Central dogme (genekspression): definition, trin, regulering

Molekylærbiologiens centrale dogme forklarer, at informationsstrømmen for gener er fra DNAgenetisk kode til en mellemliggende RNA-kopi og derefter til proteiner syntetiseret fra koden. Nøgleidéerne bag dogmen blev først foreslået af den britiske molekylærbiolog Francis Crick i 1958.

I 1970 blev det almindeligt accepteret, at RNA lavede kopier af specifikke gener fra den oprindelige dobbelte dobbelthelix og derefter dannede grundlaget for produktionen af ​​proteiner fra den kopierede kode.

Processen med at kopiere gener via transkription af den genetiske kode og producere proteiner gennem translation af koden i kæder af aminosyrer kaldes genekspression. Afhængig af cellen og nogle miljømæssige faktorer udtrykkes visse gener, mens andre forbliver sovende. Genekspression styres af kemiske signaler mellem celler og organer i levende organismer.

Opdagelsen af alternativ splejsning og undersøgelse af ikke-kodende DNA-dele kaldet introner angive, at processen beskrevet af biologiens centrale dogme er mere kompliceret, end man oprindeligt antog. Det enkle

Oplysningerne kodet i proteiner kan ikke påvirke den originale DNA-kode.

Det DNA-helix der koder for organismens genetiske information, er placeret i kernen i eukaryote celler. Prokaryote celler er celler, der ikke har en kerne, så DNA-transkription, translation og proteinsyntese finder alle sted i cellens cytoplasma via en lignende (men enklere) transskription / oversættelsesproces.

I eukaryote celler, DNA-molekyler kan ikke forlade kernen, så celler er nødt til at kopiere den genetiske kode for at syntetisere proteiner i cellen uden for kerne. Transskriptionskopieringsprocessen initieres af et enzym kaldet RNA-polymerase og det har følgende faser:

1. Indvielse. RNA-polymerasen adskiller midlertidigt de to tråde i DNA-helixen. De to DNA-helixstrenge forbliver fastgjort på hver side af gensekvensen, der kopieres.

2. Kopiering. RNA-polymerasen bevæger sig langs DNA-strengene og laver en kopi af et gen på en af ​​strengene.

3. Splejsning. DNA-strengene indeholder proteinkodende sekvenser kaldet eksonerog sekvenser, der ikke anvendes i proteinproduktion kaldes introner. Da formålet med transkriptionsprocessen er at producere RNA til syntese af proteiner, kasseres den introniske del af den genetiske kode ved hjælp af en splejsmekanisme.
   

DNA-sekvensen kopieret i anden fase indeholder eksoner og introner og er en forløber for messenger-RNA.

For at fjerne intronerne skal præ-mRNA streng skæres ved en intron / exon-grænseflade. Introndelen af ​​strengen danner en cirkulær struktur og forlader tråden, så de to eksoner fra hver side af intronen kan slutte sig sammen. Når fjernelsen af ​​intronerne er afsluttet, er den nye mRNA-streng det modent mRNA, og den er klar til at forlade kernen.

Proteiner er lange strenge af aminosyrer forbundet med peptidbindinger. De er ansvarlige for at påvirke, hvordan en celle ser ud, og hvad den gør. De danner cellestrukturer og spiller en nøglerolle i stofskiftet. De fungerer som enzymer og hormoner og er indlejret i cellemembraner for at lette overgangen af ​​store molekyler.

Sekvensen af ​​aminosyrestrengen til et protein er kodet i DNA-helixen. Koden består af de følgende fire nitrogenholdige baser:

• Guanine (G)
• Cytosin (C)
• Adenin (A)
• Thymin (T)

Disse er nitrogenholdige baser, og hvert led i DNA-kæden består af et basepar. Guanin danner et par med cytosin, og adenin danner et par med thymin. Links får navne på et bogstav afhængigt af hvilken base der kommer først i hvert link. Baseparene kaldes G, C, A og T for linkene guanin-cytosin, cytosin-guanin, adenin-thymin og thymin-adenin.

Tre basepar repræsenterer en kode for en bestemt aminosyre og kaldes a codon. En typisk kodon kan kaldes GGA eller ATC. Fordi hvert af de tre kodonplaceringer for et basepar kan have fire forskellige konfigurationer, er det samlede antal kodoner 4³ eller 64.

Der er ca. 20 aminosyrer, der bruges i proteinsyntese, og der er også kodoner til start- og stopsignaler. Som et resultat er der nok kodoner til at definere en sekvens af aminosyrer for hvert protein med nogle afskedigelser.

MRNA er en kopi af koden til et protein.

Når mRNA'en forlader kernen, ser den efter en ribosom at syntetisere det protein, som det har de kodede instruktioner til.

Ribosomer er de fabrikker i cellen, der producerer cellens proteiner. De består af en lille del, der læser mRNA og en større del, der samler aminosyrerne i den rigtige sekvens. Ribosomet består af ribosomalt RNA og associerede proteiner.

Ribosomer findes enten flydende i cellen cytosol eller knyttet til cellen endoplasmatisk retikulum (ER), en række membranindesluttede sække fundet nær kernen. Når de flydende ribosomer producerer proteiner, frigives proteinerne i cellecytosolen.

Hvis ribosomerne bundet til ER producerer et protein, sendes proteinet uden for cellemembranen for at blive brugt andre steder. Celler, der udskiller hormoner og enzymer, har normalt mange ribosomer knyttet til ER og producerer proteiner til ekstern brug.

MRNA'et binder til et ribosom, og oversættelsen af ​​koden til det tilsvarende protein kan begynde.

Flydende i cellecytosolen kaldes aminosyrer og små RNA-molekyler overføre RNA eller tRNA. Der er et tRNA-molekyle for hver type aminosyre, der anvendes til proteinsyntese.

Når ribosomet læser mRNA-koden, vælger det et tRNA-molekyle til at overføre den tilsvarende aminosyre til ribosomet. TRNA bringer et molekyle af den specificerede aminosyre til ribosomet, som binder molekylet i den korrekte sekvens til aminosyrekæden.

Begivenhedens rækkefølge er som følger:

1. Indvielse. Den ene ende af mRNA-molekylet binder til ribosomet.
2. Oversættelse. Ribosomet læser den første codon af mRNA-koden og vælger den tilsvarende aminosyre fra tRNA'et. Ribosomet læser derefter det andet codon og fastgør den anden aminosyre til den første.
3. Færdiggørelse. Ribosomet arbejder sig ned ad mRNA-kæden og producerer en tilsvarende proteinkæde på samme tid. Proteinkæden er en sekvens af aminosyrer med peptidbindinger danner en polypeptidkæde.

Nogle proteiner produceres i batches, mens andre syntetiseres kontinuerligt for at imødekomme de løbende behov i cellen. Når ribosomet producerer proteinet, er informationsstrømmen af ​​det centrale dogme fra DNA til protein komplet.

Alternativer til den direkte informationsstrøm, der er planlagt i den centrale dogme, er for nylig blevet undersøgt. I alternativ splejsningpræ-mRNA skæres for at fjerne introner, men sekvensen af ​​exoner i den kopierede DNA-streng ændres.

Dette betyder, at en DNA-kodesekvens kan give anledning til to forskellige proteiner. Mens introner kasseres som ikke-kodende genetiske sekvenser, kan de påvirke exon-kodning og kan være en kilde til yderligere gener under visse omstændigheder.

Mens den centrale dogme inden for molekylærbiologi forbliver gyldig for så vidt angår informationsstrømmen, er detaljer om, hvordan informationen flyder fra DNA'et til proteinerne, er mindre lineær end oprindeligt tanke.