כיצד mRNA עוזב את הגרעין?

הדוגמה המרכזית של ביולוגיה מולקולרית"נתפס בתכנית הפשוטה DNA ל- RNA לחלבון. מורחב מעט, זה אומר שה- חומצה דאוקסיריבונוקלאית, שהוא החומר הגנטי בגרעין התאים שלך, משמש לייצור מולקולה דומה הנקראת RNA (חומצה ריבונוקלאית) בתהליך שנקרא תַעֲתוּק. לאחר שהדבר נעשה, משתמשים ב- RNA כדי לכוון את הסינתזה של חלבונים במקום אחר בתא שנקרא תִרגוּם.

כל אורגניזם הוא סכום החלבונים שהוא מייצר, ובכל מה שחי בימינו וידוע אי פעם החיים, המידע לייצור חלבונים אלה נשמר ורק באורגניזם ההוא DNA. ה- DNA שלך הוא מה שהופך אותך למה שאתה, וזה מה שאתה מעביר לכל ילד שיש לך.

ב אוקריוטי אורגניזמים, לאחר השלמת השלב הראשון של התעתיק, ה- RNA החדש של שליח (mRNA) המסונתז חייב למצוא את דרכו מחוץ לגרעין לציטופלזמה בה מתרחש התרגום. (בפרוקריוטים, חסרי גרעינים, זה לא המקרה.) מכיוון שקרום הפלזמה שמקיף את תוכן הגרעין יכול להיות בררני, תהליך זה דורש קלט פעיל מהתא עצמו.

שתיים חומצות גרעין קיימים בטבע, DNA ו- RNA. חומצות גרעין הן מקרומולקולות שכן הן מורכבות משרשראות ארוכות מאוד של יחידות משנה חוזרות, או מונומרים, הנקראות נוקלאוטידים. נוקלאוטידים

ב- DNA, מרכיב הסוכר הוא deoxyriboseואילו ב- RNA זה כן ריבוז. סוכרים אלה נבדלים רק בכך שרבוז נושא קבוצה של הידרוקסיל (-OH) המחוברת לפחמן מחוץ לטבעת חמשת החברים, שם הדאוקסיריבוז נושא רק אטום מימן (-H).

הארבעה האפשריים בסיסים חנקניים ב- DNA הם אdenine (A), cytosine (C), guanine (G) ו תימין (T). ל- RNA יש את השלושה הראשונים, אך כולל uracil (U) במקום תימין. DNA הוא דו-גדילי, כאשר שני הגדילים קשורים בבסיסים החנקניים שלהם. A תמיד מצמדת עם T, ו- C תמיד מתמזגת עם G. קבוצות הסוכר והפוספט יוצרות את עמוד השדרה "של כל מה שנקרא גדיל משלים. התצורה שנוצרה היא סליל כפול שצורתו התגלתה בשנות החמישים.

• ב- DNA ו- RNA, כל נוקלאוטיד מכיל קבוצת פוספט יחידה, אך לעיתים קרובות יש לנוקלאוטידים חופשיים שניים (למשל ADP או אדנוזין דיפוספט) או שלושה (למשל, ATP או אדנוזין טרי פוספט).

תעתיק הוא סינתזה של מולקולת RNA הנקראת שליח RNA (mRNA), מאחד החוטים המשלימים של מולקולת DNA. ישנם סוגים אחרים של RNA גם כן, ההוויה הנפוצה ביותר tRNA (העברת RNA) ו RNA ריבוזומלי (rRNA), שניהם ממלאים תפקידים קריטיים בתרגום בריבוזום.

מטרת ה- mRNA היא ליצור סט כיוונים מקודד נייד לסינתזת חלבונים. אורך של DNA שכולל את "התוכנית" עבור מוצר חלבון יחיד נקרא גן. כל רצף בן שלושה נוקלאוטידים נושא את ההוראות להכנת חומצת אמינו מסוימת, עם אמינו חומצות הינן אבני הבניין של חלבונים באותה צורה שהנוקלאוטידים הם אבני היסוד של הגרעין חומצות.

יש 20 חומצות אמינו בסך הכל, מה שמאפשר מספר בלתי מוגבל במהותו של שילובים ומכאן מוצרי חלבון.

תמלול מתרחש ב גַרעִין, לאורך קווצה אחת של DNA שהתנתקה מגדילתה המשלימה למטרות תמלול. אנזימים נקשרים למולקולת ה- DNA בתחילת הגן, בעיקר RNA פולימראז. ה- mRNA שמסונתז הוא משלים לגדיל ה- DNA המשמש תבנית, וכך דומה לזה של גדיל התבנית גדיל DNA משלים משלו למעט U מופיע ב- mRNA בכל מקום בו T היה מופיע היו ה- DNA המולקולי הגדל במקום זאת.

לאחר שמורכבות מולקולות ה- mRNA באתר התעתיק, עליהן לעשות את דרכן לאתרי התרגום, הריבוזומים. ריבוזומים מופיעים שניהם חופשיים בציטופלזמה של התא ומחוברים לאברון קרומי הנקרא הרטיקולום האנדופלזמי, ששניהם נמצאים מחוץ לגרעין.

לפני ש- mRNA יכול לעבור דרך קרום הפלזמה הכפול המרכיב את המעטפת הגרעינית (או הממברנה הגרעינית), עליו להגיע איכשהו לקרום. זה קורה על ידי קשירת מולקולות ה- mRNA החדשות להובלת חלבונים.

לפני שמתחמי ה- mRNA-חלבון (mRNP) שנוצרים יכולים לנוע לקצה, הם מתערבבים היטב בתוך חומר הגרעין, כך שמתחמי ה- mRNP האלה שנוצר במקרה ליד קצה הגרעין אין סיכוי טוב יותר לצאת מהגרעין בזמן נתון לאחר היווצרות מאשר לתהליכי mRNP הקרובים ל פְּנִים.

כאשר מתחמי mRNP נתקלים באזורים של הגרעין הכבד ב- DNA, אשר בסביבה זו קיים כרומטין (כלומר, DNA שקשור לחלבונים מבניים), הוא יכול להיתקע, ממש כמו טנדר שנתקע בכבד בּוֹץ. ניתן להתגבר על דמימה זו באמצעות קלט האנרגיה בצורת ATP, המניע את ה- mRNP הנטוי לכיוון קצה הגרעין.

הגרעין צריך להגן על החומר הגנטי החשוב ביותר של התא, ובכל זאת עליו להיות בעל אמצעי להחליף חלבונים וחומצות גרעין עם הציטופלזמה של התא. זה נעשה באמצעות "שערים" המורכבים מחלבונים ומכונים מתחמי נקבוביות גרעיניות (NPC). במתחמים אלה נקבובית עוברת דרך הממברנה הכפולה של מעטפת הגרעין ומספר מבנים שונים משני צידי ה"שער "הזה.

ה- NPC הוא עצום בסטנדרטים מולקולריים. בבני אדם יש לו מסה מולקולרית של 125 מיליון דלתונים. לעומת זאת, למולקולת גלוקוז יש מסה מולקולרית של 180 דלתונים, מה שהופך אותה לקטנה פי 700,000 ממתחם ה- NPC. הן חומצת גרעין והן חלבון מועברות לגרעין ותנועתן של מולקולות אלה אל מחוץ לגרעין מתרחשת דרך ה- NPC.

בצד הציטופלזמי, ל- NPC יש מה שמכונה טבעת ציטופלזמית כמו גם חוטים ציטופלזמיים, שניהם עוזרים לעגן את ה- NPC במקום בקרום הגרעין. בצד הגרעיני של ה- NPC יש טבעת גרעינית, המקבילה לטבעת הציטופלזמית בצד הנגדי, כמו גם סל גרעיני.

מגוון חלבונים בודדים משתתפים בתנועת ה- mRNA ובמגוון מגוון של אחרים מטענים מולקולריים החוצה מהגרעין, כאשר אותו הדבר חל על תנועת חומרים אל תוך גַרעִין.

ה- mRNA אינו מתחיל בעבודתו בפועל עד שהוא מגיע לריבוזום. כל ריבוזום בציטופלזמה או מחובר רשתית אנדופלזמית מורכב מיחידת משנה גדולה וקטנה; אלה מתאחדים רק כאשר הריבוזום פעיל בתעתיק.

כאשר מולקולת mRNA נקשרת לא תִרגוּם באתר לאורך הריבוזום, אליו מצטרף סוג מסוים של tRNA הנושא חומצת אמינו ספציפית (לכן ישנם 20 טעמים שונים של tRNA, אחד לכל חומצת אמינו). זה קורה מכיוון ש- tRNA יכול "לקרוא" את רצף שלושת הגרעינים על ה- mRNA החשוף המתאים לחומצת אמינו נתונה.

כאשר ה- tRNA ו- mRNA "מתאימים", ה- tRNA משחרר את חומצת האמינו שלו, שמתווספת לקצה שרשרת חומצות האמינו הגדלה שנועדה להפוך לחלבון. זֶה פוליפפטיד מגיע לאורכו המוגדר כאשר מולקולת ה- mRNA נקראת בשלמותה, והפוליפפטיד משוחרר ומעובד לחלבון בתום לב.