Dogma centrale (espressione genica): definizione, passaggi, regolazione

Il dogma centrale della biologia molecolare spiega che il flusso di informazioni per i geni proviene dal DNAcodice genetico ad copia intermedia di RNA e poi al proteine sintetizzato dal codice. Le idee chiave alla base del dogma furono proposte per la prima volta dal biologo molecolare britannico Francis Crick nel 1958.

Nel 1970 divenne comunemente accettato che l'RNA producesse copie di geni specifici dalla doppia elica originale del DNA e quindi costituisse la base per la produzione di proteine ​​dal codice copiato.

Il processo di copia dei geni attraverso la trascrizione del codice genetico e la produzione di proteine ​​attraverso la traduzione del codice in catene di amminoacidi è chiamato espressione genica. A seconda della cellula e di alcuni fattori ambientali, alcuni geni sono espressi mentre altri rimangono dormienti. L'espressione genica è governata da segnali chimici tra le cellule e gli organi degli organismi viventi.

La scoperta di giunzione alternativa e lo studio delle parti non codificanti del DNA chiamate

Le informazioni codificate nelle proteine ​​non possono influenzare il codice del DNA originale.

Il Elica del DNA che codifica le informazioni genetiche dell'organismo si trova nel nucleo delle cellule eucariotiche. Le cellule procariotiche sono cellule che non hanno un nucleo, quindi trascrizione del DNA, traduzione e sintesi proteica avvengono tutti nel citoplasma della cellula attraverso un simile (ma più semplice) processo di trascrizione/traduzione.

Nel cellule eucariotiche, le molecole di DNA non possono lasciare il nucleo, quindi le cellule devono copiare il codice genetico per sintetizzare le proteine ​​nella cellula al di fuori del nucleo. Il processo di copiatura della trascrizione è iniziato da un enzima chiamato RNA polimerasi ed ha le seguenti fasi:

1. Iniziazione. L'RNA polimerasi separa temporaneamente i due filamenti dell'elica del DNA. I due filamenti dell'elica del DNA rimangono attaccati su entrambi i lati della sequenza genica che viene copiata.

2. Copiare. L'RNA polimerasi viaggia lungo i filamenti di DNA e crea una copia di un gene su uno dei filamenti.

3. giuntura. I filamenti di DNA contengono sequenze codificanti proteine ​​chiamate esoni, e le sequenze che non vengono utilizzate nella produzione di proteine ​​sono chiamate introni. Poiché lo scopo del processo di trascrizione è produrre RNA per la sintesi delle proteine, la parte intronica del codice genetico viene scartata utilizzando un meccanismo di splicing.
   

La sequenza di DNA copiata nella seconda fase contiene gli esoni e gli introni ed è un precursore dell'RNA messaggero.

Per rimuovere gli introni, il pre-mRNA il filamento viene tagliato in corrispondenza di un'interfaccia introne/esone. La parte intronale del filamento forma una struttura circolare e lascia il filamento, consentendo ai due esoni da entrambi i lati dell'introne di unirsi. Quando la rimozione degli introni è completa, il nuovo filamento di mRNA è mRNA maturo, ed è pronto a lasciare il nucleo.

Le proteine ​​sono lunghe stringhe di aminoacidi uniti da legami peptidici. Sono responsabili di influenzare l'aspetto e le funzioni di una cellula. Formano strutture cellulari e svolgono un ruolo chiave nel metabolismo. Agiscono come enzimi e ormoni e sono incorporati nelle membrane cellulari per facilitare la transizione di grandi molecole.

La sequenza della stringa di amminoacidi per una proteina è codificata nell'elica del DNA. Il codice è composto dai seguenti quattro basi azotate:

• Guanina (G)
• Citosina (C)
• Adenina (A)
• Timina (T)

Queste sono basi azotate e ogni anello della catena del DNA è costituito da una coppia di basi. La guanina forma una coppia con la citosina e l'adenina forma una coppia con la timina. Ai collegamenti vengono assegnati nomi di una lettera a seconda di quale base viene prima in ogni collegamento. Le coppie di basi sono chiamate G, C, A e T per i legami guanina-citosina, citosina-guanina, adenina-timina e timina-adenina.

Tre coppie di basi rappresentano un codice per un particolare amminoacido e sono chiamate a codone. Un tipico codone potrebbe essere chiamato GGA o ATC. Poiché ciascuno dei tre posti del codone per una coppia di basi può avere quattro diverse configurazioni, il numero totale di codoni è 4³ o 64.

Ci sono circa 20 amminoacidi che vengono utilizzati nella sintesi proteica e ci sono anche codoni per i segnali di inizio e fine. Di conseguenza, ci sono abbastanza codoni per definire una sequenza di amminoacidi per ogni proteina con alcune ridondanze.

L'mRNA è una copia del codice di una proteina.

Quando l'mRNA lascia il nucleo, cerca a ribosoma sintetizzare la proteina per la quale ha le istruzioni codificate.

I ribosomi sono le fabbriche della cellula che producono le proteine ​​della cellula. Sono costituiti da una piccola parte che legge l'mRNA e una parte più grande che assembla gli amminoacidi nella sequenza corretta. Il ribosoma è composto da RNA ribosomiale e proteine ​​associate.

I ribosomi si trovano o galleggianti nelle cellule citosol o attaccato alle cellule reticolo endoplasmatico (ER), una serie di sacche racchiuse da membrana che si trovano vicino al nucleo. Quando i ribosomi fluttuanti producono proteine, le proteine ​​vengono rilasciate nel citosol cellulare.

Se i ribosomi attaccati all'ER producono una proteina, la proteina viene inviata all'esterno della membrana cellulare per essere utilizzata altrove. Le cellule che secernono ormoni ed enzimi di solito hanno molti ribosomi attaccati all'ER e producono proteine ​​per uso esterno.

L'mRNA si lega a un ribosoma e può iniziare la traduzione del codice nella proteina corrispondente.

Nel citosol cellulare galleggiano amminoacidi e piccole molecole di RNA chiamate trasferire RNA o tRNA. Esiste una molecola di tRNA per ogni tipo di amminoacido utilizzato per la sintesi proteica.

Quando il ribosoma legge il codice dell'mRNA, seleziona una molecola di tRNA per trasferire l'amminoacido corrispondente al ribosoma. Il tRNA porta una molecola dell'amminoacido specificato al ribosoma, che attacca la molecola nella sequenza corretta alla catena di amminoacidi.

La sequenza degli eventi è la seguente:

1. Iniziazione. Un'estremità della molecola di mRNA si lega al ribosoma.
2. Traduzione. Il ribosoma legge il primo codone del codice mRNA e seleziona l'amminoacido corrispondente dal tRNA. Il ribosoma poi legge il secondo codone e attacca il secondo amminoacido al primo.
3. Completamento. Il ribosoma si fa strada lungo la catena dell'mRNA e allo stesso tempo produce una catena proteica corrispondente. La catena proteica è una sequenza di amminoacidi con legami peptidici formando un catena polipeptidica.

Alcune proteine ​​sono prodotte in lotti mentre altre sono sintetizzate continuamente per soddisfare le esigenze continue della cellula. Quando il ribosoma produce la proteina, il flusso di informazioni del dogma centrale dal DNA alla proteina è completo.

Recentemente sono state studiate alternative al flusso informativo diretto previsto nel dogma centrale. Nel giunzione alternativa, il pre-mRNA viene tagliato per rimuovere gli introni, ma la sequenza degli esoni nella stringa di DNA copiata viene modificata.

Ciò significa che una sequenza di codice del DNA può dare origine a due diverse proteine. Sebbene gli introni vengano scartati come sequenze genetiche non codificanti, possono influenzare la codifica degli esoni e possono essere una fonte di geni aggiuntivi in ​​determinate circostanze.

Mentre il dogma centrale della biologia molecolare rimane valido per quanto riguarda il flusso di informazioni, la i dettagli su come esattamente l'informazione fluisce dal DNA alle proteine ​​è meno lineare di quanto originariamente pensiero.