Централната догма на молекулярната биология обяснява, че информационният поток за гените е от ДНКгенетичен код до междинно РНК копие и след това към протеини синтезиран от кода. Основните идеи, залегнали в основата на догмата, са предложени за първи път от британския молекулярен биолог Франсис Крик през 1958 г.
До 1970 г. стана общоприето, че РНК прави копия на специфични гени от оригиналната ДНК двойна спирала и след това формира основата за производството на протеини от копирания код.
Процесът на копиране на гени чрез транскрипция на генетичния код и производство на протеини чрез транслация на кода във вериги на аминокиселини се нарича генната експресия. В зависимост от клетката и някои фактори на околната среда, някои гени се експресират, докато други остават в латентно състояние. Експресията на гени се управлява от химически сигнали между клетките и органите на живите организми.
Откритието на алтернативно снаждане и изследването на некодиращи части от ДНК, наречено интрони показват, че процесът, описан от централната догма на биологията, е по-сложен, отколкото се предполагаше първоначално. Простото
ДНК към РНК към протеинова последователност има клонове и вариации, които помагат на организмите да се адаптират към променящата се среда. Основният принцип, че генетичната информация се движи само в една посока, от ДНК към РНК към протеини, остава неоспорен.Информацията, кодирана в протеини, не може да повлияе на оригиналния ДНК код.
ДНК транскрипцията се провежда в ядрото
The ДНК спирала който кодира генетичната информация на организма, се намира в ядрото на еукариотните клетки. Прокариотните клетки са клетки, които нямат ядро, така че ДНК транскрипция, транслацията и синтеза на протеини се осъществяват в цитоплазмата на клетката чрез подобен (но по-прост) процес на транскрипция / превод.
В еукариотни клетки, ДНК молекулите не могат да напуснат ядрото, така че клетките трябва да копират генетичния код, за да синтезират протеини в клетката извън ядро. Процесът на копиране на транскрипция се инициира от ензим, наречен РНК полимераза и има следните етапи:
- Посвещение. РНК полимеразата временно разделя двете вериги на ДНК спиралата. Двете вериги на ДНК спирала остават прикрепени от двете страни на копираната генна последователност.
Копиране. РНК полимеразата пътува по ДНК веригите и прави копие на ген върху една от веригите.
Срастване. ДНК веригите съдържат кодиращи протеина последователности, наречени екзонии се наричат последователности, които не се използват при производството на протеини интрони. Тъй като целта на процеса на транскрипция е да произведе РНК за синтеза на протеини, интронната част на генетичния код се изхвърля с помощта на механизъм за сплайсинг.
ДНК последователността, копирана на втория етап, съдържа екзоните и интроните и е предшественик на пратената РНК.
За да премахнете интроните, пре-иРНК направлението се изрязва на интрон / екзон интерфейс. Вътрешната част на нишката образува кръгла структура и напуска нишката, позволявайки на двата екзона от двете страни на интрона да се съединят заедно. Когато премахването на интроните приключи, новата иРНК верига е зряла иРНК, и е готов да напусне ядрото.
ИРНК има копие на кода за протеин
Протеините са дълги струни от аминокиселини съединени с пептидни връзки. Те са отговорни за влиянието върху това как изглежда клетката и какво прави тя. Те образуват клетъчни структури и играят ключова роля в метаболизма. Те действат като ензими и хормони и са вградени в клетъчните мембрани, за да улеснят прехода на големи молекули.
Последователността на низа от аминокиселини за протеин е кодирана в спиралата на ДНК. Кодът се състои от следните четири азотни основи:
- Гуанин (G)
- Цитозин (С)
- Аденин (A)
- Тимин (T)
Това са азотни основи и всяко звено в ДНК веригата е изградено от двойка основи. Гуанинът образува двойка с цитозин, а аденинът - двойка с тимин. На връзките се дават еднобуквени имена в зависимост от това коя основа е на първо място във всяка връзка. Основните двойки се наричат G, C, A и T за връзките гуанин-цитозин, цитозин-гуанин, аденин-тимин и тимин-аденин.
Три основни двойки представляват код за определена аминокиселина и се наричат a кодон. Типичен кодон може да се нарече GGA или ATC. Тъй като всяко от трите места на кодони за базова двойка може да има четири различни конфигурации, общият брой на кодоните е 43 или 64.
Има около 20 аминокиселини, които се използват при синтеза на протеини, а има и кодони за сигнали за стартиране и спиране. В резултат на това има достатъчно кодони, за да се определи последователност от аминокиселини за всеки протеин с някои съкращения.
ИРНК е копие на кода за един протеин.
Протеините се произвеждат от рибозоми
Когато мРНК напусне ядрото, тя търси a рибозома да синтезира протеина, за който има кодирани инструкции.
Рибозомите са фабриките на клетката, които произвеждат клетъчните протеини. Те се състоят от малка част, която отчита иРНК и по-голяма част, която сглобява аминокиселините в правилната последователност. Рибозомата се състои от рибозомна РНК и свързани протеини.
Рибозомите се намират или плаващи в клетката цитозол или прикрепен към клетката ендоплазмения ретикулум (ER), поредица от мембранно затворени торбички, открити близо до ядрото. Когато плаващите рибозоми произвеждат протеини, протеините се освобождават в клетъчния цитозол.
Ако рибозомите, прикрепени към ER, произвеждат протеин, протеинът се изпраща извън клетъчната мембрана, за да се използва другаде. Клетките, които секретират хормони и ензими, обикновено имат много рибозоми, прикрепени към ER и произвеждат протеини за външна употреба.
ИРНК се свързва с рибозома и транслацията на кода в съответния протеин може да започне.
Преводът сглобява специфичен протеин според mRNA кода
Плаващи в клетъчния цитозол се наричат аминокиселини и малки молекули РНК трансфер РНК или тРНК. Има молекула тРНК за всеки тип аминокиселина, използвана за синтез на протеини.
Когато рибозомата чете mRNA кода, тя избира tRNA молекула, за да прехвърли съответната аминокиселина към рибозомата. TRNA носи молекула от посочената аминокиселина към рибозомата, която прикрепя молекулата в правилната последователност към аминокиселинната верига.
Последователността на събитията е следната:
- Посвещение. Единият край на молекулата на иРНК се свързва с рибозомата.
- Превод. Рибозомата чете първия кодон на иРНК кода и избира съответната аминокиселина от тРНК. След това рибозомата отчита втория кодон и свързва втората аминокиселина към първия.
- Завършване. Рибозомата си проправя път надолу по иРНК веригата и едновременно произвежда съответна протеинова верига. Протеиновата верига е последователност от аминокиселини с пептидни връзки образувайки a полипептидна верига.
Някои протеини се произвеждат на порции, докато други се синтезират непрекъснато, за да отговорят на текущите нужди на клетката. Когато рибозомата произвежда протеина, информационният поток на централната догма от ДНК към протеин е завършен.
Алтернативно сплайсинг и ефектите от интрони
Наскоро бяха проучени алтернативи на директния информационен поток, предвиден в централната догма. В алтернативно снаждане, пре-иРНК се изрязва, за да се премахнат интроните, но последователността на екзоните в копираната ДНК верига се променя.
Това означава, че една ДНК кодова последователност може да породи два различни протеина. Въпреки че интроните се изхвърлят като некодиращи генетични последователности, те могат да повлияят на кодирането на екзон и могат да бъдат източник на допълнителни гени при определени обстоятелства.
Докато централната догма на молекулярната биология остава валидна по отношение на информационния поток, подробности за това как точно информацията тече от ДНК към протеините е по-малко линейна от първоначалната мисъл.