Keskne dogma (geeniekspressioon): määratlus, sammud, regulatsioon

Molekulaarbioloogia keskne dogma selgitab, et geenide infovoog on pärit DNAgeneetiline kood ühele RNA vahekoopia ja siis valgud sünteesitakse koodist. Dogma aluseks olevad peamised ideed pakkus esmakordselt välja Briti molekulaarbioloog Francis Crick 1958. aastal.

Aastaks 1970 sai üldtunnustatud seisukoht, et RNA tegi originaalsest DNA topeltheeliksist spetsiifiliste geenide koopiad ja moodustas seejärel aluse valkude tootmiseks kopeeritud koodist.

Geenide kopeerimise protsessi geneetilise koodi transkriptsiooni kaudu ja valkude tootmist koodi translatsiooni teel aminohapete ahelateks nimetatakse geeniekspressioon. Sõltuvalt rakust ja mõnest keskkonnategurist ekspresseeritakse teatud geene, teised aga jäävad seisma. Geeniekspressiooni reguleerivad elusorganismide rakkude ja organite vahelised keemilised signaalid.

Avastus alternatiivne splaissing ja DNA mittekodeerivate osade uurimist intronid näitavad, et bioloogilise keskdogma kirjeldatud protsess on keerulisem, kui algselt eeldati. Lihtne

Valkudes kodeeritud teave ei saa mõjutada algset DNA-koodi.

The DNA spiraal mis kodeerib organismi geneetilist teavet, asub eukarüootsete rakkude tuumas. Prokarüootsed rakud on rakud, millel pole tuuma, nii et DNA transkriptsioon, translatsioon ja valgusüntees toimuvad kõik raku tsütoplasmas sarnase (kuid lihtsama) kaudu transkriptsiooni / tõlkimise protsess.

Sisse eukarüootsed rakud, Ei saa DNA molekulid tuumast lahkuda, nii et rakud peavad kopeerima geneetilise koodi valkude sünteesimiseks väljaspool rakku tuum. Transkriptsiooni kopeerimise käivitab ensüüm nimega RNA polümeraas ja sellel on järgmised etapid:

1. Algatus. RNA polümeraas eraldab ajutiselt DNA heeliksi kaks ahelat. Kaks DNA heeliksi ahelat jäävad kinnitatud kopeeritava geenijärjestuse mõlemale küljele.

2. Kopeerimine. RNA polümeraas liigub mööda DNA ahelaid ja teeb ühel ahelal koopia geenist.

3. Splaissimine. DNA ahelad sisaldavad valke kodeerivaid järjestusi, mida nimetatakse eksonidja järjestusi, mida valgu tootmisel ei kasutata, nimetatakse intronid. Kuna transkriptsiooniprotsessi eesmärk on toota RNA valkude sünteesiks, visatakse splaissimismehhanismi abil ära geneetilise koodi introni osa.
   

Teises etapis kopeeritud DNA järjestus sisaldab eksoneid ja introneid ning on Messenger RNA eelkäija.

Intronite eemaldamiseks pre-mRNA ahel lõigatakse introni / eksoni liidesel. Ahela introni osa moodustab ümmarguse struktuuri ja lahkub ahelast, võimaldades kahel eksonil introni mõlemalt küljelt ühineda. Kui intronite eemaldamine on lõpule jõudnud, on uus mRNA ahel küps mRNAja see on valmis tuumast lahkuma.

Valgud on pikad stringid aminohapped liitunud peptiidsidemetega. Nad vastutavad selle eest, et mõjutada seda, kuidas rakk välja näeb ja mida ta teeb. Nad moodustavad rakustruktuurid ja mängivad ainevahetuses võtmerolli. Need toimivad ensüümide ja hormoonidena ning on kinnitatud rakumembraanidesse, et hõlbustada suurte molekulide üleminekut.

Valgu aminohapete jada järjestus on kodeeritud DNA heeliksis. Kood koosneb neljast järgmisest lämmastikalused:

• Guaniin (G)
• Tsütosiin (C)
• Adeniin (A)
• Tümiin (T)

Need on lämmastikalused ja iga DNA ahela lüli koosneb aluspaarist. Guaniin moodustab paari tsütosiiniga ja adeniin paari tümiiniga. Lingidele antakse ühe tähega nimed sõltuvalt sellest, milline alus on igas lingis esikohal. Alusepaare nimetatakse guaniini-tsütosiini, tsütosiini-guaniini, adeniini-tümiini ja tümiini-adeniini ühenduste puhul G, C, A ja T-ks.

Kolm aluspaari tähistavad konkreetse aminohappe koodi ja neid nimetatakse a koodon. Tüüpilist koodonit võib nimetada GGA või ATC. Kuna kõigil kolmel põhipaari koodonikohal võib olla neli erinevat konfiguratsiooni, on koodonite koguarv 4³ või 64.

Valgusünteesis kasutatakse umbes 20 aminohapet, samuti on olemas algus- ja stopp-signaalide koodonid. Selle tulemusena on piisavalt koodoneid, et määratleda aminohapete järjestus iga valgu jaoks koos mõningate koondamistega.

MRNA on ühe valgu koodi koopia.

Kui mRNA tuumast lahkub, otsib see a ribosoom sünteesida valk, mille jaoks tal on kodeeritud juhised.

Ribosoomid on raku tehased, mis toodavad raku valke. Need koosnevad väikesest osast, mis loeb mRNA, ja suuremast osast, mis ühendab aminohapped õiges järjestuses. Ribosoom koosneb ribosomaalne RNA ja seotud valgud.

Ribosoome leidub kas rakus ujumas tsütosool või kinnitatud lahtrisse endoplasmaatiline retikulum (ER), tuuma lähedalt leitud membraaniga suletud kottide seeria. Kui ujuvad ribosoomid toodavad valke, vabanevad valgud raku tsütosooli.

Kui ER-i külge kinnitatud ribosoomid toodavad valku, saadetakse valk väljaspool rakumembraani mujal kasutamiseks. Hormoone ja ensüüme eraldavatel rakkudel on ER-ga tavaliselt seotud palju ribosoome ja nad toodavad valke väliseks kasutamiseks.

MRNA seondub ribosoomiga ja koodi tõlkimine vastavaks valguks võib alata.

Rakus tsütosoolis hõljuvad aminohapped ja väikesed RNA molekulid, mida nimetatakse ülekandke RNA või tRNA. Igas aminohappetüübis, mida kasutatakse valkude sünteesimiseks, on tRNA molekul.

Kui ribosoom loeb mRNA koodi, valib ta tRNA molekuli, et kanda vastav aminohape ribosoomi. TRNA viib ribosoomi määratletud aminohappe molekuli, mis seob molekuli aminohappeahelas õiges järjestuses.

Sündmuste jada on järgmine:

1. Algatus. MRNA molekuli üks ots seondub ribosoomiga.
2. Tõlge. Ribosoom loeb mRNA koodi esimese koodoni ja valib tRNA hulgast vastava aminohappe. Seejärel loeb ribosoom teise koodoni ja kinnitab teise aminohappe esimese külge.
3. Lõpetamine. Ribosoom töötab mööda mRNA ahelat ja toodab samal ajal vastava valguahela. Valguahel on aminohapete järjestus koos peptiidsidemed moodustades a polüpeptiidahel.

Osa valke toodetakse partiidena, teised aga sünteesitakse pidevalt, et rahuldada raku vajadusi. Kui ribosoom toodab valku, on keskse dogma infovoog DNAst valku täielik.

Hiljuti on uuritud keskses dogmas kavandatud otsese teabevoo alternatiive. Sisse alternatiivne splaissing, lõigatakse pre-mRNA intronite eemaldamiseks, kuid kopeeritud DNA-stringis muudetakse eksonite järjestust.

See tähendab, et üks DNA koodijärjestus võib anda kaks erinevat valku. Kuigi intronid visatakse ära mittekodeerivate geneetiliste järjestustena, võivad need mõjutada eksoni kodeerimist ja teatud tingimustel võivad need olla täiendavate geenide allikad.

Ehkki molekulaarbioloogia keskne dogma jääb info liikumise osas kehtima, on üksikasjad selle kohta, kuidas teave DNA-st valkudesse liigub, on vähem lineaarsed kui algselt mõtles.