Περιεχόμενο
Μία από τις πιο σημαντικές λειτουργίες των ζωντανών κυττάρων είναι η παραγωγή των πρωτεϊνών που είναι απαραίτητες για την επιβίωση ενός οργανισμού. Οι πρωτεΐνες δίνουν σχήμα και δομή σε έναν οργανισμό και, ως ένζυμα, ρυθμίζουν τη βιολογική δραστηριότητα. Για την παρασκευή πρωτεϊνών, ένα κύτταρο πρέπει να διαβάσει και να ερμηνεύσει τις γενετικές πληροφορίες που είναι αποθηκευμένες στο δεσοξυριβονουκλεϊνικό οξύ ή το DNA του. Οι θέσεις της κυτταρικής πρωτεϊνικής σύνθεσης είναι τα ριβοσώματα, τα οποία μπορούν να είναι ελεύθερα ή δεσμευμένα. Η σημασία του ελεύθερου ριβοσώματος είναι ότι η σύνθεση πρωτεϊνών αρχίζει εκεί.
DNA και RNA
Το DNA είναι μακρά μοριακή αλυσίδα αποτελούμενη από εναλλασσόμενες ομάδες σακχάρων και φωσφορικών. Μία από τις τέσσερις δυνατές βάσεις νουκλεοτιδίων που περιέχουν άζωτο - Α, C, T και G - κρέμεται από κάθε ζάχαρη. Η αλληλουχία των βάσεων κατά μήκος του κλώνου DNA προσδιορίζει την αλληλουχία αμινοξέων που σχηματίζουν πρωτεΐνες. Το ριβονουκλεϊκό οξύ ή το RNA μεταδίδει ένα συμπληρωματικό αντίγραφο ενός τμήματος ενός μορίου ϋΝΑ - ένα γονίδιο - σε ριβοσώματα, τα οποία είναι μικροσκοπικά κοκκία που αποτελούνται από RNA και πρωτεΐνη. Το RNA μοιάζει με το DNA εκτός από το ότι οι ομάδες σακχάρων του περιέχουν ένα επιπλέον άτομο οξυγόνου και υποκαθιστούν τη βάση νουκλεοτιδίων U για την βάση Τ του DNA. Τα ριβοσώματα δημιουργούν πρωτεΐνες σύμφωνα με τις πληροφορίες που αποθηκεύονται στο αγγελιοφόρο RNA ή mRNA.
Συμπληρωματική κωδικοποίηση
Οι κανόνες για τη μεταγραφή του DNA στο RNA προσδιορίζουν μια αντιστοιχία μεταξύ βάσεων στο γονίδιο και βάσεων στο mRNA. Για παράδειγμα, μια βάση Α σε ένα γονίδιο προσδιορίζει μια U βάση στον κλώνο του mRNA. Παρομοίως, οι βάσεις T, C και G ενός γονιδίου προσδιορίζουν τις βάσεις Α, G και C, αντίστοιχα, σε mRNA. Η γενετική πληροφορία που περιέχεται στο mRNA παίρνει τη μορφή τριπλών νουκλεοτιδικών βάσεων που ονομάζονται κωδικόνια. Για παράδειγμα, η τριάδα DNA ΤΑΑ δημιουργεί την τριπλέτα UTT του RNA. Οι κλώνοι DNA και RNA συνεπώς περιέχουν συμπληρωματικές, αλλά μοναδικές, πληροφορίες που κωδικοποιούνται στην αλληλουχία νουκλεοτιδικών βάσεων. Σχεδόν κάθε τριπλή κωδικοποιεί ένα συγκεκριμένο αμινοξύ, αν και μερικές τριάδες προσδιορίζουν το τέλος ενός γονιδίου. Αρκετές διαφορετικές τριάδες μπορούν να κωδικοποιήσουν το ίδιο αμινοξύ.
Ribosomes
Το κύτταρο κατασκευάζει ριβοσώματα απευθείας από ριβοσωμικό RNA, ή rRNA, που κωδικοποιείται από ειδικά γονίδια ϋΝΑ. Το rRNA συνδυάζεται με πρωτεΐνες για το σχηματισμό μεγάλων και μικρών υπομονάδων. Οι δύο υπομονάδες συνδέονται μόνο κατά τη διάρκεια της πρωτεϊνικής σύνθεσης. Σε ένα προκαρυωτικό κύτταρο - δηλαδή ένα κύτταρο χωρίς οργανωμένο πυρήνα - οι υπομονάδες ριβοσώματος επιπλέουν ελεύθερα μέσα στο κυτταρικό υγρό ή κυτοσόλιο. Στα ευκαρυωτικά, τα ένζυμα στον πυρήνα ενός κυττάρου κατασκευάζουν ριβοσωμικές υπομονάδες. Ο πυρήνας εξάγει τότε τις υπομονάδες στο κυτοσόλιο. Ορισμένα από τα ριβοσώματα μπορούν προσωρινά να συνδεθούν με ένα οργανικό κύτταρο που ονομάζεται ενδοπλασματικό δίκτυο, ή ER, όταν κατασκευάζονται πρωτεΐνες, ενώ άλλα ριβοσώματα παραμένουν ελεύθερα καθώς συνθέτουν πρωτεΐνες.
Μετάφραση
Μία μικρότερη υπομονάδα ελεύθερης ριβοσωματικής αρπαγής κρατά ένα κλάσμα mRNA για να ξεκινήσει η πρωτεϊνική σύνθεση. Η μεγαλύτερη υπομονάδα στη συνέχεια γαντζώνει και αρχίζει τη μετάφραση κάθε κωδικονίου mRNA. Αυτό συνεπάγεται έκθεση και τοποθέτηση κάθε κωδικονίου mRNA έτσι ώστε τα ένζυμα να μπορούν να ταυτοποιήσουν και να προσαρτήσουν το αμινοξύ που αντιστοιχεί στο τρέχον κωδικόνιο. Ένα μόριο μεταφοράς RNA, ή tRNA, με ένα συμπληρωματικό αντι-κωδικόνιο κλειδώνει στην μεγαλύτερη υπομονάδα, το χαρακτηρισμένο αμινοξύ του σε έλξη. Τα ένζυμα στη συνέχεια μεταφέρουν το αμινοξύ στην αναπτυσσόμενη πρωτεϊνική αλυσίδα, αποβάλλουν το χρησιμοποιημένο tRNA για επαναχρησιμοποίηση και εκθέτουν το επόμενο κωδικόνιο mRNA. Όταν τελειώσει, το ριβόσωμα απελευθερώνει τη νέα πρωτεΐνη και οι δύο υπομονάδες διαχωρίζονται.