Das zentrale Dogma der Molekularbiologie erklärt, dass der Informationsfluss für Gene von der DNAgenetischer Code zu einem Zwischen-RNA-Kopie und dann zum Proteine aus dem Code synthetisiert. Die dem Dogma zugrunde liegenden Schlüsselideen wurden erstmals 1958 vom britischen Molekularbiologen Francis Crick vorgeschlagen.
Bis 1970 wurde allgemein akzeptiert, dass RNA Kopien bestimmter Gene aus der ursprünglichen DNA-Doppelhelix herstellte und dann die Grundlage für die Produktion von Proteinen aus dem kopierten Code bildete.
Der Vorgang des Kopierens von Genen durch Transkription des genetischen Codes und der Herstellung von Proteinen durch Übersetzung des Codes in Aminosäureketten wird als. bezeichnet Genexpression. Abhängig von der Zelle und einigen Umweltfaktoren werden bestimmte Gene exprimiert, während andere inaktiv bleiben. Die Genexpression wird durch chemische Signale zwischen den Zellen und Organen lebender Organismen gesteuert.
Die Entdeckung von alternatives Spleißen und das Studium nicht-kodierender Teile der DNA, genannt
Introns weisen darauf hin, dass der vom zentralen Dogma der Biologie beschriebene Prozess komplizierter ist als zunächst angenommen. Das Einfache Die DNA-zu-RNA-zu-Protein-Sequenz weist Verzweigungen und Variationen auf, die Organismen helfen, sich an eine sich ändernde Umgebung anzupassen. Der Grundsatz, dass sich genetische Informationen nur in eine Richtung bewegen, von DNA über RNA bis hin zu Proteinen, bleibt unangefochten.Die in Proteinen kodierten Informationen können den ursprünglichen DNA-Code nicht beeinflussen.
DNA-Transkription findet im Kern statt
Das DNA-Helix das die genetische Information des Organismus kodiert, befindet sich im Zellkern eukaryontischer Zellen. Prokaryontische Zellen sind Zellen, die keinen Kern haben, also DNA-Transkription, Translation und Proteinsynthese finden alle im Zytoplasma der Zelle über einen ähnlichen (aber einfacheren) Transkription/Übersetzungsprozess.
Im eukaryotische Zellen, DNA-Moleküle können den Zellkern nicht verlassen, daher müssen Zellen den genetischen Code kopieren, um Proteine in der Zelle außerhalb des Zellkerns zu synthetisieren Kern. Der Kopierprozess der Transkription wird durch ein Enzym namens initiated initiiert RNA-Polymerase und hat folgende Stufen:
- Einleitung. Die RNA-Polymerase trennt vorübergehend die beiden Stränge der DNA-Helix. Die beiden DNA-Helixstränge bleiben auf beiden Seiten der zu kopierenden Gensequenz verbunden.
Kopieren. Die RNA-Polymerase wandert entlang der DNA-Stränge und erstellt eine Kopie eines Gens auf einem der Stränge.
Spleißen. Die DNA-Stränge enthalten proteinkodierende Sequenzen, die als Exons, und Sequenzen, die nicht in der Proteinproduktion verwendet werden, heißen Introns. Da der Zweck des Transkriptionsprozesses darin besteht, RNA für die Synthese von Proteinen zu produzieren, wird der Intron-Teil des genetischen Codes durch einen Spleißmechanismus verworfen.
Die im zweiten Schritt kopierte DNA-Sequenz enthält die Exons und Introns und ist eine Vorstufe der Boten-RNA.
Um die Introns zu entfernen, Prä-mRNA Strang wird an einer Intron/Exon-Schnittstelle geschnitten. Der Intronteil des Strangs bildet eine kreisförmige Struktur und verlässt den Strang, wodurch sich die beiden Exons von beiden Seiten des Introns verbinden können. Wenn die Entfernung der Introns abgeschlossen ist, ist der neue mRNA-Strang reife mRNA, und es ist bereit, den Kern zu verlassen.
Die mRNA enthält eine Kopie des Codes für ein Protein
Proteine sind lange Ketten von string Aminosäuren durch Peptidbindungen verbunden. Sie sind dafür verantwortlich, zu beeinflussen, wie eine Zelle aussieht und was sie tut. Sie bilden Zellstrukturen und spielen eine Schlüsselrolle im Stoffwechsel. Sie wirken als Enzyme und Hormone und sind in Zellmembranen eingebettet, um den Übergang großer Moleküle zu erleichtern.
Die Sequenz der Aminosäurekette eines Proteins ist in der DNA-Helix kodiert. Der Code besteht aus den folgenden vier stickstoffhaltige Basen:
- Guanin (G)
- Cytosin (C)
- Adenin (A)
- Thymin (T)
Dies sind stickstoffhaltige Basen, und jedes Glied in der DNA-Kette besteht aus einem Basenpaar. Guanin bildet ein Paar mit Cytosin und Adenin bildet ein Paar mit Thymin. Die Links erhalten aus einem Buchstaben bestehende Namen, je nachdem, welche Basis in jedem Link an erster Stelle steht. Die Basenpaare werden G, C, A und T für die Guanin-Cytosin-, Cytosin-Guanin-, Adenin-Thymin- und Thymin-Adenin-Verbindungen genannt.
Drei Basenpaare stellen einen Code für eine bestimmte Aminosäure dar und heißen a codon. Ein typisches Codon könnte GGA oder ATC genannt werden. Da jeder der drei Codonplätze für ein Basenpaar vier verschiedene Konfigurationen haben kann, beträgt die Gesamtzahl der Codons 43 oder 64.
Es gibt etwa 20 Aminosäuren, die in der Proteinsynthese verwendet werden, und es gibt auch Codons für Start- und Stoppsignale. Als Ergebnis gibt es genügend Codons, um für jedes Protein mit einigen Redundanzen eine Sequenz von Aminosäuren zu definieren.
Die mRNA ist eine Kopie des Codes für ein Protein.
Proteine werden von Ribosomen produziert
Wenn die mRNA den Kern verlässt, sucht sie nach a Ribosom das Protein zu synthetisieren, für das es die codierten Anweisungen hat.
Ribosomen sind die Fabriken der Zelle, die die Proteine der Zelle produzieren. Sie bestehen aus einem kleinen Teil, der die mRNA liest, und einem größeren Teil, der die Aminosäuren in der richtigen Reihenfolge zusammenfügt. Das Ribosom besteht aus ribosomale RNA und assoziierte Proteine.
Ribosomen werden entweder in der Zelle schwimmend gefunden Zytosol oder an der Zelle befestigt endoplasmatisches Retikulum (ER), eine Reihe von membranumschlossenen Säcken in der Nähe des Zellkerns. Wenn die schwimmenden Ribosomen Proteine produzieren, werden die Proteine in das Zellzytosol freigesetzt.
Wenn die an das ER gebundenen Ribosomen ein Protein produzieren, wird das Protein aus der Zellmembran geschickt, um woanders verwendet zu werden. Zellen, die Hormone und Enzyme sezernieren, haben normalerweise viele Ribosomen, die an das ER gebunden sind und Proteine für den externen Gebrauch produzieren.
Die mRNA bindet an ein Ribosom und die Übersetzung des Codes in das entsprechende Protein kann beginnen.
Translation baut ein spezifisches Protein gemäß dem mRNA-Code zusammen
Im Zytosol der Zelle schwimmen Aminosäuren und kleine RNA-Moleküle, genannt Transfer-RNA oder tRNA. Für jede Art von Aminosäure, die für die Proteinsynthese verwendet wird, gibt es ein tRNA-Molekül.
Wenn das Ribosom den mRNA-Code liest, wählt es ein tRNA-Molekül aus, um die entsprechende Aminosäure auf das Ribosom zu übertragen. Die tRNA bringt ein Molekül der angegebenen Aminosäure zum Ribosom, das das Molekül in der richtigen Reihenfolge an die Aminosäurekette bindet.
Der Ablauf der Ereignisse ist wie folgt:
- Einleitung. Ein Ende des mRNA-Moleküls bindet an das Ribosom.
- Übersetzung. Das Ribosom liest das erste Codon des mRNA-Codes und wählt die entsprechende Aminosäure aus der tRNA aus. Das Ribosom liest dann das zweite Codon und bindet die zweite Aminosäure an die erste an.
- Fertigstellung. Das Ribosom arbeitet sich die mRNA-Kette nach unten und produziert gleichzeitig eine entsprechende Proteinkette. Die Proteinkette ist eine Abfolge von Aminosäuren mit Peptidbindungen a bilden Polypeptidkette.
Einige Proteine werden in Chargen hergestellt, während andere kontinuierlich synthetisiert werden, um den laufenden Bedarf der Zelle zu decken. Wenn das Ribosom das Protein produziert, ist der Informationsfluss des zentralen Dogmas von der DNA zum Protein abgeschlossen.
Alternatives Spleißen und die Auswirkungen von Introns
Alternativen zum im zentralen Dogma vorgesehenen direkten Informationsfluss wurden kürzlich untersucht. Im alternatives Spleißen, wird die Prä-mRNA geschnitten, um Introns zu entfernen, aber die Sequenz der Exons im kopierten DNA-String wird geändert.
Das bedeutet, dass aus einer DNA-Codesequenz zwei verschiedene Proteine entstehen können. Während Introns als nicht-kodierende genetische Sequenzen verworfen werden, können sie die Exonkodierung beeinflussen und unter bestimmten Umständen eine Quelle für zusätzliche Gene sein.
Während das zentrale Dogma der Molekularbiologie hinsichtlich des Informationsflusses Gültigkeit behält, Details zum genauen Informationsfluss von der DNA zu den Proteinen sind weniger linear als ursprünglich habe gedacht.
