Central Dogma (Ekspresi Gen): Definisi, Langkah, Regulasi

Dogma sentral biologi molekuler menjelaskan bahwa aliran informasi untuk gen berasal dari DNAkode genetik ke sebuah salinan RNA perantara dan kemudian ke protein disintesis dari kode. Ide-ide kunci yang mendasari dogma pertama kali diusulkan oleh ahli biologi molekuler Inggris Francis Crick pada tahun 1958.

Pada tahun 1970, diterima secara umum bahwa RNA membuat salinan gen spesifik dari heliks ganda DNA asli dan kemudian membentuk dasar untuk produksi protein dari kode yang disalin.

Proses penyalinan gen melalui transkripsi kode genetik dan produksi protein melalui translasi kode menjadi rantai asam amino disebut ekspresi gen. Tergantung pada sel dan beberapa faktor lingkungan, gen tertentu diekspresikan sementara yang lain tetap tidak aktif. Ekspresi gen diatur oleh sinyal kimia antara sel dan organ organisme hidup.

penemuan penyambungan alternatif dan studi tentang bagian non-coding DNA yang disebut intron menunjukkan bahwa proses yang dijelaskan oleh dogma sentral biologi lebih rumit daripada yang awalnya diasumsikan. Sederhana

Informasi yang dikodekan dalam protein tidak dapat mempengaruhi kode DNA asli.

Itu heliks DNA yang mengkode informasi genetik organisme terletak di inti sel eukariotik. Sel prokariotik adalah sel yang tidak memiliki nukleus, jadi transkripsi DNA, translasi dan sintesis protein semua terjadi di sitoplasma sel melalui cara yang serupa (tetapi lebih sederhana) proses transkripsi/translasi.

Di sel eukariotik, molekul DNA tidak dapat meninggalkan nukleus, sehingga sel harus menyalin kode genetik untuk mensintesis protein di dalam sel di luar inti. Proses penyalinan transkripsi diprakarsai oleh enzim yang disebut RNA polimerase dan memiliki tahapan sebagai berikut:

1. Inisiasi. RNA polimerase untuk sementara memisahkan dua untai heliks DNA. Dua untai heliks DNA tetap melekat di kedua sisi urutan gen yang disalin.

2. Penyalinan. RNA polimerase berjalan di sepanjang untai DNA dan membuat salinan gen pada salah satu untai.

3. Penyambungan. Untaian DNA mengandung urutan pengkode protein yang disebut ekson, dan urutan yang tidak digunakan dalam produksi protein disebut intron. Karena tujuan dari proses transkripsi adalah untuk menghasilkan RNA untuk sintesis protein, bagian intron dari kode genetik dibuang menggunakan mekanisme splicing.
   

Urutan DNA yang disalin pada tahap kedua mengandung ekson dan intron dan merupakan prekursor RNA pembawa pesan.

Untuk menghilangkan intron, pra-mRNA untai dipotong pada antarmuka intron / ekson. Bagian intron dari untai membentuk struktur melingkar dan meninggalkan untai, memungkinkan dua ekson dari kedua sisi intron untuk bergabung bersama. Ketika penghapusan intron selesai, untai mRNA baru mRNA matang, dan siap untuk meninggalkan nukleus.

Protein adalah rangkaian panjang dari asam amino bergabung dengan ikatan peptida. Mereka bertanggung jawab untuk mempengaruhi seperti apa sel itu dan apa fungsinya. Mereka membentuk struktur sel dan memainkan peran penting dalam metabolisme. Mereka bertindak sebagai enzim dan hormon dan tertanam dalam membran sel untuk memfasilitasi transisi molekul besar.

Urutan rangkaian asam amino untuk protein dikodekan dalam heliks DNA. Kode ini terdiri dari empat berikut: basa nitrogen:

• Guanin (G)
• Sitosin (C)
• Adenin (A)
• Timin (T)

Ini adalah basa nitrogen, dan setiap tautan dalam rantai DNA terdiri dari pasangan basa. Guanin membentuk pasangan dengan sitosin, dan adenin membentuk pasangan dengan timin. Tautan diberi nama satu huruf tergantung pada basis mana yang muncul lebih dulu di setiap tautan. Pasangan basa disebut G, C, A dan T untuk ikatan guanin-sitosin, sitosin-guanin, adenin-timin dan timin-adenin.

Tiga pasangan basa mewakili kode untuk asam amino tertentu dan disebut a kodon. Sebuah kodon khas dapat disebut GGA atau ATC. Karena masing-masing dari tiga tempat kodon untuk pasangan basa dapat memiliki empat konfigurasi yang berbeda, jumlah total kodon adalah 4³ atau 64.

Ada sekitar 20 asam amino yang digunakan dalam sintesis protein, dan ada juga kodon untuk sinyal start dan stop. Akibatnya, ada cukup kodon untuk menentukan urutan asam amino untuk setiap protein dengan beberapa redundansi.

mRNA adalah salinan kode untuk satu protein.

Ketika mRNA meninggalkan nukleus, ia mencari a ribosom untuk mensintesis protein yang memiliki instruksi kode.

Ribosom adalah pabrik sel yang menghasilkan protein sel. Mereka terdiri dari bagian kecil yang membaca mRNA dan bagian yang lebih besar yang merakit asam amino dalam urutan yang benar. Ribosom terdiri dari RNA ribosom dan protein terkait.

Ribosom ditemukan mengambang di dalam sel sitosol atau melekat pada sel retikulum endoplasma (ER), serangkaian kantung tertutup membran yang ditemukan di dekat nukleus. Ketika ribosom mengambang menghasilkan protein, protein dilepaskan ke dalam sitosol sel.

Jika ribosom yang menempel pada RE menghasilkan protein, protein tersebut dikirim ke luar membran sel untuk digunakan di tempat lain. Sel yang mengeluarkan hormon dan enzim biasanya memiliki banyak ribosom yang melekat pada RE dan menghasilkan protein untuk penggunaan eksternal.

mRNA mengikat ribosom, dan terjemahan kode ke dalam protein yang sesuai dapat dimulai.

Mengambang di sitosol sel adalah asam amino dan molekul RNA kecil yang disebut mentransfer RNA atau tRNA. Ada molekul tRNA untuk setiap jenis asam amino yang digunakan untuk sintesis protein.

Ketika ribosom membaca kode mRNA, ia memilih molekul tRNA untuk mentransfer asam amino yang sesuai ke ribosom. tRNA membawa molekul asam amino tertentu ke ribosom, yang menempelkan molekul dalam urutan yang benar ke rantai asam amino.

Urutan acaranya adalah sebagai berikut:

1. Inisiasi. Salah satu ujung molekul mRNA berikatan dengan ribosom.
2. Terjemahan. Ribosom membaca kodon pertama dari kode mRNA dan memilih asam amino yang sesuai dari tRNA. Ribosom kemudian membaca kodon kedua dan menempelkan asam amino kedua ke yang pertama.
3. Penyelesaian. Ribosom bekerja menuruni rantai mRNA dan menghasilkan rantai protein yang sesuai pada saat yang bersamaan. Rantai protein adalah urutan asam amino dengan ikatan peptida membentuk rantai polipeptida.

Beberapa protein diproduksi dalam batch sementara yang lain disintesis terus menerus untuk memenuhi kebutuhan sel yang berkelanjutan. Ketika ribosom menghasilkan protein, aliran informasi dogma sentral dari DNA ke protein selesai.

Alternatif untuk arus informasi langsung yang digambarkan dalam dogma sentral baru-baru ini dipelajari. Di penyambungan alternatif, pra-mRNA dipotong untuk menghilangkan intron, tetapi urutan ekson dalam string DNA yang disalin diubah.

Ini berarti bahwa satu urutan kode DNA dapat menghasilkan dua protein yang berbeda. Sementara intron dibuang sebagai urutan genetik non-coding, mereka dapat mempengaruhi pengkodean ekson dan dapat menjadi sumber gen tambahan dalam keadaan tertentu.

Sementara dogma sentral biologi molekuler tetap valid sejauh menyangkut arus informasi, teori rincian persis bagaimana informasi mengalir dari DNA ke protein kurang linier dari aslinya pikir.