Περιεχόμενο
- Η μεταγραφή του DNA λαμβάνει χώρα στον πυρήνα
- Το mRNA έχει ένα αντίγραφο του κώδικα για μια πρωτεΐνη
- Οι πρωτεΐνες παράγονται από τα ριβοσώματα
- Η μετάφραση συναρμολογεί μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη σύμφωνα με τον κώδικα mRNA
- Εναλλακτικός συνδυασμός και οι επιδράσεις των ιντρονίων
Το κεντρικό δόγμα της μοριακής βιολογίας εξηγεί ότι η ροή πληροφοριών για τα γονίδια προέρχεται από το DNA γενετικός κώδικας σε ένα ενδιάμεσο αντίγραφο RNA και στη συνέχεια στο πρωτεΐνες συντίθενται από τον κώδικα. Οι βασικές ιδέες που οδήγησαν στο δόγμα προτάθηκαν αρχικά από το βρετανικό μοριακό βιολόγο Francis Crick το 1958.
Μέχρι το 1970 έγινε γενικά αποδεκτό ότι το RNA έφτιαξε αντίγραφα συγκεκριμένων γονιδίων από την αρχική διπλή έλικα DNA και στη συνέχεια σχημάτισε τη βάση για την παραγωγή πρωτεϊνών από τον αντιγραφόμενο κώδικα.
Η διαδικασία αντιγραφής γονιδίων μέσω μεταγραφής του γενετικού κώδικα και παραγωγή πρωτεϊνών μέσω της μετάφρασης του κώδικα σε αλυσίδες αμινοξέων ονομάζεται γονιδιακή έκφραση. Ανάλογα με το κύτταρο και ορισμένους περιβαλλοντικούς παράγοντες, ορισμένα γονίδια εκφράζονται ενώ άλλα παραμένουν αδρανή. Η γονιδιακή έκφραση διέπεται από χημικά σήματα μεταξύ των κυττάρων και των οργάνων των ζωντανών οργανισμών.
Η ανακάλυψη του εναλλακτική σύνδεση και η μελέτη των μη κωδικοποιητικών τμημάτων του DNA που ονομάζεται ιντρόνια δείχνουν ότι η διαδικασία που περιγράφεται από το κεντρικό δόγμα της βιολογίας είναι πιο περίπλοκη από ό, τι αρχικά υποτίθεται. Το απλό Η αλληλουχία DNA προς RNA προς πρωτεΐνη έχει υποκαταστήματα και παραλλαγές που βοηθούν τους οργανισμούς να προσαρμοστούν σε ένα μεταβαλλόμενο περιβάλλον. Το βασικό δόγμα ότι η γενετική πληροφορία κινείται μόνο προς μία κατεύθυνση, από το DNA στο RNA σε πρωτεΐνες, παραμένει χωρίς αμφισβήτηση.
Οι πληροφορίες που κωδικοποιούνται σε πρωτεΐνες δεν μπορούν να επηρεάσουν τον αρχικό κώδικα DNA.
Η μεταγραφή του DNA λαμβάνει χώρα στον πυρήνα
Η έλικα DNA που κωδικοποιεί τη γενετική πληροφορία του οργανισμού βρίσκεται στον πυρήνα των ευκαρυωτικών κυττάρων. Τα προκαρυωτικά κύτταρα είναι κύτταρα που δεν έχουν πυρήνα, έτσι ώστε η μεταγραφή, η μετάφραση και η πρωτεϊνική σύνθεση του DNA λαμβάνουν χώρα στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων μέσω ενός παρόμοιου (αλλά απλούστερου) μεταγραφική / μεταφραστική διαδικασία.
Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, τα μόρια ϋΝΑ δεν μπορούν να εγκαταλείψουν τον πυρήνα, έτσι τα κύτταρα πρέπει να αντιγράψουν τον γενετικό κώδικα για να συνθέσουν πρωτεΐνες στο κύτταρο έξω από τον πυρήνα. Η διαδικασία αντιγραφής αντιγραφής ξεκινάει από ένα ένζυμο που ονομάζεται RNA πολυμεράση και έχει τα εξής στάδια:
Η αλληλουχία DNA που αντιγράφεται στο δεύτερο στάδιο περιέχει τα εξόνια και τα ιντρόνια και είναι ένας πρόδρομος του αγγελιαφόρου RNA.
Για να καταργήσετε τα ιντρόνια, το προ-mRNA ο κλώνος κόβεται σε μία διασύνδεση εσωνίου / εξονίου. Το τμήμα ιντρονίου του κλώνου σχηματίζει μια κυκλική δομή και αφήνει τον κλώνο, επιτρέποντας στα δύο εξόνια από κάθε πλευρά του ιντρονίου να ενώνονται μεταξύ τους. Όταν η αφαίρεση των ιντρονίων είναι πλήρης, ο νέος κλώνος mRNA είναι ώριμο mRNA, και είναι έτοιμος να εγκαταλείψει τον πυρήνα.
Το mRNA έχει ένα αντίγραφο του κώδικα για μια πρωτεΐνη
Οι πρωτεΐνες είναι μακριές χορδές αμινοξέων που συνδέονται με πεπτιδικούς δεσμούς. Είναι υπεύθυνοι για να επηρεάσουν αυτό που ένα κύτταρο μοιάζει και τι κάνει. Δημιουργούν κυτταρικές δομές και παίζουν βασικό ρόλο στο μεταβολισμό. Δρουν ως ένζυμα και ορμόνες και ενσωματώνονται σε κυτταρικές μεμβράνες για να διευκολύνουν τη μετάβαση μεγάλων μορίων.
Η αλληλουχία της σειράς αμινοξέων για μια πρωτεΐνη κωδικοποιείται στην έλικα ϋΝΑ. Ο κώδικας αποτελείται από τα ακόλουθα τέσσερα αζωτούχων βάσεων:
Αυτές είναι αζωτούχες βάσεις και κάθε σύνδεσμος στην αλυσίδα DNA αποτελείται από ένα ζεύγος βάσεων. Η γουανίνη σχηματίζει ένα ζεύγος με κυτοσίνη και η αδενίνη σχηματίζει ένα ζεύγος με θυμίνη. Οι συνδέσεις δίδονται με ονόματα ενός γράμματος ανάλογα με την βάση που έρχεται πρώτη σε κάθε σύνδεσμο. Τα ζεύγη βάσεων ονομάζονται G, C, Α και Τ για τους συνδέσμους γουανίνης-κυτοσίνης, κυτοσίνης-γουανίνης, αδενίνης-θυμίνης και θυμίνης-αδενίνης.
Τρία ζεύγη βάσεων αντιπροσωπεύουν έναν κώδικα για ένα συγκεκριμένο αμινοξύ και ονομάζονται α κωδικόνιο. Ένα τυπικό κωδικόνιο μπορεί να ονομάζεται GGA ή ATC. Επειδή κάθε ένα από τα τρία μέρη κωδικονίου για ένα ζεύγος βάσεων μπορεί να έχει τέσσερις διαφορετικές διαμορφώσεις, ο συνολικός αριθμός κωδικώνων είναι 43 ή 64.
Υπάρχουν περίπου 20 αμινοξέα που χρησιμοποιούνται στη σύνθεση πρωτεϊνών και υπάρχουν επίσης κωδικόνια για σήματα έναρξης και διακοπής. Ως αποτέλεσμα, υπάρχουν αρκετά κωδικόνια για τον ορισμό μιας αλληλουχίας αμινοξέων για κάθε πρωτεΐνη με ορισμένες απολύσεις.
Το mRNA είναι ένα αντίγραφο του κώδικα για μία πρωτεΐνη.
Οι πρωτεΐνες παράγονται από τα ριβοσώματα
Όταν το mRNA φεύγει από τον πυρήνα, ψάχνει για ένα ριβοσώματος να συνθέσει την πρωτεΐνη για την οποία έχει τις κωδικοποιημένες οδηγίες.
Τα ριβοσώματα είναι τα εργοστάσια του κυττάρου που παράγουν τις πρωτεΐνες του κυττάρου. Αποτελούνται από ένα μικρό κομμάτι που διαβάζει το mRNA και ένα μεγαλύτερο μέρος που συναρμολογεί τα αμινοξέα στη σωστή σειρά. Το ριβόσωμα αποτελείται από ριβοσωμικό RNA και συναφείς πρωτεΐνες.
Τα ριβοσώματα βρίσκονται είτε κυμαινόμενα στο κύτταρο κυτοσόλης ή να συνδεθεί με το κύτταρο ενδοπλασματικό δίκτυο (ER), μια σειρά από κλειστούς μεμβράνη σάκους που βρίσκονται κοντά στον πυρήνα. Όταν τα πλωτά ριβοσώματα παράγουν πρωτεΐνες, οι πρωτεΐνες απελευθερώνονται στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων.
Εάν τα ριβοσώματα που συνδέονται με το ER παράγουν μια πρωτεΐνη, η πρωτεΐνη αποστέλλεται εκτός της κυτταρικής μεμβράνης για να χρησιμοποιηθεί αλλού. Τα κύτταρα που εκκρίνουν ορμόνες και ένζυμα συνήθως έχουν πολλά ριβοσώματα συνδεδεμένα με το ER και παράγουν πρωτεΐνες για εξωτερική χρήση.
Το mRNA συνδέεται με ένα ριβόσωμα και μπορεί να ξεκινήσει η μετάφραση του κώδικα στην αντίστοιχη πρωτεΐνη.
Η μετάφραση συναρμολογεί μια συγκεκριμένη πρωτεΐνη σύμφωνα με τον κώδικα mRNA
Στην κυτταρόπλασμα κυττάρων που κυλούν είναι τα αμινοξέα και τα μικρά μόρια RNA που ονομάζονται μεταφορά RNA ή tRNA. Υπάρχει ένα μόριο tRNA για κάθε τύπο αμινοξέος που χρησιμοποιείται για τη σύνθεση πρωτεϊνών.
Όταν το ριβόσωμα διαβάζει τον κώδικα mRNA, επιλέγει ένα μόριο tRNA για να μεταφέρει το αντίστοιχο αμινοξύ στο ριβόσωμα. Το tRNA φέρει ένα μόριο του συγκεκριμένου αμινοξέος στο ριβόσωμα, το οποίο συνδέει το μόριο με τη σωστή αλληλουχία στην αλυσίδα αμινοξέων.
Η ακολουθία των συμβάντων έχει ως εξής:
Ορισμένες πρωτεΐνες παράγονται σε παρτίδες ενώ άλλες συντίθενται συνεχώς για να καλύψουν τις συνεχιζόμενες ανάγκες του κυττάρου. Όταν το ριβόσωμα παράγει την πρωτεΐνη, η ροή πληροφοριών του κεντρικού δόγματος από το DNA στην πρωτεΐνη είναι πλήρης.
Εναλλακτικός συνδυασμός και οι επιδράσεις των ιντρονίων
Εξετάστηκαν πρόσφατα εναλλακτικές λύσεις στην άμεση ροή πληροφοριών που προβλέπονται στο κεντρικό δόγμα. Σε εναλλακτικό μάτισμα, το προ-mRNA κόβεται για να απομακρυνθούν τα ιντρόνια, αλλά αλλάζει η αλληλουχία των εξονίων στην αντιγραμμένη σειρά DNA.
Αυτό σημαίνει ότι μία ακολουθία κώδικα DNA μπορεί να δημιουργήσει δύο διαφορετικές πρωτεΐνες. Ενώ τα ιντρόνια απορρίπτονται ως μη κωδικοποιητικές γενετικές αλληλουχίες, μπορεί να επηρεάσουν την κωδικοποίηση εξωνίων και μπορεί να είναι μια πηγή πρόσθετων γονιδίων υπό ορισμένες περιστάσεις.
Ενώ το κεντρικό δόγμα της μοριακής βιολογίας παραμένει έγκυρο όσον αφορά τη ροή πληροφοριών, οι λεπτομέρειες του ακριβούς τρόπου με τον οποίο οι πληροφορίες ρέουν από το DNA στις πρωτεΐνες είναι λιγότερο γραμμικές από ό, τι είχαν αρχικά θεωρηθεί.