Центральна догма (експресія генів): визначення, етапи, регулювання

Центральна догма молекулярної біології пояснює, що потік інформації про гени надходить від ДНКгенетичний код до проміжна копія РНК а потім до білки синтезовані з коду. Ключові ідеї, що лежать в основі догми, були вперше запропоновані британським молекулярним біологом Френсісом Криком в 1958 році.

До 1970 р. Стало загальновизнаним, що РНК робила копії специфічних генів з оригінальної подвійної спіралі ДНК, а потім стала основою для виробництва білків із скопійованого коду.

Процес копіювання генів шляхом транскрипції генетичного коду і продукування білків шляхом трансляції коду в ланцюги амінокислот називається експресія гена. Залежно від клітини та деяких факторів навколишнього середовища, певні гени експресуються, тоді як інші залишаються у стані спокою. Експресія генів регулюється хімічними сигналами між клітинами та органами живих організмів.

Відкриття альтернативне зрощування і вивчення некодуючих частин ДНК називається інтрони вказують на те, що процес, описаний центральною догмою біології, є більш складним, ніж передбачалося спочатку. Простий

Інформація, закодована в білках, не може впливати на вихідний код ДНК.

Спіраль ДНК що кодує генетичну інформацію організму, знаходиться в ядрі еукаріотичних клітин. Клітини прокаріотів - це клітини, які не мають ядра, отже Транскрипція ДНК, трансляція та синтез білка відбуваються в цитоплазмі клітини через подібний (але простіший) транскрипція / процес перекладу.

В еукаріотичні клітини, Молекули ДНК не можуть покинути ядро, тому клітини повинні копіювати генетичний код, щоб синтезувати білки в клітині поза ядро. Процес копіювання транскрипції ініціюється ферментом, який називається РНК-полімераза і він має наступні етапи:

1. Ініціація. РНК-полімераза тимчасово розділяє дві нитки спіралі ДНК. Дві ланцюги спіралі ДНК залишаються прикріпленими по обидва боки копіюваної генної послідовності.

2. Копіювання. РНК-полімераза подорожує вздовж ланцюгів ДНК і робить копію гена на одному з ланцюгів.

3. Зрощення. Ланцюги ДНК містять кодуючі білок послідовності, звані екзони, і називаються послідовності, які не використовуються у виробництві білка інтрони. Оскільки метою процесу транскрипції є отримання РНК для синтезу білків, інтронна частина генетичного коду відкидається за допомогою механізму сплайсингу.
   

Послідовність ДНК, скопійована на другій стадії, містить екзони та інтрони і є попередником РНК-месенджера.

Щоб видалити інтрони, пре-мРНК нитка вирізається на інтерфейсі intron / exon. Інтронна частина нитки утворює кругову структуру і залишає нитку, дозволяючи двом екзонам з обох боків інтрону з’єднуватися. Коли видалення інтронів завершено, новий ланцюг мРНК є зріла мРНК, і воно готове покинути ядро.

Білки - це довгі нитки амінокислоти з'єднані пептидними зв'язками. Вони відповідають за вплив на те, як виглядає клітина і що вона робить. Вони утворюють клітинні структури і відіграють ключову роль в обміні речовин. Вони діють як ферменти та гормони і вбудовуються в клітинні мембрани для полегшення переходу великих молекул.

Послідовність ланцюжка амінокислот для білка кодується у спіралі ДНК. Код складається з наступних чотирьох азотисті основи:

• Гуанін (G)
• Цитозин (C)
• Аденин (A)
• Тимін (T)

Це азотисті основи, і кожна ланка в ланцюзі ДНК складається з пари основ. Гуанін утворює пару з цитозином, а аденін - пару з тиміном. Посиланням даються однолітерні імена залежно від того, яка основа стоїть першою в кожному посиланні. Пари основ називаються G, C, A і T для гуанін-цитозинових, цитозин-гуанінових, аденин-тимінових та тимін-аденинових зв’язків.

Три пари основ представляють код певної амінокислоти і називаються a кодон. Типовим кодоном можна назвати GGA або ATC. Оскільки кожне з трьох місць кодонів для базової пари може мати чотири різні конфігурації, загальна кількість кодонів становить 4³ або 64.

Існує близько 20 амінокислот, які використовуються в синтезі білка, а також є кодони для сигналів запуску та зупинки. Як результат, достатньо кодонів, щоб визначити послідовність амінокислот для кожного білка з деякими надмірностями.

МРНК є копією коду для одного білка.

Коли мРНК залишає ядро, вона шукає a рибосома синтезувати білок, для якого він має закодовані інструкції.

Рибосоми - це фабрики клітини, які виробляють клітинні білки. Вони складаються з невеликої частини, яка зчитує мРНК, і більшої частини, яка збирає амінокислоти в правильній послідовності. Рибосома складається з рибосомна РНК та асоційовані білки.

Рибосоми знаходяться або в клітині цитозоль або прикріплений до клітини ендоплазматичний ретикулум (ER), серія мішків, укладених мембраною, знайдених поблизу ядра. Коли плаваючі рибосоми виробляють білки, білки виділяються в клітинний цитозоль.

Якщо рибосоми, прикріплені до ER, виробляють білок, білок направляється за межі клітинної мембрани для використання в іншому місці. Клітини, що виділяють гормони та ферменти, зазвичай мають багато рибосом, приєднаних до ER, і виробляють білки для зовнішнього використання.

ІРНК зв’язується з рибосомою, і може розпочатися переклад коду у відповідний білок.

Плаваючими в клітині цитозолем називаються амінокислоти та малі молекули РНК передача РНК або тРНК. Існує молекула тРНК для кожного типу амінокислоти, що використовується для синтезу білка.

Коли рибосома зчитує код мРНК, вона відбирає молекулу тРНК, щоб перенести відповідну амінокислоту в рибосому. ТРНК приносить молекулу зазначеної амінокислоти до рибосоми, яка приєднує молекулу в правильній послідовності до амінокислотного ланцюга.

Послідовність подій така:

1. Ініціація. Один кінець молекули мРНК зв’язується з рибосомою.
2. Переклад. Рибосома зчитує перший кодон коду мРНК і відбирає відповідну амінокислоту з тРНК. Потім рибосома зчитує другий кодон і приєднує другу амінокислоту до першого.
3. Завершення. Рибосома працює вниз по ланцюгу мРНК і одночасно виробляє відповідний білковий ланцюг. Білковий ланцюг - це послідовність амінокислот з пептидні зв’язки утворюючи а поліпептидний ланцюг.

Деякі білки виробляються порціями, тоді як інші синтезуються безперервно для задоволення поточних потреб клітини. Коли рибосома виробляє білок, інформаційний потік центральної догми від ДНК до білка завершується.

Нещодавно вивчались альтернативи прямому потоку інформації, передбаченому в центральній догмі. В альтернативне зрощування, попередню мРНК вирізають для видалення інтронів, але послідовність екзонів у скопійованій нитці ДНК змінюється.

Це означає, що одна послідовність ДНК-коду може породити два різні білки. Хоча інтрони відкидаються як некодуючі генетичні послідовності, вони можуть впливати на кодування екзонів і можуть бути джерелом додаткових генів за певних обставин.

Хоча центральна догма молекулярної біології залишається чинною, що стосується потоку інформації, то подробиці про те, як саме інформація надходить від ДНК до білків, є менш лінійними, ніж спочатку думав.