ความเชื่อกลาง (การแสดงออกของยีน): คำจำกัดความ ขั้นตอน ระเบียบ

หลักคำสอนหลักของอณูชีววิทยาอธิบายว่าการไหลของข้อมูลสำหรับยีนมาจาก ดีเอ็นเอรหัสพันธุกรรม เพื่อ an สำเนา RNA ระดับกลาง แล้วไปที่ โปรตีน สังเคราะห์จากโค้ด แนวคิดหลักที่อยู่เบื้องหลังความเชื่อนี้ได้รับการเสนอครั้งแรกโดยนักชีววิทยาโมเลกุลชาวอังกฤษ ฟรานซิส คริก ในปี 1958

ภายในปี 1970 เป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไปว่า RNA ได้ทำการคัดลอกยีนจำเพาะจาก DNA double helix ดั้งเดิม จากนั้นจึงสร้างพื้นฐานสำหรับการผลิตโปรตีนจากรหัสที่คัดลอกมา

กระบวนการคัดลอกยีนผ่านการถอดรหัสพันธุกรรมและการผลิตโปรตีนโดยการแปลรหัสเป็นสายโซ่ของกรดอะมิโนเรียกว่า การแสดงออกของยีน. ขึ้นอยู่กับเซลล์และปัจจัยแวดล้อมบางอย่าง ยีนบางตัวจะแสดงออกมาในขณะที่ยีนอื่นๆ ยังคงอยู่เฉยๆ การแสดงออกของยีนถูกควบคุมโดยสัญญาณทางเคมีระหว่างเซลล์และอวัยวะของสิ่งมีชีวิต

การค้นพบ ประกบทางเลือก และการศึกษาส่วนที่ไม่เข้ารหัสของดีเอ็นเอที่เรียกว่า อินตรอน บ่งชี้ว่ากระบวนการที่อธิบายโดยหลักคำสอนทางชีววิทยานั้นซับซ้อนกว่าที่คิดไว้ในตอนแรก ความเรียบง่าย DNA เป็น RNA ถึงลำดับโปรตีนมีกิ่งก้านและรูปแบบที่ช่วยให้สิ่งมีชีวิตปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมที่เปลี่ยนแปลงได้. หลักการพื้นฐานที่ข้อมูลทางพันธุกรรมเคลื่อนไปในทิศทางเดียวเท่านั้น จาก DNA ถึง RNA ไปจนถึงโปรตีน ยังคงไม่มีใครขัดขวาง

ข้อมูลที่เข้ารหัสในโปรตีนไม่สามารถส่งผลต่อรหัส DNA ดั้งเดิมได้

เกลียวดีเอ็นเอ ที่เข้ารหัสข้อมูลทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตนั้นอยู่ในนิวเคลียสของเซลล์ยูคาริโอต เซลล์โปรคาริโอตเป็นเซลล์ที่ไม่มีนิวเคลียส ดังนั้น การถอดรหัสดีเอ็นเอการแปลและการสังเคราะห์โปรตีนทั้งหมดเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึมของเซลล์ผ่านทางที่คล้ายกัน (แต่ง่ายกว่า) กระบวนการถอดความ/แปล.

ใน เซลล์ยูคาริโอตโมเลกุลของ DNA ไม่สามารถออกจากนิวเคลียสได้ ดังนั้นเซลล์จึงต้องคัดลอกรหัสพันธุกรรมเพื่อสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์ภายนอก นิวเคลียส. กระบวนการคัดลอกการถอดรหัสเริ่มต้นโดยเอนไซม์ที่เรียกว่า RNA โพลีเมอเรส และมีขั้นตอนดังนี้

1. การเริ่มต้น. RNA polymerase จะแยกสาย DNA เกลียวทั้งสองเส้นออกชั่วคราว เกลียว DNA สองเส้นติดอยู่ที่ด้านใดด้านหนึ่งของลำดับยีนที่กำลังถูกคัดลอก

2. คัดลอก RNA polymerase เคลื่อนที่ไปตามสาย DNA และทำสำเนายีนบนสายใดสายหนึ่ง

3. ประกบ สาย DNA มีลำดับรหัสโปรตีนที่เรียกว่า exonsและลำดับที่ไม่ได้ใช้ในการผลิตโปรตีนเรียกว่า อินตรอน. เนื่องจากจุดประสงค์ของกระบวนการถอดรหัสคือเพื่อผลิต RNA สำหรับการสังเคราะห์โปรตีน ส่วนอินตรอนของรหัสพันธุกรรมจึงถูกละทิ้งโดยใช้กลไกการประกบ
   

ลำดับดีเอ็นเอที่คัดลอกมาในระยะที่สองประกอบด้วยเอ็กซอนและอินตรอนและเป็นสารตั้งต้นของ RNA ของผู้ส่งสาร

ในการลบอินตรอนออก, the ก่อน mRNA สแตรนด์ถูกตัดที่อินเทอร์เฟสอินตรอน/เอ็กซอน ส่วนอินทรอนของเกลียวสร้างโครงสร้างเป็นวงกลมและออกจากเกลียว ทำให้เอกซอนทั้งสองจากด้านใดด้านหนึ่งของอินตรอนมารวมกัน เมื่อการกำจัดอินตรอนเสร็จสิ้น เกลียว mRNA ใหม่จะเป็น mRNA ที่เป็นผู้ใหญ่และก็พร้อมที่จะออกจากนิวเคลียส

โปรตีนเป็นสายยาวของ กรดอะมิโน เชื่อมด้วยพันธะเปปไทด์ พวกเขามีหน้าที่ในการมีอิทธิพลต่อรูปลักษณ์ของเซลล์และสิ่งที่เซลล์ทำ พวกมันสร้างโครงสร้างเซลล์และมีบทบาทสำคัญในการเผาผลาญ พวกมันทำหน้าที่เป็นเอนไซม์และฮอร์โมนและฝังอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์เพื่ออำนวยความสะดวกในการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลขนาดใหญ่

ลำดับของสายกรดอะมิโนสำหรับโปรตีนถูกเข้ารหัสในเกลียวดีเอ็นเอ รหัสประกอบด้วยสี่ .ต่อไปนี้ ฐานไนโตรเจน:

• กวานีน (G)
• ไซโตซีน (C)
• อะดีนีน (A)
• ไทมีน (T)

เหล่านี้เป็นเบสไนโตรเจน และแต่ละลิงก์ในสายดีเอ็นเอประกอบด้วยคู่เบส Guanine สร้างคู่กับ cytosine และ adenine สร้างคู่กับ thymine ลิงก์จะได้รับชื่อหนึ่งตัวอักษรขึ้นอยู่กับว่าฐานใดมาก่อนในแต่ละลิงก์ คู่เบสเรียกว่า G, C, A และ T สำหรับการเชื่อมโยง guanine-cytosine, cytosine-guanine, adenine-thymine และ thymine-adenine

คู่เบสสามคู่เป็นตัวแทนของรหัสสำหรับกรดอะมิโนเฉพาะและเรียกว่า a โคดอน. codon ทั่วไปอาจเรียกว่า GGA หรือ ATC เนื่องจากแต่ละ codon สามตำแหน่งสำหรับคู่ฐานสามารถมีการกำหนดค่าที่แตกต่างกันสี่แบบ จำนวน codon ทั้งหมดคือ 4³ หรือ 64

มีกรดอะมิโนประมาณ 20 ชนิดที่ใช้ในการสังเคราะห์โปรตีน และยังมีโคดอนสำหรับสัญญาณเริ่มต้นและหยุด เป็นผลให้มี codon มากพอที่จะกำหนดลำดับของกรดอะมิโนสำหรับโปรตีนแต่ละตัวที่มีความซ้ำซ้อนบางอย่าง

mRNA เป็นสำเนาของรหัสสำหรับโปรตีนหนึ่งตัว

เมื่อ mRNA ออกจากนิวเคลียส จะมองหา a ไรโบโซม เพื่อสังเคราะห์โปรตีนที่มีรหัสคำสั่ง

ไรโบโซมเป็นโรงงานของเซลล์ที่ผลิตโปรตีนของเซลล์ ประกอบด้วยส่วนเล็กๆ ที่อ่านค่า mRNA และส่วนที่ใหญ่กว่าซึ่งประกอบเป็นกรดอะมิโนตามลำดับที่ถูกต้อง ไรโบโซมประกอบด้วย ไรโบโซม RNA และโปรตีนที่เกี่ยวข้อง

พบไรโบโซมลอยอยู่ในเซลล์ ไซโตซอล หรือติดไว้กับเซลล์ เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม (เอ่อ)ซึ่งเป็นชุดของถุงปิดเยื่อหุ้มเซลล์ที่พบใกล้นิวเคลียส เมื่อไรโบโซมลอยได้ผลิตโปรตีน โปรตีนจะถูกปล่อยเข้าสู่เซลล์ไซโตซอล

ถ้าไรโบโซมที่ติดอยู่กับ ER ผลิตโปรตีน โปรตีนจะถูกส่งออกไปนอกเยื่อหุ้มเซลล์เพื่อนำไปใช้ที่อื่น เซลล์ที่หลั่งฮอร์โมนและเอนไซม์มักจะมีไรโบโซมจำนวนมากติดอยู่กับ ER และผลิตโปรตีนสำหรับใช้ภายนอก

mRNA จับกับไรโบโซม และการแปลรหัสเป็นโปรตีนที่สอดคล้องกันสามารถเริ่มต้นได้

ที่ลอยอยู่ในเซลล์ไซโตซอลคือกรดอะมิโนและโมเลกุลอาร์เอ็นเอขนาดเล็กที่เรียกว่า โอน RNA หรือ tRNA มีโมเลกุล tRNA สำหรับกรดอะมิโนแต่ละชนิดที่ใช้สำหรับการสังเคราะห์โปรตีน

เมื่อไรโบโซมอ่านรหัส mRNA มันจะเลือกโมเลกุล tRNA เพื่อถ่ายโอนกรดอะมิโนที่สอดคล้องกันไปยังไรโบโซม tRNA นำโมเลกุลของกรดอะมิโนที่ระบุไปยังไรโบโซม ซึ่งยึดโมเลกุลในลำดับที่ถูกต้องกับสายกรดอะมิโน

ลำดับเหตุการณ์มีดังนี้

1. การเริ่มต้น ปลายด้านหนึ่งของโมเลกุล mRNA จับกับไรโบโซม
2. การแปล. ไรโบโซมอ่านโคดอนแรกของรหัส mRNA และเลือกกรดอะมิโนที่สอดคล้องกันจาก tRNA จากนั้นไรโบโซมจะอ่านโคดอนตัวที่สองและยึดกรดอะมิโนตัวที่สองเข้ากับตัวแรก
3. เสร็จสิ้น ไรโบโซมทำงานไปตามสาย mRNA และสร้างสายโปรตีนที่สอดคล้องกันในเวลาเดียวกัน สายโซ่โปรตีนเป็นลำดับของกรดอะมิโนที่มี พันธะเปปไทด์ ก่อตัวเป็น สายโซ่โพลีเปปไทด์.

โปรตีนบางชนิดถูกผลิตขึ้นเป็นชุดๆ ในขณะที่บางชนิดถูกสังเคราะห์อย่างต่อเนื่องเพื่อตอบสนองความต้องการของเซลล์อย่างต่อเนื่อง เมื่อไรโบโซมสร้างโปรตีน การไหลของข้อมูลของความเชื่อหลักจาก DNA ไปยังโปรตีนจะสมบูรณ์

เมื่อเร็ว ๆ นี้ได้มีการศึกษาทางเลือกอื่นสำหรับการไหลของข้อมูลโดยตรงในหลักความเชื่อ ใน ประกบทางเลือก, pre-mRNA ถูกตัดเพื่อเอาอินตรอนออก แต่ลำดับของเอ็กซอนในสตริงดีเอ็นเอที่คัดลอกจะเปลี่ยนไป

ซึ่งหมายความว่าลำดับรหัส DNA หนึ่งลำดับสามารถก่อให้เกิดโปรตีนที่แตกต่างกันสองชนิด แม้ว่าอินตรอนจะถูกละทิ้งเป็นลำดับพันธุกรรมที่ไม่เข้ารหัส แต่อินตรอนอาจมีอิทธิพลต่อการเข้ารหัสเอ็กซอนและอาจเป็นแหล่งของยีนเพิ่มเติมในบางสถานการณ์

ในขณะที่หลักคำสอนหลักของอณูชีววิทยายังคงใช้ได้ตราบเท่าที่เกี่ยวข้องกับการไหลของข้อมูล รายละเอียดที่ชัดเจนว่าข้อมูลที่ไหลจาก DNA ไปยังโปรตีนนั้นมีความเป็นเส้นตรงน้อยกว่าเดิม คิด