Adesea citată „dogma centrală a biologie moleculara„este surprins în schema simplă ADN la ARN la proteină. Ușor extins, aceasta înseamnă că acidul dezoxiribonucleic, care este materialul genetic din nucleul celulelor dvs., este folosit pentru a produce o moleculă similară numită ARN (Acid ribonucleic) într-un proces numit transcriere. După ce se face acest lucru, ARN-ul este utilizat pentru a direcționa sinteza proteinelor în altă parte a celulei într-un proces numit traducere.
Fiecare organism este suma proteinelor pe care le produce și în tot ceea ce este viu astăzi și cunoscut vreodată au trăit, informațiile pentru fabricarea acestor proteine sunt stocate în și doar în acel organism ADN. ADN-ul tău este ceea ce te face să fii ceea ce ești și este ceea ce transmite tuturor copiilor pe care ai putea să-i ai.
În eucariotă organismele, după ce primul pas al transcrierii este complet, ARN-ul mesager nou sintetizat (ARNm) trebuie să-și găsească drumul în afara nucleului în citoplasma unde are loc traducerea. (La procariote, cărora le lipsește nucleii, acest lucru nu este cazul.) Deoarece membrana plasmatică care înconjoară conținutul nucleului poate fi selectivă, acest proces necesită un aport activ de la celula însăși.
Acizi nucleici
Două acizi nucleici există în natură, ADN și ARN. Acizii nucleici sunt macromolecule deoarece sunt compuși din lanțuri foarte lungi de subunități repetante sau monomeri, numiți nucleotide. Nucleotide ele însele constau din trei componente chimice distincte: un zahăr cu cinci carbon, una până la trei grupări fosfat și una din cele patru baze bogate în azot (azotate).
În ADN, componenta zahărului este dezoxiriboză, în timp ce în ARN este riboză. Aceste zaharuri diferă doar prin faptul că riboza poartă o grupare hidroxil (-OH) atașată la un carbon în afara inelului cu cinci membri, unde dezoxiriboză poartă doar un atom de hidrogen (-H).
Cele patru posibile baze azotate în ADN sunt odenine (A), citozină (C), guanină (G) și timina (T). ARN are primele trei, dar include uracil (U) în locul timinei. ADN-ul este dublu catenar, cele două catene fiind legate la bazele lor azotate. A se împerechează întotdeauna cu T, iar C se împerechează întotdeauna cu G. Grupurile de zahăr și fosfați creează coloana vertebrală "a fiecărui așa-numit catenă complementară. Formația rezultată este o dublă helix, a cărei formă a fost descoperită în anii 1950.
- În ADN și ARN, fiecare nucleotidă conține o singură grupă fosfat, dar nucleotidele libere au adesea două (de exemplu, ADP sau adenozin difosfat) sau trei (de exemplu, ATP sau adenozin trifosfat).
Sinteza ARN-ului Messenger: transcriere
Transcrierea este sinteza unei molecule de ARN numită ARN mesager (ARNm), dintr-una dintre firele complementare ale unei molecule de ADN. Există și alte tipuri de ARN, cel mai frecvent fiind ARNt (ARN de transfer) și ARN ribozomal (ARNr), ambele jucând roluri critice în traducere la ribozom.
Scopul ARNm este de a crea un set mobil, codificat de direcții pentru sinteza proteinelor. O lungime de ADN care include „planul” pentru un singur produs proteic se numește genă. Fiecare secvență de trei nucleotide conține instrucțiunile pentru producerea unui anumit aminoacid, cu amino acizii fiind elementele de bază ale proteinelor în același mod în care nucleotidele sunt elementele de bază ale nucleicului acizi.
Sunt 20 de aminoacizi în total, permițând un număr esențial nelimitat de combinații și, prin urmare, produse proteice.
Transcrierea are loc în nucleu, de-a lungul unei singure catene de ADN care a devenit decuplată de catena sa complementară în scopul transcrierii. Enzimele se atașează de molecula ADN la începutul genei, în special ARN polimeraza. ARNm care este sintetizat este complementar cu catena de ADN utilizată ca șablon și, astfel, seamănă cu catena șablonului propriu fir ADN complementar, cu excepția faptului că U apare în ARNm oriunde ar fi apărut T în cazul în care ADN-ul moleculei în creștere in schimb.
Transportul ARNm în nucleu
După ce moleculele de ARNm sunt sintetizate la locul de transcripție, acestea trebuie să facă călătoria către locurile de traducere, ribozomi. Ribozomi apar ambele libere în citoplasma celulară și atașate la un organet membranos numit reticul endoplasmatic, ambele situându-se în afara nucleului.
Înainte ca ARNm să poată trece prin membrana plasmatică dublă care alcătuiește învelișul nuclear (sau membrana nucleară), trebuie să ajungă cumva la membrană. Acest lucru se întâmplă prin legarea noilor molecule de ARNm la transportul proteinelor.
Înainte ca complexele mARN-proteină (mRNP) rezultate să se poată deplasa la margine, ele se amestecă bine în interiorul substanței nucleului, astfel încât acele complexe mRNP care se întâmplă să se formeze lângă marginea nucleului nu au o șansă mai bună de a ieși din nucleu la un moment dat după formare decât procesele mRNP apropiate de interior.
Când complexele mRNP întâlnesc regiuni ale nucleului greu în ADN, care în acest mediu există ca cromatină (adică, ADN-ul legat de proteinele structurale), acesta poate deveni blocat, la fel ca un camionet care se împotmolește în greutate noroi. Această blocare poate fi depășită prin aportul de energie sub formă de ATP, care provoacă mRNP îndoit în direcția marginii nucleului.
Complexe de pori nucleari
Nucleul trebuie să protejeze materialul genetic foarte important al celulei, totuși trebuie să aibă și un mijloc de schimb de proteine și acizi nucleici cu citoplasma celulară. Acest lucru se realizează prin intermediul „porților” constând din proteine și cunoscut sub numele de complexe de pori nucleari (NPC). Aceste complexe au un por care trece prin membrana dublă a anvelopei nucleare și o serie de structuri diferite de fiecare parte a acestei „porți”.
NPC este enorm după standardele moleculare. La om, are o masă moleculară de 125 de milioane de daltoni. În schimb, o moleculă de glucoză are o masă moleculară de 180 de daltoni, ceea ce o face de aproximativ 700.000 de ori mai mică decât complexul NPC. Atât acidul nucleic cât și transportul proteinelor în nucleu, precum și mișcarea acestor molecule în afara nucleului au loc prin NPC.
Pe partea citoplasmatică, NPC are ceea ce se numește inel citoplasmatic, precum și filamente citoplasmatice, ambele servind la ancorarea NPC-ului în locul său în membrana nucleară. Pe partea nucleară a NPC se află un inel nuclear, analog cu inelul citoplasmatic de pe partea opusă, precum și un coș nuclear.
O varietate de proteine individuale participă la mișcarea ARNm și o varietate diversă de altele încărcături moleculare în afara nucleului, cu același lucru aplicabil mișcării substanțelor în nucleu.
Funcția ARNm în traducere
ARNm nu își începe activitatea efectivă până când nu ajunge la un ribozom. Fiecare ribozom din citoplasmă sau atașat la reticul endoplasmatic constă dintr-o subunitate mare și una mică; acestea se reunesc doar atunci când ribozomul este activ în transcripție.
Când o moleculă de ARNm se atașează de o traducere de-a lungul ribozomului, acesta este alăturat de un anumit tip de ARNt care poartă un aminoacid specific (prin urmare, există 20 de arome diferite de ARNt, câte una pentru fiecare aminoacid). Acest lucru se întâmplă deoarece ARNt poate „citi” secvența de trei nucleotide pe ARNm expus care corespunde unui aminoacid dat.
Când ARNt și ARNm „se potrivesc”, ARNt eliberează aminoacidul său, care este adăugat la capătul lanțului de aminoacizi în creștere destinat să devină o proteină. Acest polipeptidă atinge lungimea specificată atunci când molecula ARNm este citită în întregime, iar polipeptida este eliberată și procesată într-o proteină de bună-credință.