Centralny dogmat (ekspresja genów): definicja, kroki, regulacja

Centralny dogmat biologii molekularnej wyjaśnia, że ​​przepływ informacji dla genów pochodzi z DNAkod genetyczny do pośrednia kopia RNA a potem do białka zsyntetyzowane z kodu. Kluczowe idee leżące u podstaw dogmatu zostały po raz pierwszy zaproponowane przez brytyjskiego biologa molekularnego Francisa Cricka w 1958 roku.

Do 1970 roku powszechnie przyjęto, że RNA tworzy kopie określonych genów z oryginalnej podwójnej helisy DNA, a następnie stanowi podstawę do produkcji białek ze skopiowanego kodu.

Proces kopiowania genów poprzez transkrypcję kodu genetycznego i produkcję białek poprzez translację kodu na łańcuchy aminokwasów nazywa się Ekspresja genu. W zależności od komórki i niektórych czynników środowiskowych, niektóre geny ulegają ekspresji, podczas gdy inne pozostają uśpione. Ekspresją genów rządzą sygnały chemiczne między komórkami i narządami organizmów żywych.

Odkrycie alternatywne łączenie oraz badanie niekodujących części DNA zwanych introny wskazują, że proces opisany przez centralny dogmat biologii jest bardziej skomplikowany niż początkowo zakładano. Prosty

Informacje zakodowane w białkach nie mogą wpływać na oryginalny kod DNA.

Helisa DNA kodujący informację genetyczną organizmu znajduje się w jądrze komórek eukariotycznych. Komórki prokariotyczne to komórki, które nie mają jądra, więc Transkrypcja DNA, translacja i synteza białek zachodzą w cytoplazmie komórki poprzez podobny (ale prostszy) proces transkrypcji/tłumaczenia.

W komórki eukariotyczne, cząsteczki DNA nie mogą opuścić jądra, więc komórki muszą skopiować kod genetyczny, aby zsyntetyzować białka w komórce poza jądro. Proces kopiowania transkrypcji jest inicjowany przez enzym zwany polimeraza RNA i składa się z następujących etapów:

1. Inicjacja. Polimeraza RNA tymczasowo oddziela dwie nici helisy DNA. Dwie nici helisy DNA pozostają przyłączone po obu stronach kopiowanej sekwencji genu.

2. Biurowy. Polimeraza RNA przemieszcza się wzdłuż nici DNA i tworzy kopię genu na jednej z nici.

3. Łączenie. Nici DNA zawierają sekwencje kodujące białka zwane egzony, a sekwencje, które nie są używane w produkcji białek, nazywają się introny. Ponieważ celem procesu transkrypcji jest wytworzenie RNA do syntezy białek, część intronowa kodu genetycznego jest odrzucana za pomocą mechanizmu splicingu.
   

Sekwencja DNA skopiowana w drugim etapie zawiera eksony i introny i jest prekursorem informacyjnego RNA.

Aby usunąć introny, pre-mRNA nić jest przecięta na granicy intron/egzon. Intronowa część nici tworzy okrągłą strukturę i opuszcza nić, umożliwiając dwóm egzonom z każdej strony intronu połączenie się ze sobą. Po zakończeniu usuwania intronów nowa nić mRNA jestRNA dojrzałe mRNAi jest gotowy do opuszczenia jądra.

Białka to długie ciągi aminokwasy połączone wiązaniami peptydowymi. Odpowiadają za wpływ na to, jak komórka wygląda i co robi. Tworzą struktury komórkowe i odgrywają kluczową rolę w metabolizmie. Działają jak enzymy i hormony i są osadzone w błonach komórkowych, aby ułatwić przejście dużych cząsteczek.

Sekwencja ciągu aminokwasów dla białka jest zakodowana w helisie DNA. Kod składa się z następujących czterech zasady azotowe:

• Guanina (G)
• Cytozyna (C)
• Adenina (A)
• Tymina (T)

Są to zasady azotowe, a każde ogniwo łańcucha DNA składa się z pary zasad. Guanina tworzy parę z cytozyną, a adenina tworzy parę z tyminą. Linkom nadawane są jednoliterowe nazwy w zależności od tego, która podstawa znajduje się na pierwszym miejscu w każdym linku. Pary zasad są nazywane G, C, A i T dla połączeń guanina-cytozyna, cytozyna-guanina, adenina-tymina i tymina-adenina.

Trzy pary zasad reprezentują kod konkretnego aminokwasu i są nazywane a kodon. Typowy kodon można nazwać GGA lub ATC. Ponieważ każde z trzech miejsc kodonów dla pary zasad może mieć cztery różne konfiguracje, całkowita liczba kodonów wynosi 4³ lub 64.

Istnieje około 20 aminokwasów wykorzystywanych w syntezie białek, a także kodony dla sygnałów start i stop. W rezultacie istnieje wystarczająca liczba kodonów, aby zdefiniować sekwencję aminokwasów dla każdego białka z pewną redundancją.

mRNA jest kopią kodu dla jednego białka.

Gdy mRNA opuszcza jądro, szuka a rybosom zsyntetyzować białko, dla którego ma zakodowane instrukcje.

Rybosomy to fabryki komórki, które produkują białka komórkowe. Składają się z małej części, która odczytuje mRNA i większej części, która składa aminokwasy we właściwej kolejności. Rybosom składa się z rybosomalny RNA i powiązane białka.

Rybosomy albo pływają w komórce cytozol lub przymocowany do komórki retikulum endoplazmatyczne (ER), seria zamkniętych w błonie worków znalezionych w pobliżu jądra. Kiedy pływające rybosomy produkują białka, białka te są uwalniane do cytozolu komórki.

Jeśli rybosomy przyłączone do ER produkują białko, białko jest wysyłane poza błonę komórkową do wykorzystania w innym miejscu. Komórki wydzielające hormony i enzymy zwykle mają wiele rybosomów przyłączonych do ER i produkują białka do użytku zewnętrznego.

mRNA wiąże się z rybosomem i może rozpocząć się translacja kodu na odpowiednie białko.

W cytozolu komórki pływają aminokwasy i małe cząsteczki RNA zwane transfer RNA lub tRNA. Dla każdego rodzaju aminokwasu używanego do syntezy białek istnieje cząsteczka tRNA.

Kiedy rybosom odczytuje kod mRNA, wybiera cząsteczkę tRNA, aby przenieść odpowiedni aminokwas do rybosomu. tRNA przenosi cząsteczkę określonego aminokwasu do rybosomu, który przyłącza cząsteczkę we właściwej kolejności do łańcucha aminokwasowego.

Sekwencja wydarzeń jest następująca:

1. Inicjacja. Jeden koniec cząsteczki mRNA wiąże się z rybosomem.
2. Tłumaczenie. Rybosom odczytuje pierwszy kodon kodu mRNA i wybiera odpowiedni aminokwas z tRNA. Rybosom następnie odczytuje drugi kodon i przyłącza drugi aminokwas do pierwszego.
3. Ukończenie. Rybosom przesuwa się w dół łańcucha mRNA i jednocześnie wytwarza odpowiedni łańcuch białkowy. Łańcuch białkowy to sekwencja aminokwasów z Wiązania peptydowe tworząc łańcuch polipeptydowy.

Niektóre białka są produkowane w partiach, podczas gdy inne są syntetyzowane w sposób ciągły, aby zaspokoić bieżące potrzeby komórki. Kiedy rybosom wytwarza białko, przepływ informacji z centralnego dogmatu od DNA do białka jest zakończony.

Ostatnio badano alternatywy dla bezpośredniego przepływu informacji przewidzianego w centralnym dogmacie. W alternatywne łączenie, pre-mRNA jest cięty w celu usunięcia intronów, ale sekwencja eksonów w skopiowanym łańcuchu DNA ulega zmianie.

Oznacza to, że jedna sekwencja kodu DNA może dać początek dwóm różnym białkom. Chociaż introny są odrzucane jako niekodujące sekwencje genetyczne, mogą wpływać na kodowanie eksonów i mogą być źródłem dodatkowych genów w pewnych okolicznościach.

Podczas gdy centralny dogmat biologii molekularnej pozostaje aktualny, jeśli chodzi o przepływ informacji, to jednak szczegóły dotyczące przepływu informacji z DNA do białek są mniej liniowe niż pierwotnie myśl.