Центральная догма (экспрессия гена): определение, шаги, регуляция

Центральная догма молекулярной биологии объясняет, что поток информации для генов исходит от ДНКгенетический код чтобы промежуточная копия РНК а затем в белки синтезируется из кода. Ключевые идеи, лежащие в основе этой догмы, были впервые предложены британским молекулярным биологом Фрэнсисом Криком в 1958 году.

К 1970 году стало общепринятым, что РНК копирует определенные гены из исходной двойной спирали ДНК, а затем формирует основу для производства белков из скопированного кода.

Процесс копирования генов посредством транскрипции генетического кода и производства белков посредством трансляции кода в цепочки аминокислот называется экспрессия гена. В зависимости от клетки и некоторых факторов окружающей среды одни гены экспрессируются, а другие остаются в состоянии покоя. Экспрессия генов регулируется химическими сигналами между клетками и органами живых организмов.

Открытие альтернативное сращивание и изучение некодирующих частей ДНК, называемых интроны указывают на то, что процесс, описываемый центральной догмой биологии, более сложен, чем предполагалось изначально. Простой

Информация, закодированная в белках, не может повлиять на исходный код ДНК.

В Спираль ДНК кодирующая генетическую информацию организма находится в ядре эукариотических клеток. Прокариотические клетки - это клетки, у которых нет ядра, поэтому Транскрипция ДНК, трансляция и синтез белка происходят в цитоплазме клетки через аналогичные (но более простые) транскрипция / перевод.

В эукариотические клетки, Молекулы ДНК не могут покинуть ядро, поэтому клетки должны копировать генетический код, чтобы синтезировать белки в клетке за пределами ядро. Процесс копирования транскрипции инициируется ферментом, называемым РНК-полимераза и имеет следующие этапы:

1. Посвящение. РНК-полимераза временно разделяет две цепи спирали ДНК. Две нити спирали ДНК остаются прикрепленными по обе стороны от копируемой генной последовательности.

2. Копирование. РНК-полимераза перемещается по цепям ДНК и создает копию гена на одной из цепей.

3. Сращивание. Нити ДНК содержат кодирующие белок последовательности, называемые экзоны, а последовательности, которые не используются в производстве белка, называются интроны. Поскольку целью процесса транскрипции является производство РНК для синтеза белков, интронная часть генетического кода отбрасывается с помощью механизма сплайсинга.
   

Последовательность ДНК, скопированная на втором этапе, содержит экзоны и интроны и является предшественником информационной РНК.

Чтобы удалить интроны, пре-мРНК цепь разрезается на интерфейсе интрон / экзон. Интронная часть цепи образует круговую структуру и покидает цепь, позволяя двум экзонам с каждой стороны интрона соединяться вместе. Когда удаление интронов завершено, новая цепь мРНК зрелая мРНК, и он готов покинуть ядро.

Белки - это длинные цепочки аминокислоты соединены пептидными связями. Они несут ответственность за влияние на то, как выглядит клетка и что она делает. Они образуют клеточные структуры и играют ключевую роль в обмене веществ. Они действуют как ферменты и гормоны и встроены в клеточные мембраны, облегчая переход больших молекул.

Последовательность последовательности аминокислот для белка кодируется спиралью ДНК. Код состоит из следующих четырех азотистые основания:

• Гуанин (G)
• Цитозин (С)
• Аденин (А)
• Тимин (T)

Это азотистые основания, и каждое звено в цепи ДНК состоит из пары оснований. Гуанин образует пару с цитозином, а аденин образует пару с тимином. Ссылки получают однобуквенные имена в зависимости от того, какая база идет первой в каждой ссылке. Пары оснований называются G, C, A и T для связей гуанин-цитозин, цитозин-гуанин, аденин-тимин и тимин-аденин.

Три пары оснований представляют собой код для конкретной аминокислоты и называются кодон. Типичный кодон можно назвать GGA или ATC. Поскольку каждое из трех мест кодонов для пары оснований может иметь четыре разные конфигурации, общее количество кодонов составляет 4³ или 64.

В синтезе белка используется около 20 аминокислот, а также есть кодоны для сигналов запуска и остановки. В результате кодонов достаточно для определения последовательности аминокислот для каждого белка с некоторой избыточностью.

МРНК - это копия кода одного белка.

Когда мРНК покидает ядро, она ищет рибосома синтезировать белок, для которого есть закодированные инструкции.

Рибосомы - это фабрики клетки, производящие клеточные белки. Они состоят из небольшой части, которая считывает мРНК, и большей части, которая собирает аминокислоты в правильной последовательности. Рибосома состоит из рибосомная РНК и связанные белки.

Рибосомы либо плавают в клетках. цитозоль или прикреплен к ячейке эндоплазматическая сеть (ER), серия замкнутых мембран мешочков, обнаруженных рядом с ядром. Когда плавающие рибосомы производят белки, они попадают в цитозоль клетки.

Если рибосомы, прикрепленные к ER, производят белок, белок отправляется за пределы клеточной мембраны для использования в другом месте. Клетки, которые секретируют гормоны и ферменты, обычно имеют много рибосом, прикрепленных к ER, и производят белки для внешнего использования.

МРНК связывается с рибосомой, и может начаться трансляция кода в соответствующий белок.

В цитозоле клетки плавают аминокислоты и небольшие молекулы РНК, называемые переносить РНК или тРНК. Для каждого типа аминокислот, используемых для синтеза белка, существует молекула тРНК.

Когда рибосома считывает код мРНК, она выбирает молекулу тРНК для переноса соответствующей аминокислоты на рибосому. ТРНК доставляет молекулу указанной аминокислоты к рибосоме, которая присоединяет молекулу в правильной последовательности к аминокислотной цепи.

Последовательность событий следующая:

1. Посвящение. Один конец молекулы мРНК связывается с рибосомой.
2. Перевод. Рибосома считывает первый кодон кода мРНК и выбирает соответствующую аминокислоту из тРНК. Затем рибосома считывает второй кодон и присоединяет вторую аминокислоту к первой.
3. Завершение. Рибосома движется вниз по цепи мРНК и в то же время продуцирует соответствующую белковую цепь. Белковая цепь представляет собой последовательность аминокислот с пептидные связи формирование полипептидная цепь.

Некоторые белки производятся партиями, в то время как другие синтезируются непрерывно для удовлетворения текущих потребностей клетки. Когда рибосома производит белок, информационный поток центральной догмы от ДНК к белку завершается.

Недавно были изучены альтернативы прямому информационному потоку, предусмотренному в центральной догме. В альтернативное сращиваниепре-мРНК разрезается для удаления интронов, но последовательность экзонов в скопированной цепочке ДНК изменяется.

Это означает, что одна кодовая последовательность ДНК может дать начало двум различным белкам. Хотя интроны отбрасываются как некодирующие генетические последовательности, они могут влиять на кодирование экзонов и могут быть источником дополнительных генов при определенных обстоятельствах.

В то время как центральная догма молекулярной биологии остается в силе в том, что касается потока информации, детали того, как именно информация течет от ДНК к белкам, менее линейны, чем изначально мысль.