Središnja dogma (ekspresija gena): Definicija, koraci, regulacija

Središnja dogma molekularne biologije objašnjava da protok informacija o genima dolazi iz DNAgenetski kod do an srednja RNA kopija a zatim na bjelančevine sintetizirano iz koda. Ključne ideje u osnovi dogme prvi je put predložio britanski molekularni biolog Francis Crick 1958. godine.

Do 1970. godine postalo je općeprihvaćeno da RNA izrađuje kopije specifičnih gena iz izvorne dvostruke zavojnice DNA, a zatim čini osnovu za proizvodnju proteina iz kopiranog koda.

Proces kopiranja gena transkripcijom genetskog koda i proizvodnje proteina prevođenjem koda u lance aminokiselina naziva se ekspresija gena. Ovisno o stanici i nekim čimbenicima iz okoline, neki se geni izražavaju, dok drugi ostaju u stanju mirovanja. Ekspresijom gena upravljaju kemijski signali između stanica i organa živih organizama.

Otkriće alternativno spajanje i proučavanje nekodirajućih dijelova DNA tzv introni pokazuju da je postupak opisan središnjom biologijom kompliciraniji nego što se u početku pretpostavljalo. Jednostavno

Informacije kodirane u proteinima ne mogu utjecati na izvorni DNA kod.

The DNA spirala koja kodira genetske informacije organizma nalazi se u jezgri eukariotskih stanica. Prokariotske stanice su stanice koje nemaju jezgru, pa Transkripcija DNA, translacija i sinteza proteina odvijaju se u staničnoj citoplazmi putem sličnog (ali jednostavnijeg) transkripcija / proces prevođenja.

U eukariotske stanice, Molekule DNA ne mogu napustiti jezgru, pa stanice moraju kopirati genetski kod da bi sintetizirale proteine ​​u stanici izvan jezgra. Postupak kopiranja transkripcije pokreće enzim tzv RNK polimeraza i ima sljedeće faze:

1. Inicijacija. RNA polimeraza privremeno razdvaja dva lanca spirale DNA. Dva lanca DNA zavojnice ostaju pričvršćena s obje strane kopije gena.

2. Kopiranje. RNA polimeraza putuje duž DNA lanaca i stvara kopiju gena na jednom od lanaca.

3. Spajanje. DNA lanci sadrže sljedove koji kodiraju protein egzoni, a nazivaju se sekvence koje se ne koriste u proizvodnji proteina introni. Budući da je svrha procesa transkripcije stvaranje RNA za sintezu proteina, intronski dio genetskog koda odbacuje se pomoću mehanizma za spajanje.
   

DNA sekvencija kopirana u drugom stupnju sadrži eksone i introne i preteča je RNK-a za prijenos podataka.

Da biste uklonili introne, pre-mRNA nit se reže na sučelju intron / exon. Intronski dio niti oblikuje kružnu strukturu i napušta pramen, omogućujući spajanje dvaju egzona s obje strane introna. Kada je uklanjanje introna završeno, novi lanac mRNA je zrela mRNA, i spreman je napustiti jezgru.

Proteini su dugački nizovi aminokiseline spojene peptidnim vezama. Oni su odgovorni za utjecaj na to kako stanica izgleda i što radi. Oni tvore stanične strukture i igraju ključnu ulogu u metabolizmu. Djeluju kao enzimi i hormoni i ugrađeni su u stanične membrane kako bi olakšali prijelaz velikih molekula.

Slijed niza aminokiselina za protein kodiran je u spirali DNA. Kod se sastoji od sljedeća četiri dušične baze:

• Gvanin (G)
• Citozin (C)
• Adenin (A)
• Timin (T)

To su dušične baze, a svaka karika u lancu DNA sastoji se od baznog para. Gvanin tvori par s citozinom, a adenin par s timinom. Veze dobivaju jednoslovna imena, ovisno o tome koja je baza na prvom mjestu u svakoj poveznici. Parovi baza nazivaju se G, C, A i T za veze gvanin-citozin, citozin-gvanin, adenin-timin i timin-adenin.

Tri osnovna para predstavljaju kod određene aminokiseline i nazivaju se a kodon. Tipični kodon može se nazvati GGA ili ATC. Budući da svako od tri mjesta kodona za osnovni par može imati četiri različite konfiguracije, ukupan broj kodona je 4³ ili 64.

Postoji oko 20 aminokiselina koje se koriste u sintezi proteina, a tu su i kodoni za signale pokretanja i zaustavljanja. Kao rezultat, ima dovoljno kodona da definira slijed aminokiselina za svaki protein s određenim viškom.

MRNA je kopija koda za jedan protein.

Kad mRNA napusti jezgru, traži a ribosoma da sintetizira protein za koji ima kodirane upute.

Ribosomi su tvornice stanice koje proizvode stanične proteine. Sastoje se od malog dijela koji očitava mRNA i većeg dijela koji okuplja aminokiseline u ispravnom slijedu. Ribozom se sastoji od ribosomska RNA i pridruženi proteini.

Ribosomi se nalaze u plutajućim stanicama citosol ili pričvršćen na ćeliju endoplazmatski retikulum (ER), niz vrećica zatvorenih membranom pronađenih u blizini jezgre. Kada plutajući ribosomi proizvode proteine, proteini se oslobađaju u stanični citosol.

Ako ribosomi spojeni na ER proizvode protein, protein se šalje izvan stanične membrane da bi se koristio negdje drugdje. Stanice koje luče hormone i enzime obično imaju mnogo ribosoma vezanih uz ER i proizvode proteine ​​za vanjsku upotrebu.

MRNA se veže za ribosom i može započeti prijevod koda u odgovarajući protein.

U staničnom citosolu plutaju aminokiseline i male molekule RNA prijenos RNA ili tRNA. Za svaku vrstu aminokiseline koja se koristi za sintezu proteina postoji molekula tRNA.

Kada ribosome pročita mRNA kôd, odabire molekulu tRNA za prijenos odgovarajuće aminokiseline u ribosom. TRNA dovodi molekulu određene aminokiseline do ribosoma, koja molekulu u pravilnom slijedu veže na aminokiselinski lanac.

Slijed događaja je sljedeći:

1. Inicijacija. Jedan kraj molekule mRNA veže se za ribosom.
2. Prijevod. Ribozom čita prvi kodon mRNA koda i odabire odgovarajuću aminokiselinu iz tRNA. Tada ribosom očitava drugi kodon i na njega veže drugu aminokiselinu.
3. Završetak. Ribozom se probija niz mRNA lanac i istodobno stvara odgovarajući proteinski lanac. Proteinski lanac je niz aminokiselina sa peptidne veze tvoreći a polipeptidni lanac.

Neki se proteini proizvode u serijama, dok se drugi kontinuirano sintetiziraju kako bi se zadovoljile trajne potrebe stanice. Kada ribosom proizvede protein, protok informacija središnje dogme od DNA do proteina je potpun.

Nedavno su proučavane alternative izravnom protoku informacija predviđenom u središnjoj dogmi. U alternativno spajanje, pre-mRNA se reže kako bi se uklonili introni, ali se slijed eksona u kopiranom DNA nizu mijenja.

To znači da jedan slijed DNA koda može dovesti do dva različita proteina. Iako se introni odbacuju kao nekodirajuće genetske sekvence, oni mogu utjecati na kodiranje eksona i u određenim okolnostima mogu biti izvor dodatnih gena.

Iako središnja dogma molekularne biologije ostaje valjana što se tiče protoka informacija, detalji o tome kako točno informacije prelaze iz DNK u proteine ​​manje su linearne nego prvotno misao.