Centraal dogma (genexpressie): definitie, stappen, regulering

Het centrale dogma van de moleculaire biologie legt uit dat de informatiestroom voor genen afkomstig is van de DNAgenetische code aan een tussentijdse RNA-kopie en dan naar de eiwitten gesynthetiseerd uit de code. De belangrijkste ideeën die ten grondslag liggen aan het dogma werden voor het eerst voorgesteld door de Britse moleculair bioloog Francis Crick in 1958.

In 1970 werd algemeen aanvaard dat RNA kopieën maakte van specifieke genen uit de oorspronkelijke dubbele DNA-helix en vervolgens de basis vormde voor de productie van eiwitten uit de gekopieerde code.

Het proces van het kopiëren van genen via transcriptie van de genetische code en het produceren van eiwitten door vertaling van de code in ketens van aminozuren heet genexpressie. Afhankelijk van de cel en sommige omgevingsfactoren komen bepaalde genen tot expressie, terwijl andere inactief blijven. Genexpressie wordt bepaald door chemische signalen tussen de cellen en organen van levende organismen.

De ontdekking van alternatieve splicing

instagram story viewer
en de studie van niet-coderende delen van DNA genaamd intronen geven aan dat het proces beschreven door het centrale dogma van de biologie ingewikkelder is dan aanvankelijk werd aangenomen. Het simpele De sequentie van DNA naar RNA naar eiwit heeft vertakkingen en variaties die organismen helpen zich aan te passen aan een veranderende omgeving. Het basisprincipe dat genetische informatie slechts in één richting beweegt, van DNA naar RNA naar eiwitten, blijft onbetwist.

De informatie die in eiwitten wordt gecodeerd, kan de oorspronkelijke DNA-code niet beïnvloeden.

DNA-transcriptie vindt plaats in de kern

De DNA-helix die codeert voor de genetische informatie van het organisme, bevindt zich in de kern van eukaryote cellen. Prokaryote cellen zijn cellen die geen kern hebben, dus DNA-transcriptie, translatie en eiwitsynthese vinden allemaal plaats in het cytoplasma van de cel via een vergelijkbaar (maar eenvoudiger) transcriptie/vertaalproces.

In eukaryotische cellen, DNA-moleculen kunnen de kern niet verlaten, dus moeten cellen de genetische code kopiëren om eiwitten in de cel buiten de cel te synthetiseren kern. Het transcriptie-kopieerproces wordt geïnitieerd door een enzym genaamd RNA-polymerase en het heeft de volgende fasen:

  1. initiatie. De RNA-polymerase scheidt tijdelijk de twee strengen van de DNA-helix. De twee DNA-helixstrengen blijven vastzitten aan weerszijden van de gensequentie die wordt gekopieerd.
  2. Kopiëren. De RNA-polymerase reist langs de DNA-strengen en maakt een kopie van een gen op een van de strengen.

  3. Splitsen. De DNA-strengen bevatten eiwitcoderende sequenties die exonen, en sequenties die niet worden gebruikt bij de eiwitproductie worden genoemd intronen. Aangezien het doel van het transcriptieproces is om RNA te produceren voor de synthese van eiwitten, wordt het introngedeelte van de genetische code weggegooid met behulp van een splitsingsmechanisme.

De DNA-sequentie die in de tweede fase wordt gekopieerd, bevat de exons en introns en is een voorloper van messenger-RNA.

Om de introns te verwijderen, pre-mRNA streng wordt geknipt op een intron/exon-interface. Het introngedeelte van de streng vormt een cirkelvormige structuur en verlaat de streng, waardoor de twee exons aan weerszijden van het intron samen kunnen komen. Wanneer de verwijdering van de introns voltooid is, is de nieuwe mRNA-streng volwassen mRNA, en het is klaar om de kern te verlaten.

Het mRNA heeft een kopie van de code voor een eiwit

Eiwitten zijn lange strengen van aminozuren verbonden door peptidebindingen. Ze zijn verantwoordelijk voor het beïnvloeden van hoe een cel eruitziet en doet. Ze vormen celstructuren en spelen een sleutelrol in de stofwisseling. Ze werken als enzymen en hormonen en zijn ingebed in celmembranen om de overgang van grote moleculen te vergemakkelijken.

De volgorde van de reeks aminozuren voor een eiwit wordt gecodeerd in de DNA-helix. De code bestaat uit de volgende vier: stikstofbasen:

  • Guanine (G)
  • Cytosine (C)
  • Adenine (A)
  • Thymine (T)

Dit zijn stikstofbasen en elke schakel in de DNA-keten bestaat uit een basenpaar. Guanine vormt een paar met cytosine en adenine vormt een paar met thymine. De links krijgen namen van één letter, afhankelijk van welke basis als eerste in elke link komt. De basenparen heten G, C, A en T voor de guanine-cytosine-, cytosine-guanine-, adenine-thymine- en thymine-adenine-links.

Drie basenparen vertegenwoordigen een code voor een bepaald aminozuur en worden a. genoemd codon. Een typisch codon kan GGA of ATC worden genoemd. Omdat elk van de drie codonplaatsen voor een basenpaar vier verschillende configuraties kan hebben, is het totale aantal codons 43 of 64.

Er zijn ongeveer 20 aminozuren die worden gebruikt bij de eiwitsynthese, en er zijn ook codons voor start- en stopsignalen. Als gevolg hiervan zijn er voldoende codons om een ​​sequentie van aminozuren te definiëren voor elk eiwit met enkele redundanties.

Het mRNA is een kopie van de code voor één eiwit.

Eiwitten worden geproduceerd door ribosomen

Wanneer het mRNA de kern verlaat, zoekt het naar a ribosoom om het eiwit te synthetiseren waarvoor het de gecodeerde instructies heeft.

Ribosomen zijn de fabrieken van de cel die de eiwitten van de cel produceren. Ze bestaan ​​uit een klein deel dat het mRNA leest en een groter deel dat de aminozuren in de juiste volgorde assembleert. Het ribosoom bestaat uit ribosomaal RNA en bijbehorende eiwitten.

Ribosomen worden gevonden ofwel drijvend in de cel's cytosol of vastgemaakt aan de cel endoplasmatisch reticulum (ER), een reeks membraan-omsloten zakjes gevonden in de buurt van de kern. Wanneer de drijvende ribosomen eiwitten produceren, komen de eiwitten vrij in het celcytosol.

Als de ribosomen die aan het ER zijn gehecht een eiwit produceren, wordt het eiwit buiten het celmembraan gestuurd om elders te worden gebruikt. Cellen die hormonen en enzymen afscheiden, hebben meestal veel ribosomen die aan het ER zijn gehecht en produceren eiwitten voor uitwendig gebruik.

Het mRNA bindt aan een ribosoom en de vertaling van de code in het corresponderende eiwit kan beginnen.

Vertaling assembleert een specifiek eiwit volgens de mRNA-code

Drijvend in het celcytosol zijn aminozuren en kleine RNA-moleculen genaamd overdracht RNA of tRNA. Er is een tRNA-molecuul voor elk type aminozuur dat wordt gebruikt voor eiwitsynthese.

Wanneer het ribosoom de mRNA-code leest, selecteert het een tRNA-molecuul om het overeenkomstige aminozuur naar het ribosoom over te brengen. Het tRNA brengt een molecuul van het gespecificeerde aminozuur naar het ribosoom, dat het molecuul in de juiste volgorde aan de aminozuurketen hecht.

De volgorde van gebeurtenissen is als volgt:

  1. Initiatie. Het ene uiteinde van het mRNA-molecuul bindt aan het ribosoom.
  2. Vertaling. Het ribosoom leest het eerste codon van de mRNA-code en selecteert het overeenkomstige aminozuur uit het tRNA. Het ribosoom leest dan het tweede codon en hecht het tweede aminozuur aan het eerste.
  3. Voltooiing. Het ribosoom baant zich een weg door de mRNA-keten en produceert tegelijkertijd een overeenkomstige eiwitketen. De eiwitketen is een opeenvolging van aminozuren met peptidebindingen het vormen van een polypeptide keten.

Sommige eiwitten worden in batches geproduceerd, terwijl andere continu worden gesynthetiseerd om aan de voortdurende behoeften van de cel te voldoen. Wanneer het ribosoom het eiwit produceert, is de informatiestroom van het centrale dogma van DNA naar eiwit compleet.

Alternatieve splicing en de effecten van introns

Alternatieven voor de directe informatiestroom die in het centrale dogma wordt beoogd, zijn recentelijk onderzocht. In alternatieve splicing, wordt het pre-mRNA geknipt om introns te verwijderen, maar de volgorde van exons in de gekopieerde DNA-string is veranderd.

Dit betekent dat uit één DNA-codesequentie twee verschillende eiwitten kunnen ontstaan. Hoewel introns worden weggegooid als niet-coderende genetische sequenties, kunnen ze de exon-codering beïnvloeden en kunnen ze in bepaalde omstandigheden een bron van extra genen zijn.

Hoewel het centrale dogma van de moleculaire biologie geldig blijft wat de informatiestroom betreft, details over hoe de informatie precies van het DNA naar de eiwitten stroomt, is minder lineair dan oorspronkelijk gedachte.

Teachs.ru
  • Delen
instagram viewer