A A A

Od rozkazodawcy do wykonawcy

Ponieważ cząsteczki DNA znajdują się wewnątrz jądra komórkowego, zamknięte w błonie jądrowej, szyfr, jaki one zawierają, musi przedostać się do miejsca, gdzie zachodzi intensywna synteza cząsteczek białkowych, tj. do cytoplazmy. Jak już wspominaliśmy, tymi warsztatami produkującymi białka są rybosomy, umiejscowione na powierzchni błon szorstkich w cytoplazmie. W jaki więc sposób i w jakiej formie wędruje informacja od DNA jądra komórkowego do rybosomów? Ostatnie badania ujawniły, że rolę przenosiciela informacji spełnia kwas nukleinowy zwany rybo-nukleinowym. Cząsteczki tego kwasu budową niezwykle przypominają cząsteczki DNA. Podobnie jak DNA kwas rybonukleinowy (RNA) składa się z łańcuchów, których ogniwami są nukleotydy. Trzy . zasady w nukleotydach — adenina, cytozyna i guanina — są takie same jak w DNA. Natomiast miejsce tyminy zajmuje uracyl. Cukier wchodzący w skład cząsteczki RNA nosi nazwę r y b o z y. Różni się on od dezoksyrybozy występującej w DNA tym, że ma o jeden atom tlenu więcej. Tak duże podobieństwo pomiędzy cząsteczkami DNA i RNA nie jest przypadkowe. Omawiając budowę cząsteczek DNA przedstawiliśmy również mechanizm ich samoreprodukcji. Każda z nich jest matrycą, na której odbywa się odtwarzanie jej kopii. Wobec znacznego podobieństwa pomiędzy DNA i RNA wyłania się pytanie, czy nie ma możliwości odtwarzania cząsteczek RNA na wzorcu DNA. Możliwość taka rzeczywiście istnieje, a zjawisko odtwarzania cząsteczek RNA na matrycy DNA jest podstawowym procesem informowania „warsztatów produkcyjnych" cytoplazmy. DNA zawiera więc plan budowy białka, a RNA działa w charakterze łącznika przenoszącego te plany do warsztatów. Z DNA, jako szablonu wzorcowego, komórka sporządza dokładne odbitki RNA, które wędrują do cytoplazmy. Ponieważ z jednej cząsteczki DNA można otrzymać wiele takich odbitek, „instrukcje" mogą być wielokrotnie powtarzane. Pierwszym etapem w procesie syntezy białka jest kopiowanie informacji zawartych w cząsteczce DNA i przekazywanie ich do cytoplazmy, a dokładniej na rybosomy. Zjawisko kopiowania informacji jest bardzo podobne do poznanego już procesu replikacji DNA. Różni się jedynie tym, że cząsteczka, która powstaje w wyniku kopiowania, nosi nazwę kwasu rybonukleinowego, tzw. RNA-przekaźnika (gdyż przekazuje informacje do cytoplazmy). RNA w odróżnieniu od DNA nie posiada jednej z zasad — tyminy; na jej miejscu występuje inna zasada — uracyl. Uracyl podobnie jak tymina tworzy wiązania wodorowe z adeniną. Inną różnicą jest obecność rybozy zamiast dezoksyrybozy w łańcuchu tego kwasu. Podobnie jak na schemacie na str. 40 w górnej części znajduje się model macierzystej cząsteczki DNA (symbole identyczne). I tutaj ma miejsce w pierwszej fazie rozwinięcie się danego fragmentu cząsteczki DNA oraz rozbicie wiązań wodorowych. Pojedynczy łańcuch DNA służy teraz za matrycę, na której jest syntezo-wany RNA. Naprzeciwko adeniny DNA umieszcza się w RNA uracyl, podczas gdy reszta zasad tworzy pary podobnie jak podczas replikacji DNA. Informacja skopiowana z DNA, zawarta w kolejności zasad RNA-przekaźnika, opuszcza jądro komórki i wędruje do warsztatów, w których odbywa się produkcja białka, tj. do rybosomów w cytoplazmie „Polecenia" dotyczące rodzaju syntezowanego białka, zaszyfrowane w budowie cząsteczkowej DNA, są przekazywane na RNA jako narzucone uszeregowanie nukleotydów w łańcuchu RNA, utworzonym na DNA. Na rybosomach RNA skopiowany z szyfru DNA pełni funkcję matrycy (szablonu), według której aminokwasy są układane w łańcuchy białek. Rybosomy są więc warsztatami, na których odbywa się synteza białka. Synteza ta może się dokonywać wtedy, gdy do owych warsztatów dotrą odpowiednie instrukcje, pochodzące z pierwotnego szyfru, zawartego w jądrze komórki. Tak więc poznaliśmy już dwa rodzaje cząsteczek RNA występujących w komórce. Jeden rodzaj — RNA-rybosomowy — stale znajduje się w rybosomach, drugi zaś, ciągle tworzony na wzorcach DNA i jądrze komórki, przemieszcza się do rybosomów, przenosząc na sobie informacje, które determinują strukturę cząsteczek białkowych produkowanych przez komórkę. Z racji siwej funkcji — przekazywania informacji ze „sterowni" komórki do jej „warsztatów pro- aukcyjnych" — ten rodzaj RNA został nazwany RNA - przekaźnikiem lub też RNA - informacyjnym (z ang. messenger RNA). Badania nad RNA-przekaźnikiem pozwoliły wydrzeć jeszcze jedną tajemnicę przyrodzie. Poznano bowiem, jaka kolejność nukleotydów w cząsteczce RNA warunkuje uszeregowanie określonych aminokwasów w produkowanym łańcuchu cząsteczki białkowej. Jako model doświadczalny wybrano komórkę bakteryjną, której „podano" sztucznie wytworzony szablon, składający się np. z nukleotydów tylko jednego rodzaju. Gdy nukleotydem tym była cząsteczka zawierająca jako zasadę azotową uracyl, do budowy białka ten uproszczony sztuczny szablon „wybrał" z dwudziestu dostępnych komórce aminokwasów tylko jeden — fenyloalaninę. Przekonano się o tym, stwierdziwszy, że komórka bakteryjna budowała białko składające się wyłącznie z tego aminokwasu. Udowodniono w ten sposób, że szyfrem dla fenyloalaniny jest taka cząsteczka RNA-przekaźnika, w której obok siebie leżą nukleotydy mające jako zasadę azotową uracyl. W ciągu zaledwie kilku miesięcy po tym odkryciu uczeni określili szyfr RNA dla większości aminokwasów. Wśród uczonych biochemików panuje opinia, że odkrycia te stanowią „początek końca" epoki badań w biologii cząsteczkowej. Początkiem tej epoki, według ich opnii, było rozszyfrowanie budowy cząsteczki DNA.