Często cytowany „centralny dogmat” Biologia molekularna" jest uchwycony w prostym schemacie DNA do RNA do białka. Nieco rozszerzony, oznacza to, że kwas dezoksyrybonukleinowy, który jest materiałem genetycznym w jądrze komórek, jest używany do tworzenia podobnej cząsteczki zwanej RNA (kwas rybonukleinowy) w procesie zwanym transkrypcja. Po wykonaniu tej czynności RNA jest używany do kierowania syntezą białek w innym miejscu komórki w procesie zwanym tłumaczenie.
Każdy organizm jest sumą białek, które wytwarza, i we wszystkim, co żyje dzisiaj i kiedykolwiek było znane przeżyły, informacja potrzebna do wytworzenia tych białek jest przechowywana i tylko w tym organizmie organism DNA. Twoje DNA sprawia, że jesteś tym, kim jesteś, i jest tym, co przekazujesz wszystkim dzieciom, które możesz mieć.
W eukariotyczny organizmów, po zakończeniu pierwszego etapu transkrypcji nowo zsyntetyzowany informacyjny RNA (mRNA) musi znaleźć drogę poza jądro do cytoplazmy, w której zachodzi translacja. (U prokariontów, które nie mają jądra, tak nie jest.) Ponieważ błona plazmatyczna otaczająca zawartość jądra może być wybredna, proces ten wymaga aktywnego wkładu samej komórki.
Kwasy nukleinowe
Dwa kwasy nukleinowe istnieją w naturze, DNA i RNA. Kwasy nukleinowe są makrocząsteczkami, ponieważ składają się z bardzo długich łańcuchów powtarzających się podjednostek lub monomerów, zwanych nukleotydy. Nukleotydy same składają się z trzech różnych składników chemicznych: pięciowęglowego cukru, jednej do trzech grup fosforanowych i jednej z czterech zasad bogatych w azot (azotowych).
W DNA składnik cukrowy to dezoksyryboza, podczas gdy w RNA jest to ryboza. Cukry te różnią się tylko tym, że ryboza zawiera grupę hydroksylową (-OH) przyłączoną do węgla poza pięcioczłonowym pierścieniem, gdzie dezoksyryboza zawiera tylko atom wodoru (-H).
Cztery możliwe zasady azotowe w DNA sądenina (A), cytozyna (C), guanina (G) i tymina (T). RNA ma pierwsze trzy, ale obejmuje uracyl (U) w miejsce tyminy. DNA jest dwuniciowy, z dwiema nićmi połączonymi na swoich zasadach azotowych. A zawsze paruje się z T, a C zawsze paruje z G. Grupy cukrowe i fosforanowe tworzą szkielet” każdego tak zwanych uzupełniająca nić. Powstała formacja to podwójna helisa, której kształt odkryto w latach 50. XX wieku.
- W DNA i RNA każdy nukleotyd zawiera pojedynczą grupę fosforanową, ale wolne nukleotydy często mają dwie (np. ADP lub difosforan adenozyny) lub trzy (np. ATP lub adenozynotrifosforan).
Synteza Messenger RNA: transkrypcja
Transkrypcja to synteza cząsteczki RNA o nazwie informacyjne RNA (mRNA), z jednej z komplementarnych nici cząsteczki DNA. Istnieją również inne rodzaje RNA, z których najczęstszym jest tRNA (przenoszący RNA) i rybosomalny RNA (rRNA), z których oba odgrywają kluczową rolę w tłumaczeniu na rybosomie.
Celem mRNA jest stworzenie ruchomego, zakodowanego zestawu kierunków syntezy białek. Długość DNA, która zawiera „plan” dla pojedynczego produktu białkowego, nazywana jest genem. Każda sekwencja trzech nukleotydów zawiera instrukcje tworzenia konkretnego aminokwasu z aminokwasem kwasy są budulcem białek w taki sam sposób, w jaki nukleotydy są budulcem nukleinu kwasy.
Tam są 20 aminokwasów w sumie pozwalając na zasadniczo nieograniczoną liczbę kombinacji, a co za tym idzie produktów białkowych.
Transkrypcja następuje w in jądro, wzdłuż pojedynczej nici DNA, która została odłączona od nici komplementarnej do celów transkrypcji. Enzymy przyłączają się do cząsteczki DNA na początku genu, w szczególności polimeraza RNA. Syntetyzowane mRNA jest komplementarne do nici DNA użytej jako matryca, a zatem przypomina nić matrycy własną komplementarną nić DNA, z wyjątkiem tego, że U pojawia się w mRNA wszędzie tam, gdzie pojawiłoby się T, gdyby rosnąca cząsteczka DNA zamiast.
Transport mRNA w jądrze
Po zsyntetyzowaniu cząsteczek mRNA w miejscu transkrypcji muszą one udać się w podróż do miejsc translacji, rybosomów. Rybosomy pojawiają się zarówno jako wolne w cytoplazmie komórki, jak i przyłączone do błoniastych organelli zwanego retikulum endoplazmatycznym, z których oba leżą poza jądrem.
Zanim mRNA będzie mogło przejść przez podwójną błonę plazmatyczną, która tworzy otoczkę jądrową (lub błonę jądrową), musi jakoś dotrzeć do błony. Dzieje się to poprzez wiązanie nowych cząsteczek mRNA z białkami transportowymi.
Zanim powstałe kompleksy mRNA-białko (mRNP) mogą przesunąć się do krawędzi, zostają dokładnie wymieszane wewnątrz substancji jądra, tak że te kompleksy mRNP które zdarzają się formować w pobliżu krawędzi jądra, nie mają większej szansy na wyjście z jądra w określonym czasie po uformowaniu niż procesy mRNP w pobliżu wnętrze.
Gdy kompleksy mRNP napotykają regiony jądra ciężkiego w DNA, które w tym środowisku istnieje jako chromatyna (tj. DNA związane z białkami strukturalnymi), może utknąć, tak jak pickup ugrzęzła w ciężkim błoto. Opóźnienie to można przezwyciężyć przez doprowadzenie energii w postaci ATP, które popycha ugrzęźnięty mRNP w kierunku krawędzi jądra.
Kompleksy porów jądrowych
Jądro musi chronić najważniejszy materiał genetyczny komórki, ale musi też mieć możliwość wymiany białek i kwasów nukleinowych z cytoplazmą komórki. Odbywa się to za pomocą „bramek” składających się z białek i znanych jako kompleksy porów jądrowych (NPC). Kompleksy te mają pory przechodzące przez podwójną błonę otoczki jądrowej i wiele różnych struktur po obu stronach tej „bramy”.
NPC jest ogromny jak na standardy molekularne. U ludzi ma masę cząsteczkową 125 milionów Daltonów. Natomiast cząsteczka glukozy ma masę cząsteczkową 180 daltonów, co czyni ją około 700 000 razy mniejszą niż kompleks NPC. Zarówno transport kwasu nukleinowego, jak i białka do jądra, a także ruch tych cząsteczek z jądra następuje za pośrednictwem NPC.
Po stronie cytoplazmatycznej NPC ma tak zwany pierścień cytoplazmatyczny, a także filamenty cytoplazmatyczne, które pomagają zakotwiczyć NPC w błonie jądrowej. Po stronie jądrowej NPC znajduje się pierścień jądrowy, analogiczny do pierścienia cytoplazmatycznego po przeciwnej stronie, a także koszyk jądrowy.
W ruchu mRNA uczestniczy wiele różnych pojedynczych białek, a wiele innych ładunki molekularne z jądra, z tym samym zastosowanie do przemieszczania się substancji do jądro.
Funkcja mRNA w translacji
mRNA nie rozpoczyna swojej właściwej pracy, dopóki nie dotrze do rybosomu. Każdy rybosom w cytoplazmie lub przyłączony do retikulum endoplazmatyczne składa się z dużej i małej podjednostki; spotykają się one tylko wtedy, gdy rybosom jest aktywny w transkrypcji.
Kiedy cząsteczka mRNA przyłącza się do tłumaczenie miejscu wzdłuż rybosomu, łączy się z nim szczególny rodzaj tRNA, który niesie określony aminokwas (istnieje zatem 20 różnych smaków tRNA, po jednym dla każdego aminokwasu). Dzieje się tak, ponieważ tRNA może „odczytać” sekwencję trzech nukleotydów na odsłoniętym mRNA, która odpowiada danemu aminokwasowi.
Kiedy tRNA i mRNA „dopasują się”, tRNA uwalnia swój aminokwas, który jest dodawany na końcu rosnącego łańcucha aminokwasów, który ma stać się białkiem. To polipeptyd osiąga określoną długość, gdy cząsteczka mRNA jest odczytywana w całości, a polipeptyd jest uwalniany i przetwarzany w białko w dobrej wierze.