A A A

Od planu do realizacji

Na podstawie posiadanych już teraz wiadomości spróbujmy przedstawić sobie mechanizm, jakim komórka posługuje się tworząc cząsteczki białka. Informacje o tym, jakie cząsteczki mają być produkowane, komórka otrzymuje podczas podziału w cząsteczkach DNA chromosomów. Po podziale chromosomy w jądrze komórki potomnej ulegają rozprzestrzenieniu w substancji jądrowej i wkrótce stają się niewidoczne. Początkowo ułożone w pary, długie łańcuchy DNA ulegają rozszczepieniu i występują pojedynczo; wtedy właśnie stają się matrycą, na której z nukleotydów tworzy się cząsteczka RNA-przekaźnika, czyli informacyjnego (nukleotydy produkuje komórka z prostych związków chemicznych otrzymanych w pożywieniu). Nowo utworzona cząsteczka RNA „odpada" z matrycy, która gotowa jest znów do produkcji cząsteczki następnej. Należy jednak zaznaczyć, że skoro z elementów prostszych, tj. nukleotydów, tworzą się bardziej złożone — kwasy nukleinowe, do procesu tego potrzeba stałego dopływu energii. Energii tej dostarczają cząsteczki typu ATP. Uwolnione z matrycy cząsteczki RNA--przekaźnika wydostają się z jądra komórkowego prawdopodobnie przez otwory znajdujące się w błonie jądrowej i rozprzestrzeniają się wewnątrz komórki. Następnie gromadzą się na rybosomach, gdzie spełniają funkcję matrycy (szablonu). Poza tym w cytoplazmie znajdują się cząsteczki RNA-przenośnika, które „poszukują" poszczególnych aminokwasów. Aby dostać się na cząsteczkę RNA-przenośnika, na rybosomie, Ogólny schemat biosyntezy białka. Informacja genetyczna o rodzaju wytwarzanego białka zawarta jest w kolejności nukleotydów w spiralnie skręconych łańcuchach cząsteczki DNA. Informacja ta zostaje przekazana cząsteczce RNA-przekaźnika (dla uproszczenia RNA-przekaźnik jest skopiowany tylko z jednego z łańcuchów DNA, z zaznaczonego grubszą linią). RNA-przekaźnik umieszcza się na rybosomach, gdzie służy za szablon od syntezy białka. Synteza białka wymaga jeszcze obecności innego rodzaju cząsteczek RNA. Są to cząsteczki RNA-przenośnika, inaczej RNA rozpuszczalnego. Ich rola sprowadza się do doprowadzenia aminokwasów do szablonu RNA na rybosomach. Mają one kształt spiralek, posiadający dwa różne czynnościowo bieguny. Jednym z nich rozpoznają właściwy aminokwas i przy współudziale ATP oraz pewnych enzymów przyczepiają do siebie ten aminokwas. Drugi natomiast biegun — najprawdopodobniej utworzony z trójki zasad — szuka swojego miejsca na szablonie RNA, którym jest RNA-przekaźnik znajdujący się na rybosomie. Informacja odnośnie do każdego aminokwasu jest zawarta w RNA w postaci trójki zasad. Każda z takich trójek, charakterystyczna dla określonego aminokwasu, nosi nazwę kodonu. Trójka zasad w cząsteczce RNA-przenośnika, szukająca swego miejsca na szablonie, otrzymała nazwę antykodonu. Przyjmuje się więc, że antykodon RNA-przenośnika odnajduje właściwy kodon na szablonie RNA-przekaźnika i umiejscawia się na moment dzięki wiązaniom wodorowym pomiędzy zasadami kodonu i antykodonu. Istnieją wówczas możliwości przestrzenne do tworzenia się wiązań peptydowych pomiędzy sąsiednimi aminokwasami doniesionymi przez RNA-przenośnik, co ma miejsce w obecności jeszcze pewnych enzymów. Tworzy się łańcuch białkowy, a RNA-przenośnik uwalnia się z szablonu. Odległości pomiędzy zasadami RNA-przekaźnika są równe, dla łatwiejszego jednak wyobrażenia całego procesu zostały na schemacie zgrupowane w postaci trójek aminokwas musi otrzymać pewną ilość energii. Podobnie jak pasażer jadący pociągiem musi opłacić przejazd nabywszy bilet, tak aminokwas dopiero wtedy uzyskuje „możliwość przejazdu" na miejsce przeznaczenia, tj. do rybosomów, gdy uprzednio „nabędzie energię". Jak zwykle dawcami energii są cząsteczki ATP. Cząsteczka RNA-przenośni- ka umieszcza aminokwas na określonym miejscu RNA-przekaźnika, który rozpoznaje trójnukleotydowym fragmentem własnego łańcucha (p. schemat). Dopiero na wzorcu-szablonie RNA na rybosomie istnieją wszelkie warunki przestrzenne, aby sąsiednie aminokwasy mogły połączyć się wiązaniami peptydowymi. Po utworzeniu długiego łańcucha białkowego, który uwalnia się z szablonu, ten ostatni jest znów gotów do produkcji następnej cząsteczki. RNA-przekaźnik układa się na rybosomach w charakterystyczny sposób — w kształcie nitki, na którą onanizują się kuliste rybosomy. W ten sposób tworzą się struktury przypominające nanizane na nitkę paciorki, które otrzymały nazwę polisomów. Obecność takich struktur zarówno w żywych komórkach, jak też i w zawiesinie rybosomów, do których dodano RNA-przekaźnik, ujawnił mikroskop elektronowy. Synteza białka zachodzi zatem na polisomach. Zakłada się, że odbywa się to w sposób przedstawiony na rys. na str. 49. Uwolniona z szablonu cząsteczka białka wędruje do poszczególnych organellów komórki, by tam pełnić swą funkcję; może również zostać usunięta z komórki, jak np. cząstka hormonu lub przeciwciała, które swą czynność spełniają poza komórkami. Szybkość opisanego procesu wytwarzania białka jest olbrzymia. Na sztucznie wytworzonym wzorcu RNA, składającym się wyłącznie z jednej zasady — uracylu (tzw. poliuracyl) syntezuje się wyłącznie białko, w skład którego wchodzi tylko jeden aminokwas — fenyloalanina. Tak więc fenyloalanina jest zakodowana w RNA w postaci trzech kolejnych zasad, które stanowi uracyl, czemu w DNA odpowiada trójka złożona z zasad adeniny. Kilka miesięcy po tym doświadczeniu poznano kod dla prawie wszystkich aminokwasów swiadczalnie stwierdzono, że komórka jest w stanie wyprodukować łańcuch białkowy o 150 aminokwasach w czasie zaledwie 90 sekund po dostarczeniu jej niezbędnych aminokwasów.