Hoe verlaat mRNA de kern?

Het vaak aangehaalde "centrale dogma van moleculaire biologie" is vastgelegd in het eenvoudige schema DNA naar RNA naar eiwit. Iets uitgebreid, dit betekent dat de desoxyribonucleïnezuur, het genetische materiaal in de kern van uw cellen, wordt gebruikt om een ​​soortgelijk molecuul te maken dat RNA wordt genoemd (ribonucleïnezuur) in een proces genaamd transcriptie. Nadat dit is gedaan, wordt RNA gebruikt om de synthese van eiwitten elders in de cel te sturen in een proces dat vertaling.

Elk organisme is de som van de eiwitten die het maakt, en in alles dat vandaag leeft en waarvan ooit bekend is dat het hebben geleefd, wordt de informatie voor het maken van deze eiwitten opgeslagen in, en alleen in, dat organisme DNA. Je DNA is wat je maakt tot wat je bent en wat je doorgeeft aan eventuele kinderen.

In eukaryoot Nadat de eerste stap van transcriptie is voltooid, moet het nieuw gesynthetiseerde boodschapper-RNA (mRNA) zijn weg vinden buiten de kern naar het cytoplasma waar translatie plaatsvindt. (Bij prokaryoten, die geen kernen hebben, is dit niet het geval.) Omdat het plasmamembraan rond de inhoud van de kern kieskeurig kan zijn, vereist dit proces actieve input van de cel zelf.

Twee nucleïnezuren bestaan ​​in de natuur, DNA en RNA. Nucleïnezuren zijn macromoleculen omdat ze zijn samengesteld uit zeer lange ketens van zich herhalende subeenheden, of monomeren, genaamd nucleotiden. Nucleotiden zelf bestaan ​​uit drie verschillende chemische componenten: een suiker met vijf koolstofatomen, een tot drie fosfaatgroepen en een van de vier stikstofrijke (stikstofhoudende) basen.

In DNA is de suikercomponent: deoxyribose, terwijl het in RNA is ribose. Deze suikers verschillen alleen doordat ribose een hydroxylgroep (-OH) draagt ​​die aan een koolstofatoom buiten de vijfledige ring is bevestigd, terwijl deoxyribose alleen een waterstofatoom (-H) draagt.

De vier mogelijke stikstofbasen in DNA zijn eendenine (A), cytosine (C), guanine (G) en thymine (T). RNA heeft de eerste drie, maar omvat uracil (U) in plaats van thymine. DNA is dubbelstrengs, met de twee strengen gekoppeld aan hun stikstofbasen. A hoort altijd bij T en C hoort altijd bij G. De suiker- en fosfaatgroepen vormen de ruggengraat" van elke zogenaamde complementaire streng. De resulterende formatie is een dubbele helix, waarvan de vorm in de jaren vijftig werd ontdekt.

• In DNA en RNA bevat elk nucleotide een enkele fosfaatgroep, maar vrije nucleotiden hebben er vaak twee (bijv. ADP of adenosinedifosfaat) of drie (bijv. ATP of adenosine trifosfaat).

Transcriptie is de synthese van een RNA-molecuul genaamd boodschapper-RNA (mRNA), van een van de complementaire strengen van een DNA-molecuul. Er zijn ook andere soorten RNA, waarvan de meest voorkomende: tRNA (transfer-RNA) en ribosomaal RNA (rRNA), die beide een cruciale rol spelen bij de vertaling in het ribosoom.

Het doel van mRNA is het creëren van een mobiele, gecodeerde reeks aanwijzingen voor de synthese van eiwitten. Een stuk DNA dat de "blauwdruk" voor een enkel eiwitproduct bevat, wordt een gen genoemd. Elke sequentie van drie nucleotiden draagt ​​de instructies voor het maken van een bepaald aminozuur, met amino Zuren zijn de bouwstenen van eiwitten op dezelfde manier als nucleotiden de bouwstenen zijn van nucleïnezuren zuren.

Er zijn 20 aminozuren al met al, waardoor een in wezen onbeperkt aantal combinaties en dus eiwitproducten mogelijk is.

Transcriptie vindt plaats in de kern, langs een enkele DNA-streng die is ontkoppeld van zijn complementaire streng voor transcriptiedoeleinden. Enzymen worden aan het begin van het gen aan het DNA-molecuul gehecht, met name RNA-polymerase. Het mRNA dat wordt gesynthetiseerd is complementair aan de DNA-streng die als sjabloon wordt gebruikt en lijkt dus op die van de sjabloonstreng eigen complementaire DNA-streng, behalve dat U in mRNA verschijnt waar T zou zijn verschenen als het DNA van het groeiende molecuul in plaats daarvan.

Nadat mRNA-moleculen zijn gesynthetiseerd op de transcriptieplaats, moeten ze hun reis maken naar de translatieplaatsen, de ribosomen. ribosomen verschijnen zowel vrij in het celcytoplasma als bevestigd aan een vliezig organel, het endoplasmatisch reticulum genaamd, die beide buiten de kern liggen.

Voordat het mRNA door het dubbele plasmamembraan kan gaan dat de nucleaire envelop (of kernmembraan) vormt, moet het op de een of andere manier het membraan bereiken. Dit gebeurt door de binding van de nieuwe mRNA-moleculen aan transporteiwitten.

Voordat de resulterende mRNA-eiwit (mRNP)-complexen naar de rand kunnen bewegen, worden ze grondig gemengd in de substantie van de kern, zodat die mRNP-complexen die zich toevallig aan de rand van de kern vormen, hebben geen betere kans om de kern op een bepaald moment na de vorming te verlaten dan mRNP-processen dicht bij de interieur.

Wanneer mRNP-complexen gebieden van de kern tegenkomen die zwaar zijn in DNA, dat in deze omgeving bestaat als chromatine, (d.w.z. DNA gebonden aan structurele eiwitten), kan het tot stilstand komen, net als een pick-up die vast komt te zitten in zware modder. Deze vertraging kan worden overwonnen door de toevoer van energie in de vorm van ATP, dat het vastgelopen mRNP in de richting van de rand van de kern prikt.

De kern moet het allerbelangrijkste genetische materiaal van de cel beschermen, maar hij moet ook een middel hebben om eiwitten en nucleïnezuren uit te wisselen met het celcytoplasma. Dit wordt bereikt via "poorten" bestaande uit eiwitten en bekend als nucleaire poriecomplexen (NPC). Deze complexen hebben een porie die door het dubbele membraan van de nucleaire envelop loopt en een aantal verschillende structuren aan weerszijden van deze "poort".

De NPC is enorm volgens moleculaire normen. Bij mensen heeft het een molecuulmassa van 125 miljoen Dalton. Daarentegen heeft een glucosemolecuul een molecuulmassa van 180 Dalton, waardoor het ongeveer 700.000 keer kleiner is dan het NPC-complex. Zowel nucleïnezuur- als eiwittransport naar de kern en de beweging van deze moleculen uit de kern vindt plaats via de NPC.

Aan de cytoplasmatische kant heeft de NPC een zogenaamde cytoplasmatische ring en cytoplasmatische filamenten, die beide dienen om de NPC op zijn plaats in het kernmembraan te verankeren. Aan de nucleaire kant van de NPC bevindt zich een nucleaire ring, analoog aan de cytoplasmatische ring aan de andere kant, evenals een nucleaire mand.

Een verscheidenheid aan individuele eiwitten neemt deel aan de beweging van mRNA en een verscheidenheid aan andere moleculaire ladingen uit de kern, hetzelfde geldt voor de verplaatsing van stoffen naar de kern.

mRNA begint zijn eigenlijke taak pas als het een ribosoom bereikt. Elk ribosoom in het cytoplasma of vastgehecht aan endoplasmatisch reticulum bestaat uit een grote en een kleine subeenheid; deze komen alleen samen als het ribosoom actief is in transcriptie.

Wanneer een mRNA-molecuul gehecht raakt aan a vertaling plaats langs het ribosoom, wordt het verbonden door een bepaald soort tRNA dat een specifiek aminozuur draagt ​​(er zijn dus 20 verschillende smaken tRNA, één voor elk aminozuur). Dit gebeurt omdat het tRNA de sequentie van drie nucleotiden op het blootgestelde mRNA kan "lezen" die overeenkomt met een bepaald aminozuur.

Wanneer het tRNA en mRNA "op elkaar passen", geeft het tRNA zijn aminozuur vrij, dat wordt toegevoegd aan het einde van de groeiende aminozuurketen die bestemd is om een ​​eiwit te worden. Dit polypeptide bereikt zijn gespecificeerde lengte wanneer het mRNA-molecuul in zijn geheel wordt gelezen en het polypeptide wordt vrijgegeven en verwerkt tot een bonafide eiwit.