როგორ ტოვებს mRNA ბირთვს?

ხშირად ციტირებული "ცენტრალური დოგმა მოლეკულური ბიოლოგია"აღებულია მარტივი სქემით დნმ რნმ-მდე ცილად. ოდნავ გაფართოვდა, ეს ნიშნავს, რომ დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა, რომელიც წარმოადგენს თქვენი უჯრედების ბირთვში არსებულ გენეტიკურ მასალას, გამოიყენება მსგავსი მოლეკულის დასამზადებლად, სახელწოდებით RNA (რიბონუკლეინის მჟავა) პროცესში ე.წ. ტრანსკრიფცია. ამის გაკეთების შემდეგ, RNA გამოიყენება უჯრედის სხვა ნაწილში ცილების სინთეზის დასამუშავებლად, პროცესში ე.წ. თარგმანი.

ყველა ორგანიზმი არის პროტეინების ჯამი, რომელიც ქმნის მას და ყველაფერ ცოცხალ დღეს და რაც მანამდე იცის ცხოვრობდნენ, ამ ცილების შესახებ ინფორმაცია ინახება და მხოლოდ ამ ორგანიზმში დნმ. თქვენი დნმ ქმნის იმას, რაც ხართ და არის ის, რასაც გადასცემთ ნებისმიერ შვილს.

შიგნით ეუკარიოტული ორგანიზმებს, ტრანსკრიპციის პირველი ეტაპის დასრულების შემდეგ, ახლად სინთეზირებულმა მესინჯერმა RNA (mRNA) უნდა გაიაროს ბირთვიდან ციტოპლაზმაში, სადაც ხდება თარგმანი. (პროკარიოტებში, რომლებსაც ბირთვი აქვთ, ეს ასე არ არის.) იმის გამო, რომ ბირთვის შინაარსის მიმდებარე პლაზმური მემბრანა შეიძლება არჩევითი იყოს, ამ პროცესს აქტიური შეყვანა სჭირდება უჯრედისგან.

ორი ნუკლეინის მჟავა არსებობს ბუნებაში, დნმ-სა და რნმ-ში. ნუკლეინის მჟავები მაკრომოლეკულებია, რადგან ისინი შედგება განმეორებადი ქვედანაყოფების, ან მონომერების ძალიან გრძელი ჯაჭვებისგან, ე.წ. ნუკლეოტიდები. ნუკლეოტიდები თავად შედგება სამი განსხვავებული ქიმიური კომპონენტისგან: ხუთი ნახშირბადოვანი შაქარი, ერთიდან სამი ფოსფატის ჯგუფი და აზოტით მდიდარი (აზოტოვანი) ბაზებიდან ოთხიდან ერთი.

დნმ-ში შაქრის კომპონენტია დეოქსირიბოზა, ხოლო RNA– ში ის არის რიბოზა. ეს შაქრები განსხვავდება მხოლოდ იმაში, რომ რიბოზა შეიცავს ჰიდროქსილის (-OH) ჯგუფს, რომელიც ერთვის ნახშირბადს ხუთწევრიანი რგოლის გარეთ, სადაც დეოქსირიბოზა ატარებს მხოლოდ წყალბადის ატომს (-H).

ოთხი შესაძლებელია აზოტოვანი ფუძეები დნმ-ში არის ადენინი (A), ციტოზინი (C), გუანინი (G) და თიმინი (T). RNA აქვს პირველი სამი, მაგრამ მოიცავს ურაცილი (U) თიმინის ადგილას. დნმ ორჯაჭვიანია, ორი ძაფი აზოტოვან ფუძეებთან არის დაკავშირებული. A ყოველთვის წყვილდება T- ით, და C ყოველთვის წყვილდება G- თან. შაქრისა და ფოსფატის ჯგუფები ქმნიან ხერხემალს ”თითოეული ე.წ. დამატებითი ძაფი. შედეგად წარმოქმნილია ორმაგი სპირალი, რომლის ფორმა 1950-იან წლებში აღმოაჩინეს.

• დნმ-სა და რნმ-ში, თითოეული ნუკლეოტიდი შეიცავს ერთ ფოსფატურ ჯგუფს, მაგრამ თავისუფალ ნუკლეოტიდებს ხშირად აქვთ ორი (მაგ., ADP, ან ადენოზინის დიფოსფატი) ან სამი (მაგალითად, ATP, ან ადენოზინტრიფოსფატი).

ტრანსკრიფცია არის RNA მოლეკულის სინთეზი, რომელსაც ეწოდება მესენჯერი RNA (mRNA), დნმ-ის მოლეკულის ერთ-ერთი დამატებითი კერიდან. არსებობს რნმ-ის სხვა ტიპებიც, ყველაზე გავრცელებული tRNA (ტრანსფერული RNA) და რიბოსომული RNA (rRNA), ორივე თამაშობს კრიტიკულ როლს რიბოზომში თარგმნის დროს.

MRNA– ს დანიშნულებაა ცილების სინთეზის მობილური, კოდირებული მითითებების შექმნა. დნმ-ის სიგრძეს, რომელიც მოიცავს "გეგმას" ერთი ცილის პროდუქტისთვის, გენი ეწოდება. სამი ნუკლეოტიდის ყოველი თანმიმდევრობა ახორციელებს კონკრეტული ამინომჟავის, ამინოს მიღების ინსტრუქციას მჟავები, რომლებიც წარმოადგენენ ცილებს, ისევე როგორც ნუკლეოტიდები არიან ნუკლეინის საშენი მასალები მჟავები

Არიან, იმყოფებიან 20 ამინომჟავა მთლიანობაში, არსებითად შეუზღუდავი რაოდენობის კომბინაციების და, შესაბამისად, ცილოვანი პროდუქტების მიღების შესაძლებლობა.

ტრანსკრიფცია ხდება ბირთვი, დნმ-ის ერთი ძაფის გასწვრივ, რომელიც გათიშული იქნა მისი დამატებითი სტრიქონიდან ტრანსკრიფციის მიზნით. ფერმენტები დნმ-ის მოლეკულას ენიჭება გენის დასაწყისში, განსაკუთრებით RNA პოლიმერაზას. სინთეზირებული mRNA ავსებს დნმ-ის სტრიქონს, რომელიც გამოიყენება თარგად და, შესაბამისად, ჰგავს შაბლონის სტრიქონს საკუთარი დამატებითი დნმ – ის სტრიქონი, გარდა იმისა, რომ U ჩნდება mRNA– ში, სადაც არ უნდა ჩანდეს T, მზარდი მოლეკულა დნმ – ია სამაგიეროდ.

მას შემდეგ, რაც mRNA– ს მოლეკულები სინთეზირდება ტრანსკრიფციის ადგილზე, მათ უნდა იმოგზაურონ თარგმანის საიტებზე, რიბოსომებზე. რიბოსომები როგორც ჩანს, უჯრედის ციტოპლაზმაში თავისუფალია და მიმაგრებულია მემბრანულ ორგანზე, რომელსაც ენდოპლაზმური ბადე უწოდებენ, ორივე ბირთვის გარეთ მდებარეობს.

სანამ mRNA გაივლის ორმაგ პლაზმურ მემბრანს, რომელიც ქმნის ბირთვულ კონვერტს (ან ბირთვულ მემბრანს), მან როგორღაც უნდა მიაღწიოს მემბრანს. ეს ხდება ახალი mRNA– ს მოლეკულების შეკავშირებით ცილების ტრანსპორტირებაზე.

სანამ შედეგად mRNA- ცილის (mRNP) კომპლექსები გადავა ზღვარზე, ისინი საფუძვლიანად ერევა ბირთვის ნივთიერებაში, ისე რომ ეს mRNP კომპლექსები რაც ბირთვის პირას ახლოს წარმოიქმნება, ფორმირების შემდეგ მოცემულ დროს ბირთვიდან გამოსვლის უკეთესი შანსი არ აქვთ, ვიდრე mRNP პროცესებთან ახლოს ინტერიერი.

როდესაც mRNP კომპლექსები დნმ-ში მძიმე ბირთვის რეგიონებს ხვდებიან, რომლებიც ამ გარემოში ქრომატინის სახით არსებობს (ანუ, დნმ უკავშირდება სტრუქტურულ პროტეინებს), ის შეიძლება გაჩერდეს, ისევე როგორც პიკაპის სატვირთო მანქანა ტალახი. ეს ჩერდება შეიძლება გადალახოს ენერგიის შეყვანით ATP სახით, რაც ხელს უწყობს გაბრწყინებულ mRNP- ს ბირთვის კიდის მიმართულებით.

ბირთვს სჭირდება უჯრედის ყველა მნიშვნელოვანი გენეტიკური მასალის დაცვა, მაგრამ მას ასევე უნდა ჰქონდეს ცილებისა და ციტოპლაზმასთან ცილებისა და ნუკლეინის მჟავების გაცვლის საშუალება. ეს ხორციელდება ცილებისგან შემდგარი "კარიბჭეების" მეშვეობით და ცნობილი როგორც ბირთვული პორების კომპლექსები (NPC). ამ კომპლექსებს აქვთ პორები, რომლებიც გადის ბირთვული კონვერტის ორმაგი გარსით და ამ სტრუქტურის ორივე მხარეს მდებარე სხვადასხვა სტრუქტურით.

NPC უზარმაზარია მოლეკულური სტანდარტებით. ადამიანებში მისი მოლეკულური მასა 125 მილიონი დალტონია. ამის საპირისპიროდ, გლუკოზის მოლეკულას აქვს 180 დალტონის მოლეკულური მასა, რაც მას 700,000-ჯერ აღემატება NPC კომპლექსთან. როგორც ნუკლეინის მჟავა და ცილა ტრანსპორტირება ბირთვში და ამ მოლეკულების მოძრაობა ბირთვიდან ხდება NPC– ის საშუალებით.

ციტოპლაზმური მხრიდან, NPC– ს აქვს ციტოპლაზმური რგოლი, ისევე როგორც ციტოპლაზმური ძაფები, ორივე ემსახურება NPC ბირთვულ მემბრანაში წამყვანობას. NPC- ს ბირთვულ მხარეს არის ბირთვული რგოლი, მოპირდაპირე მხარეს ციტოპლაზმური რგოლის ანალოგი, ისევე როგორც ბირთვული კალათა.

სხვადასხვა ინდივიდუალური ცილები მონაწილეობენ mRNA– ს მოძრაობაში და სხვა მრავალფეროვანი მოლეკულური ტვირთი ბირთვიდან, იგივე ეხება ნივთიერებების გადაადგილებას ბირთვში ბირთვი.

mRNA არ იწყებს თავის რეალურ საქმეს მანამ, სანამ არ მიაღწევს რიბოსომს. თითოეული რიბოსომა ციტოპლაზმაში ან ერთვის ენდოპლაზმურ ბადეში შედგება დიდი და მცირე ქვედანაყოფისაგან; ეს მხოლოდ მაშინ მოდის, როდესაც რიბოსომა აქტიურია ტრანსკრიფციაში.

როდესაც mRNA– ს მოლეკულა ერთვის ა თარგმანი რიბოსომის გასწვრივ, მას უერთდება გარკვეული სახის tRNA, რომელიც ახორციელებს სპეციფიკურ ამინომჟავას (ამიტომ არსებობს tRNA– ს 20 სხვადასხვა არომატი, თითო ამინომჟავისთვის). ეს ხდება იმიტომ, რომ tRNA- ს შეუძლია "წაიკითხოს" სამი ნუკლეოტიდის მიმდევრობა გამოვლენილ mRNA- ზე, რომელიც მოცემულ ამინომჟავას შეესაბამება.

როდესაც tRNA და mRNA "ერთმანეთს ემთხვევა", tRNA ათავისუფლებს მის ამინომჟავას, რომელიც ემატება მზარდი ამინომჟავების ჯაჭვის ბოლოს, რომელიც აპირებს გახდეს ცილა. ეს პოლიპეპტიდი მითითებულ სიგრძეს აღწევს, როდესაც mRNA– ს მოლეკულა მთლიანად იკითხება და პოლიპეპტიდი გამოიყოფა და დამუშავდება კეთილსინდისიერ ცილად.