Централна догма (експресија гена): Дефиниција, кораци, регулација

Централна догма молекуларне биологије објашњава да проток информација за гене потиче из ДНКгенетски код до ан средња копија РНК а затим на протеини синтетизовано из кода. Кључне идеје у основи догме први је предложио британски молекуларни биолог Францис Црицк 1958. године.

До 1970. године постало је општеприхваћено да РНК прави копије специфичних гена из оригиналне двоструке завојнице ДНК, а затим формира основу за производњу протеина из копираног кода.

Процес копирања гена преко транскрипције генетског кода и производње протеина превођењем кода у ланце аминокиселина назива се Експресија гена. У зависности од ћелије и неких фактора околине, неки гени се изражавају, док други остају у стању мировања. Експресијом гена управљају хемијски сигнали између ћелија и органа живих организама.

Откриће алтернативно спајање и проучавање некодирајућих делова ДНК тзв интронс указују да је процес описан централном догмом биологије сложенији него што се у почетку претпостављало. Једноставно ДНК у РНК у секвенци протеина има гране и варијације које помажу организмима да се прилагоде променљивом окружењу

Информације кодиране у протеинима не могу утицати на оригинални ДНК код.

Тхе ДНК спирала која кодира генетске информације организма налази се у језгру еукариотских ћелија. Прокариотске ћелије су ћелије које немају језгро, па ДНК транскрипција, транслација и синтеза протеина се одвијају у ћелијској цитоплазми путем сличног (али једноставнијег) транскрипција / процес превођења.

У еукариотске ћелије, Молекули ДНК не могу да напусте језгро, па ћелије морају да копирају генетски код да би синтетисале протеине у ћелији изван језгро. Процес копирања транскрипције покреће ензим тзв РНК полимераза и има следеће фазе:

1. Иницијација. РНК полимераза привремено раздваја два ланца спирале ДНК. Два ланца ДНК хеликса остају везана са обе стране секвенце гена која се копира.

2. Копирање. РНК полимераза путује дуж ДНК ланаца и прави копију гена на једном од ланаца.

3. Спајање. ДНК ланци садрже тзв. Секвенце кодирања протеина егзони, и називају се секвенце које се не користе у производњи протеина интронс. Пошто је сврха процеса транскрипције да произведе РНК за синтезу протеина, интронски део генетског кода се одбацује помоћу механизма за спајање.
   

ДНК секвенца копирана у другој фази садржи ексоне и интроне и претеча је РНК мессенгер-а.

Да бисте уклонили интроне, пре-мРНК прамен се исече на интерфејсу интрон / екон. Интронски део нити формира кружну структуру и напушта прамен, омогућавајући два егзона са обе стране интрона да се споје. Када је уклањање интрона завршено, нови ланац мРНК је зрела мРНК, и спреман је да напусти језгро.

Протеини су дугачки низови амино киселине спојене пептидним везама. Они су одговорни за утицај на то како ћелија изгледа и шта ради. Они формирају ћелијске структуре и играју кључну улогу у метаболизму. Делују као ензими и хормони и уграђени су у ћелијске мембране како би олакшали транзицију великих молекула.

Секвенца низа аминокиселина за протеин кодирана је у спирали ДНК. Код се састоји од следећа четири азотне базе:

• Гванин (Г)
• Цитозин (Ц)
• Аденин (А)
• Тимин (Т)

То су азотне базе и свака карика у ланцу ДНК састоји се од базног пара. Гванин формира пар са цитозином, а аденин пар са тимином. Везе добијају једнословна имена, у зависности од тога која је основа на првом месту у свакој од веза. Парови база називају се Г, Ц, А и Т за везе гванин-цитозин, цитозин-гванин, аденин-тимин и тимин-аденин.

Три основна пара представљају код одређене аминокиселине и називају се а кодон. Типични кодон може се назвати ГГА или АТЦ. Будући да свако од три места кодона за основни пар може имати четири различите конфигурације, укупан број кодона је 4³ или 64.

Постоји око 20 аминокиселина које се користе у синтези протеина, а ту су и кодони за старт и стоп сигнале. Као резултат, има довољно кодона да дефинишу секвенцу аминокиселина за сваки протеин са одређеним вишком.

МРНА је копија кода за један протеин.

Када мРНА напусти језгро, тражи а рибозом да синтетише протеин за који има кодирана упутства.

Рибосоми су фабрике ћелије које производе ћелијске протеине. Састоје се од малог дела који чита мРНК и већег дела који аминокиселине окупља у правилном низу. Рибозом се састоји од рибосомска РНК и придружени протеини.

Рибосоми се налазе или плутају у ћелији цитосол или причвршћен за ћелију ендоплазматични ретикулум (ЕР), низ мембрански затворених врећа пронађених у близини језгра. Када плутајући рибосоми производе протеине, протеини се ослобађају у ћелијски цитосол.

Ако рибосоми везани за ЕР производе протеин, протеин се шаље изван ћелијске мембране да би се користио негде другде. Ћелије које луче хормоне и ензиме обично имају много рибозома везаних за ЕР и производе протеине за спољну употребу.

МРНК се везује за рибосом и може започети превођење кода у одговарајући протеин.

Плутајући у ћелијском цитозолу називају се аминокиселине и мали молекули РНК преносе РНК или тРНК. Постоји молекул тРНА за сваку врсту аминокиселина која се користи за синтезу протеина.

Када рибозом прочита мРНК код, он бира молекул тРНК да пренесе одговарајућу аминокиселину у рибосом. ТРНА доводи молекул наведене аминокиселине до рибосома, који молекул у правилном низу везује за аминокиселински ланац.

Редослед догађаја је следећи:

1. Иницијација. Један крај молекула мРНК веже се за рибозом.
2. Превод. Рибозом чита први кодон мРНК кода и бира одговарајућу аминокиселину из тРНК. Затим рибозом очитава други кодон и везује другу аминокиселину за први.
3. Завршетак. Рибозом се пробија низ ланац мРНК и истовремено производи одговарајући протеински ланац. Протеински ланац је низ аминокиселина са пептидне везе формирање а полипептидни ланац.

Неки протеини се производе у серијама, док се други континуирано синтетишу како би се задовољиле текуће потребе ћелије. Када рибосом произведе протеин, проток информација централне догме од ДНК до протеина је завршен.

Недавно су проучаване алтернативе директном току информација предвиђеном у централној догми. У алтернативно спајање, пре-мРНА се пресеца да би се уклонили интрони, али се секвенца ексона у копираном ДНК низу мења.

То значи да једна секвенца ДНК кода може да створи два различита протеина. Иако су интрони одбачени као некодирајуће генетске секвенце, они могу утицати на кодирање ексона и у одређеним околностима могу бити извор додатних гена.

Иако централна догма молекуларне биологије остаје валидна што се тиче протока информација, детаљи тачно како информације прелазе из ДНК у протеине мање су линеарне него првобитно мислио.