العقيدة المركزية (التعبير الجيني): التعريف ، الخطوات ، التنظيم

توضح العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية أن تدفق المعلومات للجينات يأتي من الحمض النوويالكود الجيني إلى نسخة RNA وسيطة ثم إلى البروتينات توليفها من التعليمات البرمجية. تم اقتراح الأفكار الرئيسية الكامنة وراء العقيدة لأول مرة من قبل عالم الأحياء الجزيئية البريطاني فرانسيس كريك في عام 1958.

بحلول عام 1970 أصبح من المقبول عمومًا أن RNA صنع نسخًا من جينات معينة من الحلزون المزدوج الأصلي للحمض النووي ثم شكل الأساس لإنتاج البروتينات من الشفرة المنسوخة.

تسمى عملية نسخ الجينات عبر نسخ الشفرة الجينية وإنتاج البروتينات من خلال ترجمة الكود إلى سلاسل من الأحماض الأمينية التعبير الجيني. اعتمادًا على الخلية وبعض العوامل البيئية ، يتم التعبير عن بعض الجينات بينما يظل البعض الآخر كامنًا. يخضع التعبير الجيني للإشارات الكيميائية بين خلايا وأعضاء الكائنات الحية.

اكتشاف الربط البديل ودراسة الأجزاء غير المشفرة من الحمض النووي تسمى الإنترونات تشير إلى أن العملية التي وصفتها العقيدة المركزية للبيولوجيا أكثر تعقيدًا مما كان يُفترض في البداية. البسيط الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي لتسلسل البروتين له فروع وتنوعات تساعد الكائنات الحية على التكيف مع البيئة المتغيرة

لا يمكن للمعلومات المشفرة في البروتينات أن تؤثر على كود الحمض النووي الأصلي.

ال حلزون الحمض النووي الذي يشفر المعلومات الجينية للكائن الموجود في نواة الخلايا حقيقية النواة. الخلايا بدائية النواة هي خلايا ليس لها نواة ، لذلك نسخ الحمض النوويوالترجمة وتوليف البروتينات تتم جميعها في سيتوبلازم الخلية عبر عنصر مشابه (ولكن أبسط) عملية النسخ / الترجمة.

في الخلايا حقيقية النواة، لا يمكن لجزيئات الحمض النووي أن تترك النواة ، لذلك يتعين على الخلايا نسخ الشفرة الجينية لتخليق البروتينات في الخلية خارج نواة. تبدأ عملية النسخ عن طريق إنزيم يسمى بوليميراز الحمض النووي الريبي وتتميز بالمراحل التالية:

1. المبادرة. يفصل بوليميراز RNA مؤقتًا بين خيوط حلزون الحمض النووي. تظل خيوط DNA الحلزونية متصلة على جانبي التسلسل الجيني الذي يتم نسخه.

2. نسخ. ينتقل بوليميراز الحمض النووي الريبي على طول خيوط الدنا ويصنع نسخة من الجين على أحد الخيوط.

3. الربط. تحتوي خيوط الحمض النووي على تسلسلات ترميز البروتين تسمى exons، والتسلسلات التي لا تستخدم في إنتاج البروتين تسمى الإنترونات. نظرًا لأن الغرض من عملية النسخ هو إنتاج RNA لتخليق البروتينات ، يتم تجاهل جزء intron من الكود الجيني باستخدام آلية الربط.
   

يحتوي تسلسل الحمض النووي المنسوخ في المرحلة الثانية على exons و introns وهو مقدمة لـ messenger RNA.

لإزالة الإنترونات ، فإن قبل مرنا يتم قطع حبلا في واجهة intron / exon. يشكل جزء intron من الخيط بنية دائرية ويترك الخصلة ، مما يسمح للإكسونات من جانبي الإنترون بالانضمام معًا. عند اكتمال إزالة الإنترونات ، يكون حبلا الرنا المرسال الجديد ناضجة مرناوهي جاهزة لترك النواة.

البروتينات هي سلاسل طويلة من أحماض أمينية انضمت بواسطة روابط الببتيد. هم مسؤولون عن التأثير على شكل الخلية وماذا تفعل. أنها تشكل هياكل الخلايا وتلعب دورًا رئيسيًا في عملية التمثيل الغذائي. تعمل كإنزيمات وهرمونات ومدمجة في أغشية الخلايا لتسهيل انتقال الجزيئات الكبيرة.

يتم ترميز تسلسل سلسلة الأحماض الأمينية للبروتين في حلزون الحمض النووي. يتكون الرمز من الأربعة التالية القواعد النيتروجينية:

• جوانين (G)
• سيتوزين (ج)
• الأدينين (أ)
• ثايمين (T)

هذه قواعد نيتروجينية ، ويتكون كل رابط في سلسلة الحمض النووي من زوج قاعدي. يشكل الجوانين زوجًا مع السيتوزين ، ويشكل الأدينين زوجًا مع الثايمين. يتم إعطاء الروابط أسماء من حرف واحد بناءً على القاعدة التي تأتي أولاً في كل رابط. تسمى الأزواج الأساسية G و C و A و T من أجل روابط الجوانين - السيتوزين ، والسيتوزين - الجوانين ، والأدينين - الثايمين ، والثيمين - الأدينين.

تمثل ثلاثة أزواج قاعدية رمزًا لحمض أميني معين وتسمى أ كودون. قد يسمى الكودون النموذجي GGA أو ATC. نظرًا لأن كل مكان من أماكن الكودون الثلاثة للزوج الأساسي يمكن أن يحتوي على أربعة تكوينات مختلفة ، فإن العدد الإجمالي للكودونات هو 4³ أو 64.

هناك حوالي 20 من الأحماض الأمينية المستخدمة في تخليق البروتين ، وهناك أيضًا أكواد لإشارات البدء والإيقاف. نتيجة لذلك ، هناك عدد كافٍ من الكودونات لتحديد سلسلة من الأحماض الأمينية لكل بروتين مع بعض التكرار.

إن mRNA هو نسخة من الكود الخاص ببروتين واحد.

عندما يترك mRNA النواة ، فإنه يبحث عن أ الريبوسوم لتجميع البروتين الذي يحتوي على تعليمات مشفرة.

الريبوسومات هي مصانع الخلية التي تنتج بروتينات الخلية. وهي تتكون من جزء صغير يقرأ mRNA وجزء أكبر يجمع الأحماض الأمينية بالتسلسل الصحيح. يتكون الريبوسوم من RNA الريبوسوم والبروتينات المرتبطة.

تم العثور على الريبوسومات إما عائمة في الخلية العصارة الخلوية أو تعلق على الخلية الشبكة الأندوبلازمية (ER)، سلسلة من الحويصلات المغلقة بغشاء توجد بالقرب من النواة. عندما تنتج الريبوسومات العائمة البروتينات ، يتم إطلاق البروتينات في العصارة الخلوية الخلوية.

إذا كانت الريبوسومات المرتبطة بـ ER تنتج بروتينًا ، يتم إرسال البروتين خارج غشاء الخلية لاستخدامه في مكان آخر. عادةً ما تحتوي الخلايا التي تفرز الهرمونات والإنزيمات على العديد من الريبوسومات المرتبطة بـ ER وتنتج بروتينات للاستخدام الخارجي.

يرتبط mRNA بالريبوسوم ، ويمكن أن تبدأ ترجمة الكود إلى البروتين المقابل.

تطفو في العصارة الخلوية الأحماض الأمينية وجزيئات الحمض النووي الريبي الصغيرة تسمى نقل الحمض النووي الريبي أو الحمض الريبي النووي النقال. يوجد جزيء tRNA لكل نوع من أنواع الأحماض الأمينية المستخدمة في تخليق البروتين.

عندما يقرأ الريبوسوم رمز mRNA ، فإنه يختار جزيء tRNA لنقل الحمض الأميني المقابل إلى الريبوسوم. يجلب الحمض الريبي النووي النقال جزيء من الحمض الأميني المحدد إلى الريبوسوم ، والذي يربط الجزيء بالتسلسل الصحيح بسلسلة الأحماض الأمينية.

تسلسل الأحداث على النحو التالي:

1. المبادرة. يرتبط أحد طرفي جزيء الرنا المرسال بالريبوسوم.
2. ترجمة. يقرأ الريبوسوم الكودون الأول لرمز الرنا المرسال ويختار الحمض الأميني المقابل من الحمض الريبي النووي النقال. ثم يقرأ الريبوسوم الكودون الثاني ويربط الحمض الأميني الثاني بالأول.
3. إكمال. يعمل الريبوسوم في طريقه إلى أسفل سلسلة الرنا المرسال وينتج سلسلة بروتين مقابلة في نفس الوقت. سلسلة البروتين هي سلسلة من الأحماض الأمينية مع السندات الببتيد تشكيل أ سلسلة بولي ببتيد.

يتم إنتاج بعض البروتينات على دفعات بينما يتم تصنيع البعض الآخر باستمرار لتلبية الاحتياجات المستمرة للخلية. عندما ينتج الريبوسوم البروتين ، يكتمل تدفق المعلومات للعقيدة المركزية من الحمض النووي إلى البروتين.

تمت دراسة بدائل تدفق المعلومات المباشر المتصور في العقيدة المركزية مؤخرًا. في الربط البديل، يتم قطع pre-mRNA لإزالة الإنترونات ، ولكن يتم تغيير تسلسل exons في سلسلة DNA المنسوخة.

هذا يعني أن تسلسل كود DNA واحد يمكن أن ينتج عنه بروتينين مختلفين. بينما يتم تجاهل الإنترونات كتسلسلات جينية غير مشفرة ، فإنها قد تؤثر على ترميز exon وقد تكون مصدرًا لجينات إضافية في ظروف معينة.

بينما تظل العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية صالحة فيما يتعلق بتدفق المعلومات ، فإن التفاصيل الدقيقة لكيفية تدفق المعلومات من الحمض النووي إلى البروتينات أقل خطية مما كانت عليه في الأصل فكر.