Често цитирана „централна догма о молекуларна биологија"је ухваћен у једноставној шеми ДНК у РНК у протеин. Благо проширен, то значи да дезоксирибонуклеинска киселина, који је генетски материјал у језгру ваших ћелија, користи се за стварање сличног молекула званог РНК (рибонуклеинска киселина) у процесу тзв транскрипција. Након што се то уради, РНК се користи за усмеравање синтезе протеина негде другде у ћелији у процесу тзв превод.
Сваки организам је збир протеина које ствара, и у свему живом данас и икад познатим су живели, информације за стварање ових протеина чувају се и само у оном организму ДНК. Ваша ДНК је оно што вас чини оним што јесте и оно што преносите било којој деци коју имате.
У еукариотски организми, након завршетка првог корака транскрипције, ново синтетизована мессенгер РНА (мРНА) мора наћи пут изван језгра у цитоплазму у којој се одвија транслација. (Код прокариота којима недостају језгра, то није случај.) Будући да плаземска мембрана која окружује садржај језгра може бити избирљива, овај процес захтева активни унос саме ћелије.
Нуклеинске киселине
Два нуклеинске киселине постоје у природи, ДНК и РНК. Нуклеинске киселине су макромолекуле јер су састављене од врло дугих ланаца понављајућих подјединица, или мономера, тзв. нуклеотиди. Нуклеотиди сами се састоје од три различите хемијске компоненте: шећер са пет угљеника, једна до три фосфатне групе и једна од четири базе богате азотом (азот).
У ДНК шећерна компонента је деоксирибоза, док у РНК јесте рибоза. Ови шећери се разликују само по томе што рибоза носи хидроксилну (-ОХ) групу везану за угљеник изван петочланог прстена где деоксирибоза носи само атом водоника (-Х).
Четири могуће азотне базе у ДНК су аденин (А), цитозин (Ц), гванин (Г) и тимин (Т). РНК има прва три, али укључује урацил (У) уместо тимина. ДНК је дволанчана, са два ланца повезана на својим азотним базама. А се увек упарује са Т, а Ц увек с Г. Групе шећера и фосфата чине окосницу „сваке тзв комплементарни прамен. Настала формација је двострука завојница, чији је облик откривен 1950-их.
- У ДНК и РНК сваки нуклеотид садржи једну фосфатну групу, али слободни нуклеотиди често имају две (нпр. АДП или аденозин дифосфат) или три (нпр. АТП или аденозин трифосфат).
Синтеза Мессенгер РНА: Транскрипција
Транскрипција је синтеза молекула РНК тзв мессенгер РНА (мРНА), из једног од комплементарних ланаца молекула ДНК. Постоје и друге врсте РНК, најчешће тРНА (трансфер РНА) и рибосомска РНК (рРНК), који играју пресудну улогу у превођењу на рибозому.
Сврха мРНК је да креира покретни, кодирани скуп упутстава за синтезу протеина. Дужина ДНК која укључује „нацрт“ за један протеински производ назива се ген. Свака секвенца од три нуклеотида садржи упутства за прављење одређене аминокиселине са амино киселине су градивни блокови протеина на исти начин на који су нуклеотиди градивни елементи нуклеинских киселине.
Постоје 20 аминокиселина у целини, омогућавајући у основи неограничен број комбинација, а тиме и протеинских производа.
Транскрипција се дешава у језгро, дуж једног ланца ДНК који се одвојио од комплементарног ланца у сврхе транскрипције. Ензими се везују за молекул ДНК на почетку гена, посебно за РНК полимеразу. Синтетизована мРНК комплементарна је ланцу ДНК који се користи као образац и тако подсећа на ланац предлошка сопствени комплементарни ДНК ланац, осим што се У појављује у мРНК где год би се појавио Т да је растућа ДНК молекула уместо тога.
транспорт мРНК унутар нуклеуса
Након што се молекули мРНК синтетишу на месту транскрипције, морају да путују до места транслације, рибозома. Рибозоми изгледају и слободни у ћелијској цитоплазми и прикачени за мембрански органел зван ендоплазматски ретикулум, а оба леже изван језгра.
Пре него што мРНК прође кроз двоструку плаземску мембрану која чини нуклеарну овојницу (или нуклеарну мембрану), мора некако доћи до мембране. То се дешава везивањем нових молекула мРНК за транспорт протеина.
Пре него што се резултујући комплекси мРНК-протеина (мРНП) могу померити до ивице, они се темељно помешају унутар супстанце језгра, тако да ти мРНП комплекси који се формирају близу ивице језгра немају веће шансе да изађу из језгра у одређено време након формирања него мРНП процеси близу ентеријер.
Када мРНП комплекси наиђу на регионе језгра тешке у ДНК, који у овом окружењу постоји као хроматин (тј. ДНК везана за структурне протеине), може се зауставити, баш као да је камион заглављен у тешкој блато. Ово застој се може превазићи уношењем енергије у облику АТП, који одводи замагљени мРНП у правцу ивице језгра.
Нуклеарни комплекси пора
Језгро треба да заштити најважнији генетски материјал ћелије, али такође мора имати средство за размену протеина и нуклеинских киселина са ћелијском цитоплазмом. То се постиже путем „капија“ које се састоје од протеина и познатих као комплекси нуклеарних пора (НПЦ). Ови комплекси имају поре које пролазе кроз двоструку мембрану нуклеарног омотача и низ различитих структура са обе стране ове „капије“.
НПЦ је огроман по молекуларним стандардима. У људским бићима има молекулску масу 125 милиона далтона. Насупрот томе, молекул глукозе има молекулску масу од 180 далтона, што га чини око 700.000 пута мањим од НПЦ комплекса. Превоз нуклеинске киселине и протеина у језгро и кретање ових молекула из језгра одвија се преко НПЦ-а.
На цитоплазматској страни, НПЦ има оно што се назива цитоплазматским прстеном, као и цитоплазматске нити, које обоје помажу да се НПЦ учврсти у нуклеарној мембрани. На нуклеарној страни НПЦ-а налази се нуклеарни прстен, аналоган цитоплазматском прстену на супротној страни, као и нуклеарна корпа.
Разноврсни појединачни протеини учествују у кретању мРНК и разноврсни други молекуларни терет из језгра, с тим што се примењује на кретање супстанци у језгро.
Функција мРНК у превођењу
мРНК не започиње свој стварни посао док не достигне рибосом. Сваки рибосом у цитоплазми или везан за ендоплазматични ретикулум састоји се од велике и мале подјединице; они се спајају само када је рибозом активан у транскрипцији.
Када се молекул мРНК веже за превод на месту дуж рибозома, придружује му се одређена врста тРНК која носи одређену аминокиселину (постоји дакле 20 различитих укуса тРНК, по један за сваку аминокиселину). То се дешава јер тРНА може да „прочита“ секвенцу од три нуклеотида на изложеној мРНК која одговара датој аминокиселини.
Када се тРНК и мРНК "подударају", тРНК ослобађа своју аминокиселину, која се додаје на крај растућег ланца аминокиселина који треба да постане протеин. Ово полипептид достигне своју наведену дужину када се молекул мРНК чита у целини, а полипептид ослобађа и прерађује у веродостојни протеин.