Kako mRNA zapusti jedro?

Pogosto citirana "osrednja dogma o molekularna biologija"je zajeto v preprosti shemi DNA v RNA v beljakovine. Nekoliko razširjen, to pomeni, da deoksiribonukleinska kislina, ki je genski material v jedru vaših celic, se uporablja za izdelavo podobne molekule, imenovane RNA (ribonukleinska kislina) v postopku, imenovanem prepis. Po tem se RNA uporablja za usmerjanje sinteze beljakovin drugam v celici v tako imenovanem procesu prevod.

Vsak organizem je vsota beljakovin, ki jih tvori, in v vsem, kar je danes živo in kdaj koli znano so živeli, so informacije za izdelavo teh beljakovin shranjene v in samo v organizmih DNK. Vaša DNK je tisto, zaradi česar ste to, kar ste, in je tisto, kar posredujete otrokom, ki jih imate.

V evkariontski po končani prvi stopnji transkripcije mora novo sintetizirana selna RNA (mRNA) najti pot zunaj jedra v citoplazmo, kjer poteka translacija. (Pri prokariontih, ki jim primanjkuje jeder, to ne drži.) Ker je plazemska membrana, ki obdaja vsebino jedra, lahko izbirčna, ta postopek zahteva aktiven vnos celice same.

Dva nukleinska kislina obstajajo v naravi, DNA in RNA. Nukleinske kisline so makromolekule, saj so sestavljene iz zelo dolgih verig ponavljajočih se podenot ali monomerov, imenovanih nukleotidi. Nukleotidi sami so sestavljeni iz treh različnih kemičnih komponent: sladkorja s petimi ogljiki, ene do treh fosfatnih skupin in ene od štirih z dušikom bogatih (dušikovih) baz.

V DNK je sladkorna komponenta deoksiriboza, medtem ko v RNA je riboza. Ti sladkorji se razlikujejo le po tem, da riboza nosi hidroksilno (-OH) skupino, pritrjeno na ogljik zunaj petčlenskega obroča, kjer deoksiriboza nosi samo atom vodika (-H).

Štirje možni dušikove baze v DNK so adenin (A), citozin (C), gvanin (G) in timin (T). RNA ima prve tri, vendar vključuje uracil (U) namesto timina. DNA je dvoverižna, obe verigi sta povezani na dušikovih bazah. A se vedno pari s T, C pa vedno z G. Skupine sladkorja in fosfatov tvorijo hrbtenico "vsake tako imenovane komplementarni pramen. Nastala tvorba je dvojna vijačnica, katere obliko so odkrili v petdesetih letih prejšnjega stoletja.

• V DNA in RNA vsebuje vsak nukleotid eno fosfatno skupino, vendar imajo prosti nukleotidi pogosto dva (npr. ADP ali adenozin difosfat) ali tri (npr. ATP ali adenozin trifosfat).

Transkripcija je sinteza molekule RNA, imenovane messenger RNA (mRNA), iz enega od komplementarnih verig molekule DNA. Obstajajo tudi druge vrste RNA, najpogostejše tRNA (prenos RNA) in ribosomska RNA (rRNA), ki igrata kritično vlogo pri prevajanju na ribosomu.

Namen mRNA je ustvariti mobilni, kodirani nabor navodil za sintezo beljakovin. Dolžina DNK, ki vključuje "načrt" za posamezen beljakovinski izdelek, se imenuje gen. Vsako tri-nukleotidno zaporedje vsebuje navodila za izdelavo določene aminokisline z amino kisline, ki so gradniki beljakovin, enako kot so nukleotidi gradniki nukleinov kisline.

Obstajajo 20 aminokislin vse skupaj omogoča bistveno neomejeno število kombinacij in s tem beljakovinskih izdelkov.

Prepis se zgodi v jedro, vzdolž ene same verige DNA, ki se je za namene transkripcije ločila od komplementarne verige. Encimi se vežejo na molekulo DNA na začetku gena, predvsem RNA polimeraza. Sintetizirana mRNA dopolnjuje verigo DNA, ki se uporablja kot predloga, in je tako podobna verigi predloge lastno komplementarno verigo DNA, razen da se U pojavlja v mRNA kjerkoli bi se pojavil T, če bi bila rastoča molekula DNA namesto tega.

Ko se molekule mRNA sintetizirajo na mestu transkripcije, se morajo odpraviti na mesta prevajanja, ribosome. Ribosomi pojavljajo se prosti v celični plazmi in pritrjeni na membranski organel, imenovan endoplazemski retikulum, ki ležita zunaj jedra.

Preden lahko mRNA preide skozi dvojno plazemsko membrano, ki tvori jedrno ovojnico (ali jedrsko membrano), mora nekako doseči membrano. To se zgodi z vezavo novih molekul mRNA na transport beljakovin.

Preden se nastali kompleksi mRNA-beljakovin (mRNP) premaknejo na rob, se temeljito premešajo znotraj snovi jedra, tako da se ti kompleksi mRNP ki se tvorijo blizu roba jedra, nimajo boljše možnosti za izhod iz jedra v določenem času po nastanku kot procesi mRNP blizu notranjost.

Ko kompleksi mRNP naletijo na območja jedra, težkega v DNA, ki v tem okolju obstaja kot kromatin (tj. DNK, vezana na strukturne beljakovine), se lahko ustavi, tako kot tovornjak, ki je zasut v težkih delih blato. To zaustavitev lahko premagamo z vnosom energije v obliki ATP, ki potiska zamaknjeni mRNP v smeri roba jedra.

Jedro mora zaščititi najpomembnejši genski material celice, vendar mora imeti tudi sredstvo za izmenjavo beljakovin in nukleinskih kislin s celično plazmo. To se doseže s pomočjo "vrat", sestavljenih iz beljakovin in znanih kot kompleksi jedrskih por (NPC). Ti kompleksi imajo pore, ki tečejo skozi dvojno membrano jedrske ovojnice, in številne različne strukture na obeh straneh teh "vrat".

NPC je po molekularnih standardih ogromen. Pri ljudeh ima molekulsko maso 125 milijonov daltonov. V nasprotju s tem ima molekula glukoze molekulsko maso 180 daltonov, zaradi česar je približno 700.000 krat manjša od kompleksa NPC. Tako prenos nukleinske kisline kot beljakovin v jedro in premik teh molekul iz jedra poteka prek NPC.

Na citoplazemski strani ima NPC tako imenovani citoplazemski obroč kot tudi citoplazmatske filamente, ki služijo kot pomoč NPC-ju, da se zasidra v jedrski membrani. Na jedrski strani NPC je jedrski obroč, analogen citoplazemskemu obroču na nasprotni strani, pa tudi jedrski koš.

Različni posamezni proteini sodelujejo pri gibanju mRNA in različni drugi molekularni tovor iz jedra, enako velja za pretok snovi v jedro.

mRNA začne svoje dejansko delo, dokler ne doseže ribosoma. Vsak ribosom v citoplazmi ali pritrjen na Endoplazemski retikulum je sestavljena iz velike in majhne podenote; ti se združijo šele, ko je ribosom aktiven pri transkripciji.

Ko se molekula mRNA veže na a prevod vzdolž ribosoma, se mu pridruži posebna vrsta tRNA, ki nosi določeno aminokislino (obstaja torej 20 različnih okusov tRNA, po en za vsako aminokislino). To se zgodi, ker lahko tRNA "odčita" tri-nukleotidno zaporedje na izpostavljeni mRNA, ki ustreza dani aminokislini.

Ko se tRNA in mRNA "ujemata", tRNA sprosti svojo aminokislino, ki se doda na konec rastoče aminokislinske verige, ki naj bi postala beljakovina. To polipeptid doseže svojo določeno dolžino, ko molekulo mRNA v celoti preberemo, polipeptid pa se sprosti in predela v dobroverni protein.