Keski-dogma (geeniekspressio): Määritelmä, vaiheet, säätely

Molekyylibiologian keskeinen dogma selittää, että geenien tietovirta on peräisin DNAgeneettinen koodi ja RNA-välikopio ja sitten proteiineja syntetisoidaan koodista. Brittiläinen molekyylibiologi Francis Crick ehdotti dogman taustalla olleita keskeisiä ideoita vuonna 1958.

Vuoteen 1970 mennessä yleisesti hyväksyttiin, että RNA teki kopioita spesifisistä geeneistä alkuperäisestä DNA: n kaksoiskierteestä ja muodosti sitten perustan proteiinien tuotannolle kopioidusta koodista.

Geenien kopiointia geneettisen koodin transkriptiolla ja proteiinien tuottamista koodin translaatiolla aminohappoketjuiksi kutsutaan geenien ilmentyminen. Solusta ja joistakin ympäristötekijöistä riippuen tietyt geenit ilmentyvät, kun taas toiset pysyvät lepotilassa. Geenien ilmentymistä säätelevät kemialliset signaalit elävien organismien solujen ja elinten välillä.

Löytäminen vaihtoehtoinen liitos ja kutsutaan DNA: n koodaamattomien osien tutkimus intronit osoittavat, että biologian keskeisen dogman kuvaama prosessi on monimutkaisempi kuin alun perin oletettiin. Yksinkertainen

Proteiineihin koodattu tieto ei voi vaikuttaa alkuperäiseen DNA-koodiin.

DNA-kierukka joka koodaa organismin geneettistä tietoa, sijaitsee eukaryoottisolujen ytimessä. Prokaryoottisolut ovat soluja, joilla ei ole ydintä DNA-transkriptio, translaatio ja proteiinisynteesi tapahtuvat kaikki solun sytoplasmassa samanlaisen (mutta yksinkertaisemman) kautta transkriptio / käännösprosessi.

Sisään eukaryoottisolut, DNA-molekyylit eivät voi poistua ytimestä, joten solujen on kopioitava geneettinen koodi syntetisoidakseen proteiinit solussa solun ulkopuolella ydin. Transkriptiokopiointiprosessin aloittaa entsyymi nimeltä RNA-polymeraasi ja sillä on seuraavat vaiheet:

1. Aloitus. RNA-polymeraasi erottaa väliaikaisesti DNA-kierteen kaksi juosetta. Kaksi DNA-helix-säiettä pysyvät kiinnittyneinä kopioitavan geenisekvenssin kummallekin puolelle.

2. Kopiointi. RNA-polymeraasi kulkee pitkin DNA-juosteita ja tekee kopion geenistä yhdelle säikeestä.

3. Jatkaminen. DNA-säikeet sisältävät proteiineja koodaavia sekvenssejä, joita kutsutaan eksonitja sekvenssejä, joita ei käytetä proteiinituotannossa, kutsutaan intronit. Koska transkriptioprosessin tarkoituksena on tuottaa RNA proteiinien synteesiä varten, geneettisen koodin introniosa heitetään pois silmukointimekanismilla.
   

Toisessa vaiheessa kopioitu DNA-sekvenssi sisältää eksoneja ja introneja ja on edeltäjä messenger-RNA: lle.

Intronien poistamiseksi pre-mRNA säike leikataan intronin / eksonin rajapinnalla. Juosteen introniosa muodostaa pyöreän rakenteen ja jättää juosteen, jolloin intronin kummaltakin puolelta tulevat kaksi eksonia voivat liittyä yhteen. Kun intronien poisto on valmis, uusi mRNA-juoste on kypsä mRNA, ja se on valmis poistumaan ytimestä.

Proteiinit ovat pitkiä merkkijonoja aminohappoja liittyneet peptidisidoksilla. He ovat vastuussa solun ulkonäön ja sen vaikutuksesta. Ne muodostavat solurakenteet ja ovat avainasemassa aineenvaihdunnassa. Ne toimivat entsyymeinä ja hormoneina ja upotetaan solukalvoihin suurten molekyylien siirtymisen helpottamiseksi.

Proteiinin aminohapposarjan sekvenssi koodataan DNA-kierukassa. Koodi koostuu seuraavista neljästä typpipitoiset emäkset:

• Guaniini (G)
• Sytosiini (C)
• Adeniini (A)
• Tymiini (T)

Nämä ovat typpipitoisia emäksiä, ja kukin DNA-ketjun linkki koostuu emäsparista. Guaniini muodostaa parin sytosiinin kanssa ja adeniini muodostaa parin tymiinin kanssa. Linkeille annetaan yhden kirjaimen nimet riippuen siitä, mikä perusta on ensin jokaisessa linkissä. Emäspareja kutsutaan G, C, A ja T guaniini-sytosiini-, sytosiini-guaniini-, adeniini-tymiini- ja tymiini-adeniini-linkeille.

Kolme emäsparia edustaa tietyn aminohapon koodia ja niitä kutsutaan a kodoni. Tyypillistä kodonia voidaan kutsua GGA: ksi tai ATC: ksi. Koska kullakin emäsparin kolmesta kodonipaikasta voi olla neljä erilaista konfiguraatiota, kodonien kokonaismäärä on 4³ tai 64.

Proteiinisynteesissä käytetään noin 20 aminohappoa, ja on myös kodoneja aloitus- ja lopetussignaaleille. Tämän seurauksena on tarpeeksi kodoneja määrittelemään aminohapposekvenssi kullekin proteiinille, jossa on joitain redundansseja.

MRNA on kopio yhden proteiinin koodista.

Kun mRNA lähtee ytimestä, se etsii a ribosomi syntetisoida proteiini, jolle sillä on koodatut ohjeet.

Ribosomit ovat solun tehtaita, jotka tuottavat solun proteiineja. Ne koostuvat pienestä osasta, joka lukee mRNA: n, ja suuremmasta osasta, joka kokoaa aminohapot oikeassa sekvenssissä. Ribosomi koostuu ribosomaalinen RNA ja niihin liittyvät proteiinit.

Ribosomeja löytyy joko kelluvista soluista sytosoli tai kiinnitetty soluun endoplasminen verkkokalvo (ER), sarja membraanilla suljettuja pusseja, jotka löytyvät ytimen läheltä. Kun kelluvat ribosomit tuottavat proteiineja, proteiinit vapautuvat solusytosoliin.

Jos ER: ään kiinnittyneet ribosomit tuottavat proteiinia, proteiini lähetetään solukalvon ulkopuolelle käytettäväksi muualla. Hormoneja ja entsyymejä erittävissä soluissa on yleensä useita ribosomeja, jotka ovat kiinnittyneet ER: ään ja tuottavat proteiineja ulkoiseen käyttöön.

MRNA sitoutuu ribosomiin, ja koodin kääntäminen vastaavaksi proteiiniksi voi alkaa.

Solun sytosolissa kelluvat aminohapot ja pienet RNA-molekyylit, joita kutsutaan siirtää RNA: ta tai tRNA. Jokaiselle aminohappotyypille, jota käytetään proteiinisynteesiin, on tRNA-molekyyli.

Kun ribosomi lukee mRNA-koodin, se valitsee tRNA-molekyylin siirtämään vastaavan aminohapon ribosomiin. TRNA tuo määritellyn aminohapon molekyylin ribosomiin, joka kiinnittää molekyylin oikeassa sekvenssissä aminohappoketjuun.

Tapahtumien järjestys on seuraava:

1. Aloitus. MRNA-molekyylin toinen pää sitoutuu ribosomiin.
2. Käännös. Ribosomi lukee mRNA-koodin ensimmäisen kodonin ja valitsee vastaavan aminohapon tRNA: sta. Ribosomi lukee sitten toisen kodonin ja kiinnittää toisen aminohapon ensimmäiseen.
3. Valmistuminen. Ribosomi toimii tiensä alas mRNA-ketjussa ja tuottaa vastaavan proteiiniketjun samanaikaisesti. Proteiiniketju on aminohapposekvenssi peptidisidokset muodostavat a polypeptidiketju.

Jotkut proteiinit tuotetaan erissä, kun taas toiset syntetisoidaan jatkuvasti vastaamaan solun jatkuvia tarpeita. Kun ribosomi tuottaa proteiinia, keskeisen dogman tietovirta DNA: sta proteiiniin on täydellinen.

Keskustogmassa suunnitellulle suoralle tiedonkululle on hiljattain tutkittu vaihtoehtoja. Sisään vaihtoehtoinen liitos, pre-mRNA leikataan intronien poistamiseksi, mutta kopioiden DNA-jonossa olevien eksonien sekvenssi muuttuu.

Tämä tarkoittaa, että yksi DNA-koodisekvenssi voi johtaa kahteen eri proteiiniin. Vaikka intronit hylätään ei-koodaavina geneettisinä sekvensseinä, ne voivat vaikuttaa eksonikoodaukseen ja tietyissä olosuhteissa olla lisägeenien lähde.

Vaikka molekyylibiologian keskeinen dogma pysyy voimassa tiedonkulun suhteen, yksityiskohdat siitä, kuinka tieto virtaa tarkasti DNA: sta proteiineihin, ovat vähemmän lineaarisia kuin alun perin ajattelin.