Central Dogma (Gene Expression): Definisjon, trinn, regulering

Den sentrale dogmen i molekylærbiologi forklarer at informasjonsflyten for gener er fra DNAgenetisk kode til en mellomliggende RNA-kopi og deretter til proteiner syntetisert fra koden. Nøkkelideene bak dogmen ble først foreslått av den britiske molekylærbiologen Francis Crick i 1958.

I 1970 ble det allment akseptert at RNA laget kopier av spesifikke gener fra den opprinnelige DNA-dobbeltspiralen og deretter dannet grunnlaget for produksjon av proteiner fra den kopierte koden.

Prosessen med å kopiere gener via transkripsjon av den genetiske koden og produsere proteiner gjennom oversettelse av koden til kjeder av aminosyrer kalles genuttrykk. Avhengig av cellen og noen miljøfaktorer, uttrykkes visse gener mens andre forblir sovende. Genuttrykk styres av kjemiske signaler mellom celler og organer i levende organismer.

Oppdagelsen av alternativ spleising og studien av ikke-kodende deler av DNA kalt introner indikerer at prosessen beskrevet av biologiens sentrale dogme er mer komplisert enn det man først antok. Det enkle

Informasjonen kodet i proteiner kan ikke påvirke den opprinnelige DNA-koden.

De DNA-helix som koder organismens genetiske informasjon, ligger i kjernen til eukaryote celler. Prokaryote celler er celler som ikke har en kjerne DNA-transkripsjon, oversettelse og proteinsyntese foregår i cellens cytoplasma via en lignende (men enklere) transkripsjon / oversettelsesprosess.

I eukaryote celler, DNA-molekyler kan ikke forlate kjernen, så celler må kopiere den genetiske koden for å syntetisere proteiner i cellen utenfor cellekjernen. Transkripsjons-kopieringsprosessen startes av et enzym som kalles RNA-polymerase og den har følgende stadier:

1. Innvielse. RNA-polymerase skiller midlertidig de to trådene i DNA-spiralen. De to DNA-helixstrengene holder seg festet på hver side av gensekvensen som kopieres.

2. Kopiering. RNA-polymerase beveger seg langs DNA-strengene og lager en kopi av et gen på en av strengene.

3. Skjøte. DNA-strengene inneholder proteinkodende sekvenser kalt eksoner, og sekvenser som ikke brukes i proteinproduksjon kalles introner. Siden formålet med transkripsjonsprosessen er å produsere RNA for syntese av proteiner, kastes den indre delen av den genetiske koden ved hjelp av en skjøtemekanisme.
   

DNA-sekvensen kopiert i andre trinn inneholder eksoner og introner og er en forløper for messenger RNA.

For å fjerne intronene, pre-mRNA streng er kuttet i et intron / exon-grensesnitt. Introndelen av tråden danner en sirkulær struktur og forlater tråden, slik at de to eksonene fra hver side av intronen kan gå sammen. Når fjerningen av intronene er fullført, er den nye mRNA-strengen modent mRNA, og den er klar til å forlate kjernen.

Proteiner er lange strenger av aminosyrer sammen med peptidbindinger. De er ansvarlige for å påvirke hvordan en celle ser ut og hva den gjør. De danner cellestrukturer og spiller en nøkkelrolle i stoffskiftet. De fungerer som enzymer og hormoner og er innebygd i cellemembraner for å lette overgangen til store molekyler.

Sekvensen til aminosyrestrengen for et protein er kodet i DNA-spiralen. Koden består av de følgende fire nitrogenholdige baser:

• Guanine (G)
• Cytosin (C)
• Adenine (A)
• Tymin (T)

Dette er nitrogenholdige baser, og hvert ledd i DNA-kjeden består av et basepar. Guanin danner et par med cytosin, og adenin danner et par med tymin. Koblingene får navn på en bokstav, avhengig av hvilken base som kommer først i hver lenke. Baseparene kalles G, C, A og T for koblingene guanin-cytosin, cytosin-guanin, adenin-tymin og tymin-adenin.

Tre basepar representerer en kode for en bestemt aminosyre og kalles a kodon. Et typisk kodon kan kalles GGA eller ATC. Fordi hvert av de tre kodonstedene for et basepar kan ha fire forskjellige konfigurasjoner, er totalt antall kodoner 4³ eller 64.

Det er omtrent 20 aminosyrer som brukes i proteinsyntese, og det er også kodoner for start- og stoppsignaler. Som et resultat er det nok kodoner til å definere en sekvens av aminosyrer for hvert protein med noen redundanser.

MRNA er en kopi av koden for ett protein.

Når mRNA forlater kjernen, ser det etter en ribosom å syntetisere proteinet som det har de kodede instruksjonene for.

Ribosomer er fabrikkene i cellen som produserer cellens proteiner. De består av en liten del som leser mRNA og en større del som samler aminosyrene i riktig sekvens. Ribosomet består av ribosomalt RNA og tilknyttede proteiner.

Ribosomer finnes enten flytende i cellen cytosol eller festet til cellen endoplasmatisk retikulum (ER), en serie med membranlukkede sekker funnet nær kjernen. Når de flytende ribosomene produserer proteiner, frigjøres proteinene i cellecytosolen.

Hvis ribosomene festet til ER produserer et protein, sendes proteinet utenfor cellemembranen for å brukes andre steder. Celler som utskiller hormoner og enzymer har vanligvis mange ribosomer festet til ER og produserer proteiner for ekstern bruk.

MRNA binder seg til et ribosom, og oversettelsen av koden til det tilsvarende proteinet kan begynne.

Flytende i cellen cytosol er aminosyrer og små RNA-molekyler kalt overføre RNA eller tRNA. Det er et tRNA-molekyl for hver type aminosyre som brukes til proteinsyntese.

Når ribosomet leser mRNA-koden, velger det et tRNA-molekyl for å overføre den tilsvarende aminosyren til ribosomet. TRNA bringer et molekyl av den spesifiserte aminosyren til ribosomet, som fester molekylet i riktig sekvens til aminosyrekjeden.

Hendelsesforløpet er som følger:

1. Innvielse. Den ene enden av mRNA-molekylet binder seg til ribosomet.
2. Oversettelse. Ribosomet leser det første kodonet av mRNA-koden og velger den tilsvarende aminosyren fra tRNA. Ribosomet leser deretter det andre kodonet og fester den andre aminosyren til den første.
3. Fullføring. Ribosomet jobber seg nedover i mRNA-kjeden og produserer en tilsvarende proteinkjede samtidig. Proteinkjeden er en sekvens av aminosyrer med peptidbindinger danner en polypeptidkjede.

Noen proteiner produseres i batcher, mens andre syntetiseres kontinuerlig for å dekke de løpende behovene til cellen. Når ribosomet produserer proteinet, er informasjonsflyten til det sentrale dogmet fra DNA til protein fullført.

Alternativer til den direkte informasjonsflyten som er planlagt i den sentrale dogmen er nylig studert. I alternativ spleising, blir pre-mRNA kuttet for å fjerne introner, men sekvensen av eksoner i den kopierte DNA-strengen endres.

Dette betyr at en DNA-kodesekvens kan gi opphav til to forskjellige proteiner. Mens introner kastes som ikke-kodende genetiske sekvenser, kan de påvirke eksonkoding og kan være en kilde til flere gener under visse omstendigheter.

Mens det sentrale dogmet i molekylærbiologien forblir gyldig så langt det gjelder informasjonsflyt, er detaljer om nøyaktig hvordan informasjonen flyter fra DNA til proteinene er mindre lineær enn opprinnelig tenkte.