének irányában produkálja.
Nukleáris póruskomplexumok
A magnak meg kell védenie a sejt minden fontos genetikai anyagát, ugyanakkor rendelkeznie kell a fehérjék és a nukleinsavak cseréjével a sejt citoplazmájával. Ez fehérjékből álló, "kapukon" keresztül valósul meg magpórus-komplexek (NPC). Ezeknek a komplexeknek van egy pórusa, amely áthalad a mag burkolatának kettős membránján, és számos különböző struktúra van a "kapu" mindkét oldalán.
Az NPC molekuláris mércével mérve hatalmas. Embereknél molekulatömege 125 millió dalton. Ezzel szemben egy glükózmolekula molekulatömege 180 dalton, ami körülbelül 700 000-szer kisebb, mint az NPC komplex. Mind a nukleinsav, mind a fehérje transzportja a sejtmagba és ezen molekulák mozgása a sejtmagból az NPC-n keresztül történik.
A citoplazmatikus oldalon az NPC rendelkezik úgynevezett citoplazmatikus gyűrűvel, valamint citoplazmatikus szálakkal, amelyek mind az NPC rögzítését segítik a magmembránban. Az NPC nukleáris oldalán található egy maggyűrű, amely analóg a szemben lévő oldalon lévő citoplazmatikus gyűrűvel, valamint egy nukleáris kosár.
Számos egyedi fehérje vesz részt az mRNS mozgásában, és sokféle más molekuláris rakományok a magból, ugyanez vonatkozik az anyagok mozgására a atommag.
mRNS funkció a fordításban
Az mRNS nem kezdi meg tényleges munkáját, amíg el nem éri a riboszómát. Minden riboszóma a citoplazmában vagy ahhoz kapcsolódik endoplazmatikus retikulum egy nagy és egy kis alegységből áll; ezek csak akkor jönnek össze, amikor a riboszóma aktív a transzkripcióban.
Amikor egy mRNS molekula kapcsolódik a fordítás a riboszóma mentén egy meghatározott típusú aminosavat hordozó tRNS-hez csatlakozik (ezért 20 különböző ízű tRNS létezik, mindegyik aminosavhoz egy). Ez azért történik, mert a tRNS képes "leolvasni" a kitett mRNS három nukleotid szekvenciáját, amely megfelel egy adott aminosavnak.
Amikor a tRNS és az mRNS "egybeesik", a tRNS felszabadítja aminosavát, amelyet hozzáadnak a növekvő aminosavlánc végéhez, amely fehérjévé válik. Ez polipeptid eléri a meghatározott hosszúságot, amikor az mRNS-molekulát teljes egészében beolvassák, és a polipeptid felszabadul, és jóhiszemű fehérjévé dolgozza fel.
