Central dogma (genuttryck): definition, steg, reglering

Den centrala dogmen för molekylärbiologi förklarar att informationsflödet för gener kommer från DNAgenetisk kod till en mellanliggande RNA-kopia och sedan till proteiner syntetiseras från koden. De viktigaste idéerna bakom dogmen föreslogs först av den brittiska molekylärbiologen Francis Crick 1958.

Vid 1970 blev det allmänt accepterat att RNA gjorde kopior av specifika gener från den ursprungliga DNA-dubbelspiralen och sedan bildade grunden för produktion av proteiner från den kopierade koden.

Processen med att kopiera gener via transkription av den genetiska koden och producera proteiner genom översättning av koden till kedjor av aminosyror kallas genexpression. Beroende på cellen och vissa miljöfaktorer uttrycks vissa gener medan andra förblir vilande. Genuttryck styrs av kemiska signaler mellan celler och organ i levande organismer.

Upptäckten av alternativ skarvning och studien av icke-kodande delar av DNA som kallas introner ange att processen som beskrivs av biologins centrala dogm är mer komplicerad än vad man ursprungligen antog. Den enkla

Den information som kodas i proteiner kan inte påverka den ursprungliga DNA-koden.

De DNA-spiral som kodar organismens genetiska information ligger i kärnan i eukaryota celler. Prokaryota celler är celler som inte har en kärna, så DNA-transkription, översättning och proteinsyntes sker i cellens cytoplasma via en liknande (men enklare) transkription / översättningsprocess.

I eukaryota celler, DNA-molekyler kan inte lämna kärnan, så celler måste kopiera den genetiska koden för att syntetisera proteiner i cellen utanför kärna. Transkriptionskopieringsprocessen initieras av ett enzym som kallas RNA-polymeras och den har följande steg:

1. Initiering. RNA-polymeras separerar temporärt de två strängarna i DNA-spiralen. De två DNA-helixsträngarna sitter kvar på vardera sidan om gensekvensen som kopieras.

2. Kopiering. RNA-polymeras färdas längs DNA-strängarna och gör en kopia av en gen på en av strängarna.

3. Skarvning. DNA-strängarna innehåller proteinkodande sekvenser som kallas exoneroch sekvenser som inte används vid proteinproduktion kallas introner. Eftersom syftet med transkriptionsprocessen är att producera RNA för syntes av proteiner kasseras den inre delen av den genetiska koden med hjälp av en splitsningsmekanism.
   

DNA-sekvensen som kopierades i det andra steget innehåller exonerna och intronerna och är en föregångare till budbärar-RNA.

För att ta bort intronerna, pre-mRNA sträng skärs vid ett intron / exon-gränssnitt. Introndelen av strängen bildar en cirkulär struktur och lämnar strängen, så att de två exonerna från vardera sidan om intronen går ihop. När borttagningen av intronerna är klar är den nya mRNA-strängen mogen mRNAoch den är redo att lämna kärnan.

Proteiner är långa strängar av aminosyror förenas av peptidbindningar. De är ansvariga för att påverka hur en cell ser ut och vad den gör. De bildar cellstrukturer och spelar en nyckelroll i ämnesomsättningen. De fungerar som enzymer och hormoner och är inbäddade i cellmembran för att underlätta övergången av stora molekyler.

Sekvensen för strängen av aminosyror för ett protein kodas i DNA-spiralen. Koden består av följande fyra kvävehaltiga baser:

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

Dessa är kvävebaser och varje länk i DNA-kedjan består av ett baspar. Guanin bildar ett par med cytosin och adenin bildar ett par med tymin. Länkarna får namn på en bokstav beroende på vilken bas som kommer först i varje länk. Basparen kallas G, C, A och T för guanin-cytosin-, cytosin-guanin-, adenin-tymin- och tymin-adenin-länkarna.

Tre baspar representerar en kod för en viss aminosyra och kallas a kodon. Ett typiskt kodon kan kallas GGA eller ATC. Eftersom var och en av de tre kodonplatserna för ett baspar kan ha fyra olika konfigurationer är det totala antalet kodoner 4³ eller 64.

Det finns cirka 20 aminosyror som används vid proteinsyntes, och det finns också kodoner för start- och stoppsignaler. Som ett resultat finns det tillräckligt med kodoner för att definiera en sekvens av aminosyror för varje protein med vissa uppsägningar.

MRNA är en kopia av koden för ett protein.

När mRNA lämnar kärnan letar det efter en ribosom för att syntetisera det protein som det har de kodade instruktionerna för.

Ribosomer är de fabriker i cellen som producerar cellens proteiner. De består av en liten del som läser mRNA och en större del som sammanställer aminosyrorna i rätt sekvens. Ribosomen består av ribosomalt RNA och associerade proteiner.

Ribosomer finns antingen flytande i cellens cytosol eller fäst vid cellen endoplasmatiska retiklet (ER), en serie av membranstängda säckar som finns nära kärnan. När de flytande ribosomerna producerar proteiner frigörs proteinerna i cellcytosolen.

Om ribosomerna fästa vid ER producerar ett protein skickas proteinet utanför cellmembranet för att användas någon annanstans. Celler som utsöndrar hormoner och enzymer har vanligtvis många ribosomer bundna till ER och producerar proteiner för externt bruk.

MRNA binder till en ribosom och översättningen av koden till motsvarande protein kan börja.

Flytande i cellcytosolen kallas aminosyror och små RNA-molekyler överföra RNA eller tRNA. Det finns en tRNA-molekyl för varje typ av aminosyra som används för proteinsyntes.

När ribosomen läser mRNA-koden väljer den en tRNA-molekyl för att överföra motsvarande aminosyra till ribosomen. TRNA tar en molekyl av den specificerade aminosyran till ribosomen, som fäster molekylen i rätt sekvens till aminosyrakedjan.

Händelseföljden är följande:

1. Initiering. En ände av mRNA-molekylen binder till ribosomen.
2. Översättning. Ribosomen läser det första kodonet i mRNA-koden och väljer motsvarande aminosyra från tRNA. Ribosomen läser sedan det andra kodonet och fäster den andra aminosyran till den första.
3. Komplettering. Ribosomen arbetar sig ner i mRNA-kedjan och producerar en motsvarande proteinkedja samtidigt. Proteinkedjan är en sekvens av aminosyror med peptidbindningar bildar en polypeptidkedja.

Vissa proteiner produceras i satser medan andra syntetiseras kontinuerligt för att möta cellens pågående behov. När ribosomen producerar proteinet är informationsflödet för den centrala dogmen från DNA till protein komplett.

Alternativ till det direkta informationsflödet som planeras i den centrala dogmen har nyligen studerats. I alternativ skarvning, klipps pre-mRNA för att avlägsna introner, men sekvensen för exoner i den kopierade DNA-strängen ändras.

Detta innebär att en DNA-kodsekvens kan ge upphov till två olika proteiner. Medan introner kasseras som icke-kodande genetiska sekvenser kan de påverka exonkodning och kan vara en källa till ytterligare gener under vissa omständigheter.

Medan molekylärbiologins centrala dogm förblir giltigt vad gäller informationsflödet, detaljer om exakt hur informationen flyter från DNA till proteinerna är mindre linjär än ursprungligen trodde.