Ako mRNA opúšťa jadro?

Často citovaná „ústredná dogma o molekulárna biológia„je zachytený v jednoduchej schéme DNA na RNA na proteín. Mierne rozšírené, to znamená, že deoxyribonukleová kyselina, ktorý je genetickým materiálom v jadre vašich buniek, sa používa na výrobu podobnej molekuly nazývanej RNA (ribonukleová kyselina) v procese zvanom prepis. Potom sa použije RNA na smerovanie syntézy bielkovín na iné miesto v bunke v procese tzv preklad.

Každý organizmus je súčtom bielkovín, ktoré vyrába, a vo všetkom živom dnes a vždy o čom vie žili informácie o výrobe týchto proteínov sú uložené iba v tomto organizme DNA. Vaša DNA je to, čo vás robí tým, čím ste, a to, čo odovzdávate všetkým deťom, ktoré môžete mať.

V eukaryotický organizmy, po dokončení prvého kroku transkripcie si musí novo syntetizovaná mediálna RNA (mRNA) nájsť cestu mimo jadro do cytoplazmy, kde dochádza k translácii. (U prokaryot, ktorým chýbajú jadrá, to tak nie je.) Pretože plazmatická membrána obklopujúca obsah jadra môže byť vyberavá, vyžaduje tento proces aktívny vstup zo samotnej bunky.

Dva nukleové kyseliny existujú v prírode, DNA a RNA. Nukleové kyseliny sú makromolekuly, pretože sú zložené z veľmi dlhých reťazcov opakujúcich sa podjednotiek alebo monomérov, tzv. nukleotidy. Nukleotidy samotné pozostávajú z troch odlišných chemických zložiek: päťuhlíkového cukru, jednej až troch fosfátových skupín a jednej zo štyroch na dusík bohatých (dusíkatých) zásad.

V DNA je zložka cukru deoxyribóza, zatiaľ čo v RNA je ribóza. Tieto cukry sa líšia iba tým, že ribóza nesie hydroxylovú skupinu (-OH) pripojenú k uhlíku mimo päťčlenného kruhu, kde deoxyribóza nesie iba atóm vodíka (-H).

Štyri možné dusíkaté bázy v DNA sú adenín (A), cytozín (C), guanín (G) a tymín (T). RNA má prvé tri, ale zahŕňa uracil (U) namiesto tymínu. DNA je dvojvláknová, pričom tieto dva reťazce sú spojené na svojich dusíkatých bázach. A sa vždy páruje s T a C sa vždy páruje s G. Cukorové a fosfátové skupiny tvoria kostru „každej tzv doplnkový prameň. Výsledným útvarom je dvojitá špirála, ktorej tvar bol objavený v 50. rokoch.

• V DNA a RNA obsahuje každý nukleotid jednu fosfátovú skupinu, ale voľné nukleotidy majú často dve (napr. ADP alebo adenozíndifosfát) alebo tri (napr. ATP alebo adenosintrifosfátu).

Prepis je syntéza molekuly RNA zvanej messenger RNA (mRNA), z jedného z komplementárnych reťazcov molekuly DNA. Existujú aj iné typy RNA, najbežnejšie tRNA (prenosová RNA) a ribozomálna RNA (rRNA), ktoré obidve majú rozhodujúcu úlohu pri preklade na ribozóm.

Účelom mRNA je vytvoriť mobilný kódovaný súbor pokynov na syntézu proteínov. Dĺžka DNA, ktorá obsahuje „plán“ jediného proteínového produktu, sa nazýva gén. Každá troj-nukleotidová sekvencia nesie pokyny na výrobu konkrétnej aminokyseliny s amino kyseliny, ktoré sú stavebnými kameňmi bielkovín, rovnakým spôsobom sú nukleotidy stavebnými kameňmi nukleovej kyseliny kyselín.

Existujú 20 aminokyselín celkovo, čo umožňuje v podstate neobmedzený počet kombinácií, a teda bielkovinových produktov.

Prepis sa vyskytuje v jadro, pozdĺž jedného vlákna DNA, ktoré sa na účely transkripcie odpojilo od komplementárneho vlákna. Enzýmy sa pripájajú k molekule DNA na začiatku génu, najmä RNA polymerázy. Syntetizovaná mRNA je komplementárna k vláknu DNA použitému ako templát, a preto sa podobá vlastné komplementárne vlákno DNA okrem toho, že U sa objavuje v mRNA všade tam, kde by sa T objavilo, boli by rastúca molekula DNA namiesto toho.

Po syntéze molekúl mRNA v transkripčnom mieste musia prejsť na miesta translácie, ribozómy. Ribozómy sa javia ako voľné v bunkovej cytoplazme a pripojené k membránovej organele nazývanej endoplazmatické retikulum, ktoré obidve ležia mimo jadra.

Predtým, ako mRNA môže prejsť cez dvojitú plazmatickú membránu, ktorá tvorí jadrový obal (alebo jadrovú membránu), musí sa nejako k membráne dostať. K tomu dochádza väzbou nových molekúl mRNA na transportné proteíny.

Predtým, ako sa výsledné komplexy mRNA-proteín (mRNP) dostanú na okraj, sa dôkladne zmiešajú vo vnútri jadra, takže tieto komplexy mRNP ktoré sa náhodou tvoria blízko okraja jadra, nemajú lepšiu šancu na opustenie jadra v danom čase po vzniku ako mRNP procesy blízko interiér.

Keď sa komplexy mRNP stretnú s oblasťami jadra ťažkými v DNA, ktoré v tomto prostredí existujú ako chromatín (tj. DNA naviazaná na štrukturálne proteíny), môže sa zastaviť, rovnako ako ťažký nákladný automobil zapadnutý ťažkými blato. Toto zablokovanie sa dá prekonať vstupom energie vo forme ATP, ktorá vedie k zapadnutému mRNP v smere k okraju jadra.

Jadro musí chrániť všetok dôležitý genetický materiál bunky, musí však tiež mať prostriedky na výmenu proteínov a nukleových kyselín s bunkovou cytoplazmou. To sa dosahuje pomocou „brán“ pozostávajúcich z bielkovín a známych ako komplexy jadrových pórov (NPC). Tieto komplexy majú póry prechádzajúce cez dvojitú membránu jadrového obalu a množstvo rôznych štruktúr na oboch stranách tejto „brány“.

NPC je obrovský podľa molekulárnych štandardov. U ľudí má molekulovú hmotnosť 125 miliónov Daltonov. Oproti tomu molekula glukózy má molekulovú hmotnosť 180 Daltonov, čo je asi 700 000-krát menej ako komplex NPC. K transportu nukleových kyselín aj proteínov do jadra ak pohybu týchto molekúl z jadra dochádza prostredníctvom NPC.

Na cytoplazmatickej strane má NPC takzvaný cytoplazmatický kruh, ako aj cytoplazmatické vlákna, ktoré slúžia na ukotvenie NPC v jadrovej membráne. Na jadrovej strane NPC je jadrový kruh, analogický s cytoplazmatickým kruhom na opačnej strane, ako aj jadrový kôš.

Na pohybe mRNA sa podieľa celý rad jednotlivých proteínov a celý rad ďalších molekulárne náklady z jadra, to isté platí pre pohyb látok do jadro.

mRNA nezačne svoju skutočnú prácu, kým nedosiahne ribozóm. Každý ribozóm v cytoplazme alebo pripojený k endoplazmatické retikulum pozostáva z veľkej a malej podjednotky; tieto sa spoja, iba ak je ribozóm aktívny v transkripcii.

Keď sa molekula mRNA pripojí k a preklad miesto pozdĺž ribozómu, je spojené zvláštnym druhom tRNA, ktorá nesie špecifickú aminokyselinu (existuje teda 20 rôznych príchutí tRNA, jedna pre každú aminokyselinu). K tomu dochádza preto, že tRNA môže „čítať“ tri-nukleotidovú sekvenciu na exponovanej mRNA, ktorá zodpovedá danej aminokyseline.

Keď sa tRNA a mRNA „zhodujú“, tRNA uvoľňuje svoju aminokyselinu, ktorá sa pridáva na koniec rastúceho aminokyselinového reťazca určeného na to, aby sa z nej stal proteín. Toto polypeptid dosiahne svoju špecifikovanú dĺžku, keď sa molekula mRNA číta celá, a polypeptid sa uvoľní a spracuje na pravý proteín.