Dogma centrală (expresie genică): definiție, pași, reglementare

Dogma centrală a biologiei moleculare explică faptul că fluxul de informații pentru gene provine din ADNcod genetic la un copie ARN intermediară și apoi la proteine sintetizate din cod. Ideile cheie care stau la baza dogmei au fost propuse pentru prima dată de biologul molecular britanic Francis Crick în 1958.

Până în 1970 s-a acceptat în mod obișnuit că ARN-ul a făcut copii ale unor gene specifice din dubla helică ADN originală și apoi a format baza pentru producerea proteinelor din codul copiat.

Procesul de copiere a genelor prin transcrierea codului genetic și producerea proteinelor prin traducerea codului în lanțuri de aminoacizi se numește expresia genelor. În funcție de celulă și de unii factori de mediu, anumite gene sunt exprimate în timp ce altele rămân latente. Expresia genelor este guvernată de semnale chimice între celulele și organele organismelor vii.

Descoperirea splicing alternativ și studiul părților necodificatoare ale ADN-ului numit introni indicați că procesul descris de dogma centrală a biologiei este mai complicat decât s-a presupus inițial. Simplul

Informațiile codificate în proteine ​​nu pot influența codul ADN original.

Helix ADN care codifică informațiile genetice ale organismului se află în nucleul celulelor eucariote. Celulele procariote sunt celule care nu au un nucleu, deci Transcrierea ADN-ului, traducerea și sinteza proteinelor au loc în citoplasma celulei printr-o metodă similară (dar mai simplă) transcriere / proces de traducere.

În Celulele eucariote, Moleculele ADN nu pot părăsi nucleul, astfel încât celulele trebuie să copieze codul genetic pentru a sintetiza proteinele din celula din afara nucleu. Procesul de copiere a transcrierii este inițiat de o enzimă numită ARN polimeraza și are următoarele etape:

1. Iniţiere. ARN polimeraza separă temporar cele două catene ale helixului ADN. Cele două catene de helix ADN rămân atașate de ambele părți ale secvenței genetice copiate.

2. Copiere. ARN polimeraza călătorește de-a lungul firelor de ADN și face o copie a unei gene pe una dintre fire.

3. Împletirea. Catenele ADN conțin secvențe de codificare a proteinelor numite exoni, și secvențele care nu sunt utilizate în producția de proteine ​​sunt numite introni. Deoarece scopul procesului de transcripție este de a produce ARN pentru sinteza proteinelor, partea intronică a codului genetic este aruncată folosind un mecanism de îmbinare.
   

Secvența ADN copiată în etapa a doua conține exoni și introni și este un precursor al ARN-ului mesager.

Pentru a elimina intronii, fișierul pre-ARNm firul este tăiat la o interfață intron / exon. Partea intron a catenei formează o structură circulară și părăsește catena, permițând celor doi exoni din ambele părți ale intronului să se unească. Când îndepărtarea intronilor este completă, noua catenă de ARNm este ARNm matur, și este gata să părăsească nucleul.

Proteinele sunt șiruri lungi de aminoacizi unite prin legături peptidice. Ei sunt responsabili pentru influențarea aspectului unei celule și a ceea ce face. Ele formează structuri celulare și joacă un rol cheie în metabolism. Acestea acționează ca enzime și hormoni și sunt încorporate în membranele celulare pentru a facilita tranziția moleculelor mari.

Secvența șirului de aminoacizi pentru o proteină este codificată în helixul ADN. Codul este alcătuit din următoarele patru baze azotate:

• Guanină (G)
• Citozină (C)
• Adenină (A)
• Timină (T)

Acestea sunt baze azotate și fiecare verigă din lanțul ADN este alcătuită dintr-o pereche de baze. Guanina formează o pereche cu citozină, iar adenina formează o pereche cu timina. Link-urilor li se oferă nume dintr-o literă, în funcție de baza care este prima în fiecare link. Perechile de baze se numesc G, C, A și T pentru legăturile guanină-citozină, citozină-guanină, adenină-timină și timină-adenină.

Trei perechi de baze reprezintă un cod pentru un anumit aminoacid și se numesc a codon. Un codon tipic ar putea fi numit GGA sau ATC. Deoarece fiecare dintre cele trei locuri de codoni pentru o pereche de baze poate avea patru configurații diferite, numărul total de codoni este 4³ sau 64.

Există aproximativ 20 de aminoacizi care sunt utilizați în sinteza proteinelor și există, de asemenea, codoni pentru semnalele de pornire și oprire. Ca rezultat, există suficienți codoni pentru a defini o secvență de aminoacizi pentru fiecare proteină cu unele redundanțe.

ARNm este o copie a codului pentru o proteină.

Când ARNm părăsește nucleul, caută un ribozom pentru a sintetiza proteina pentru care are instrucțiunile codificate.

Ribozomii sunt fabricile celulei care produc proteinele celulei. Acestea sunt alcătuite dintr-o mică parte care citește ARNm și o parte mai mare care asamblează aminoacizii în secvența corectă. Ribozomul este alcătuit din ARN ribozomal și proteine ​​asociate.

Ribozomii se găsesc fie plutind în celulă citosol sau atașat la celulă reticul endoplasmatic (ER), o serie de pungi închise cu membrană găsite în apropierea nucleului. Când ribozomii plutitori produc proteine, proteinele sunt eliberate în citosolul celular.

Dacă ribozomii atașați la ER produc o proteină, proteina este trimisă în afara membranei celulare pentru a fi utilizată în altă parte. Celulele care secretă hormoni și enzime au de obicei mulți ribozomi atașați la ER și produc proteine ​​pentru uz extern.

ARNm se leagă de un ribozom și poate începe traducerea codului în proteina corespunzătoare.

Plutitor în citosolul celular sunt aminoacizii și moleculele mici de ARN numite transfer de ARN sau ARNt. Există o moleculă de ARNt pentru fiecare tip de aminoacid utilizat pentru sinteza proteinelor.

Când ribozomul citește codul ARNm, acesta selectează o moleculă de ARNt pentru a transfera aminoacidul corespunzător în ribozom. ARNt aduce o moleculă a aminoacidului specificat în ribozom, care atașează molecula în secvența corectă la lanțul de aminoacizi.

Succesiunea evenimentelor este următoarea:

1. Iniţiere. Un capăt al moleculei de ARNm se leagă de ribozom.
2. Traducere. Ribozomul citește primul codon al codului mARN și selectează aminoacidul corespunzător din ARNt. Ribozomul citește apoi al doilea codon și atașează al doilea aminoacid la primul.
3. Completare. Ribozomul își desfășoară activitatea în lanțul ARNm și produce în același timp un lanț proteic corespunzător. Lanțul proteic este o secvență de aminoacizi cu legături peptidice formând o lanț polipeptidic.

Unele proteine ​​sunt produse în serie, în timp ce altele sunt sintetizate continuu pentru a satisface nevoile continue ale celulei. Când ribozomul produce proteina, fluxul de informații al dogmei centrale de la ADN la proteină este complet.

Recent au fost studiate alternative la fluxul direct de informații prevăzut în dogma centrală. În splicing alternativ, pre-ARNm este tăiat pentru a elimina intronii, dar secvența exonilor din șirul de ADN copiat este modificată.

Aceasta înseamnă că o secvență de cod ADN poate da naștere la două proteine ​​diferite. În timp ce intronii sunt aruncați ca secvențe genetice necodificatoare, ele pot influența codificarea exonului și pot fi o sursă de gene suplimentare în anumite circumstanțe.

În timp ce dogma centrală a biologiei moleculare rămâne valabilă în ceea ce privește fluxul de informații, detalii despre modul în care informațiile curg de la ADN la proteine ​​sunt mai puțin liniare decât inițial gând.