Часто цитируемая "центральная догма молекулярная биология"запечатлено в простой схеме ДНК к РНК к белку. Слегка расширен, это означает, что дезоксирибонуклеиновая кислота, который является генетическим материалом в ядре ваших клеток, используется для создания аналогичной молекулы, называемой РНК (рибонуклеиновая кислота) в процессе, называемом транскрипция. После этого РНК используется для управления синтезом белков в другом месте клетки в процессе, называемом перевод.
Каждый организм - это сумма белков, которые он производит, и во всем живом сегодня и когда-либо известном, информация для создания этих белков хранится только в этих организмах. ДНК. Ваша ДНК - это то, что делает вас тем, кем вы являетесь, и то, что вы передаете своим детям.
В эукариотический У организмов после завершения первого этапа транскрипции вновь синтезированная информационная РНК (мРНК) должна найти свой путь за пределы ядра в цитоплазму, где происходит трансляция. (У прокариот, у которых отсутствуют ядра, это не так.) Поскольку плазматическая мембрана, окружающая содержимое ядра, может быть избирательной, этот процесс требует активного участия самой клетки.
Нуклеиновые кислоты
Два нуклеиновые кислоты в природе существуют ДНК и РНК. Нуклеиновые кислоты представляют собой макромолекулы, поскольку они состоят из очень длинных цепочек повторяющихся субъединиц или мономеров, называемых нуклеотиды. Нуклеотиды сами состоят из трех различных химических компонентов: пятиуглеродного сахара, от одной до трех фосфатных групп и одного из четырех богатых азотом (азотистых) оснований.
В ДНК сахарный компонент дезоксирибоза, тогда как в РНК это рибоза. Эти сахара отличаются только тем, что рибоза несет гидроксильную (-ОН) группу, присоединенную к атому углерода за пределами пятичленного кольца, где дезоксирибоза несет только атом водорода (-H).
Четыре возможных азотистые основания в ДНК являютсяденин (A), цитозин (C), гуанин (G) а также тимин (Т). РНК имеет первые три, но включает урацил (U) вместо тимина. ДНК двухцепочечная, причем две цепи связаны между собой азотистыми основаниями. A всегда соединяется с T, а C всегда соединяется с G. Сахарные и фосфатные группы составляют основу каждого так называемого дополнительная нить. Образовавшееся образование представляет собой двойную спираль, форма которой была обнаружена в 1950-х годах.
- В ДНК и РНК каждый нуклеотид содержит одну фосфатную группу, но свободные нуклеотиды часто имеют две (например, АДФ или аденозиндифосфат) или три (например, АТФ или аденозинтрифосфат).
Синтез информационной РНК: транскрипция
Транскрипция - это синтез молекулы РНК, называемой информационная РНК (мРНК), от одной из дополнительных цепей молекулы ДНК. Существуют и другие типы РНК, наиболее распространенные из которых: тРНК (транспортная РНК) а также рибосомная РНК (рРНК), оба из которых играют критическую роль в трансляции на рибосоме.
Назначение мРНК - создать мобильный закодированный набор направлений для синтеза белков. Длина ДНК, которая включает в себя «план» для одного белкового продукта, называется геном. Каждая трехнуклеотидная последовательность содержит инструкции по получению определенной аминокислоты с амино кислоты, являющиеся строительными блоками белков, точно так же, как нуклеотиды являются строительными блоками нуклеиновых кислот. кислоты.
Есть 20 аминокислот в целом, что позволяет получить практически неограниченное количество комбинаций и, следовательно, белковых продуктов.
Транскрипция происходит в ядро, вдоль единственной цепи ДНК, которая стала отсоединенной от своей комплементарной цепи для целей транскрипции. Ферменты присоединяются к молекуле ДНК в начале гена, особенно к РНК-полимеразе. Синтезируемая мРНК комплементарна цепи ДНК, используемой в качестве матрицы, и, таким образом, напоминает цепь этой цепи. собственная комплементарная цепь ДНК, за исключением того, что U появляется в мРНК везде, где бы T появился, если бы растущая молекула ДНК вместо.
Транспорт мРНК внутри ядра
После того, как молекулы мРНК синтезируются в сайте транскрипции, они должны совершить путешествие к сайтам трансляции, рибосомам. Рибосомы появляются как свободными в цитоплазме клетки, так и прикрепленными к мембранной органелле, называемой эндоплазматическим ретикулумом, оба из которых находятся вне ядра.
Прежде чем мРНК сможет пройти через двойную плазматическую мембрану, составляющую ядерную оболочку (или ядерную мембрану), она должна каким-то образом достичь мембраны. Это происходит за счет связывания новых молекул мРНК с транспортными белками.
Прежде чем образовавшиеся комплексы мРНК-белок (мРНП) смогут переместиться на край, они будут тщательно перемешаны внутри вещества ядра, так что эти комплексы мРНП которые случайно образуются у края ядра, имеют не больше шансов выйти из ядра в заданное время после образования, чем процессы мРНП, близкие к интерьер.
Когда комплексы мРНП встречаются с тяжелыми участками ядра в ДНК, которое в этой среде существует как хроматин (т.е. ДНК, связанная со структурными белками), она может заглохнуть, как пикап, увязший в тяжелом грязь. Это торможение можно преодолеть за счет ввода энергии в виде АТФ, который подталкивает застрявшие мРНП в направлении края ядра.
Ядерные поровые комплексы
Ядро должно защищать важнейший генетический материал клетки, но оно также должно иметь средства для обмена белками и нуклеиновыми кислотами с цитоплазмой клетки. Это достигается с помощью «ворот», состоящих из белков и известных как комплексы ядерных пор (NPC). Эти комплексы имеют пору, проходящую через двойную мембрану ядерной оболочки, и ряд различных структур по обе стороны от этих «ворот».
NPC огромен по молекулярным стандартам. У человека его молекулярная масса составляет 125 миллионов дальтон. Напротив, молекула глюкозы имеет молекулярную массу 180 Дальтон, что делает ее примерно в 700000 раз меньше, чем комплекс NPC. Транспортировка нуклеиновой кислоты и белка в ядро и перемещение этих молекул из ядра происходит через NPC.
На цитоплазматической стороне NPC имеет так называемое цитоплазматическое кольцо, а также цитоплазматические филаменты, которые помогают закрепить NPC на месте в ядерной мембране. На ядерной стороне NPC находится ядерное кольцо, аналогичное цитоплазматическому кольцу на противоположной стороне, а также ядерная корзина.
Множество отдельных белков участвуют в перемещении мРНК и множества других молекулярные грузы из ядра, то же самое относится и к перемещению веществ в ядро.
Функция мРНК в трансляции
мРНК не начинает свою фактическую работу, пока не достигнет рибосомы. Каждая рибосома в цитоплазме или прикреплена к эндоплазматическая сеть состоит из большой и малой субъединиц; они объединяются только тогда, когда рибосома активна в транскрипции.
Когда молекула мРНК присоединяется к перевод вдоль рибосомы, к нему присоединяется особый вид тРНК, несущий определенную аминокислоту (Таким образом, существует 20 различных вкусов тРНК, по одному для каждой аминокислоты.). Это происходит потому, что тРНК может «читать» трехнуклеотидную последовательность на экспонированной мРНК, которая соответствует данной аминокислоте.
Когда тРНК и мРНК «совпадают», тРНК высвобождает свою аминокислоту, которая добавляется к концу растущей аминокислотной цепи, предназначенной для превращения в белок. Этот полипептид достигает своей заданной длины, когда молекула мРНК считывается полностью, а полипептид высвобождается и превращается в добросовестный белок.