A molekuláris biológia központi dogmája

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2021. március 19-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzésekhez 10 szerkesztés szükséges .

A molekuláris biológia központi dogmája egy olyan szabály, amely általánosítja a  természetben megfigyelt genetikai információ megvalósítását : az információ a nukleinsavaktól a fehérjékig terjed , de nem az ellenkező irányba. A szabályt Francis Crick fogalmazta meg 1958-ban [1] , és 1970-ben hozta összhangba az addig felhalmozott adatokkal [2] . A genetikai információ szekvenciális átmenete a DNS -ről az RNS -re, majd az RNS-ről a fehérjére kivétel nélkül minden sejtes szervezet számára univerzális, és a makromolekulák bioszintézisének alapja. Replikációkgenom az információs átmeneti DNS → DNS-nek felel meg. A természetben is előfordulnak RNS → RNS és RNS → DNS átmenetek (például egyes vírusokban), valamint a molekuláról molekulára továbbított fehérjék konformációjának megváltozása.

A biológiai szekvenciákban található információ

A biopolimerek élőlények által szintetizált biológiai polimerek . A DNS, az RNS és a fehérjék lineáris polimerek, amelyeket úgy állítanak össze, hogy az egyes elemeket egymáshoz kapcsolják - monomerek . A monomerek sorozata olyan információkat kódol, amelyek átviteli szabályait a központi dogma írja le. Az információ továbbítása nagy pontossággal, determinisztikusan történik, és egy biopolimert sablonként használnak egy másik polimer összeállításához, amelynek szekvenciája teljesen meghatározza az első polimer szekvenciáját.

A biológiai információk átvitelének univerzális módjai

Az élő szervezetekben háromféle heterogén, azaz különböző polimer monomerből áll - DNS, RNS és fehérje. A köztük lévő információátadás kilenc (3 × 3 = 9) módon valósítható meg. A központi dogma a kommunikáció e kilenc típusát három csoportra osztja:

Tábornok Különleges Ismeretlen
DNS → DNS RNS → DNS fehérje → DNS
DNS → RNS RNS → RNS fehérje → RNS
RNS → fehérje DNS → fehérje fehérje → fehérje

Az információtovábbítás általános módjai

DNS replikáció: DNS → DNS

A DNS-replikáció az információtovábbítás fő módja az élő szervezetek generációi között, ezért nagyon fontos a DNS pontos megkettőzése (replikációja). A replikációt fehérjék komplexe végzi. Először a fehérjék feltekerik a kromatint , majd a kettős hélixet; kapsz két láncot. Ezt követően a DNS-polimeráz és a hozzá kapcsolódó fehérjék mind a két láncra egy-egy komplementer láncot építenek.

Átírás: DNS → RNS

A transzkripció egy biológiai folyamat, melynek eredményeként egy DNS-darabban található információ átmásolódik a szintetizált mRNS -molekulára . A transzkripciót transzkripciós faktorok és RNS polimeráz végzik . Egy eukarióta sejtben az elsődleges transzkriptum (pre-mRNS) gyakran szerkesztett. Ezt a folyamatot RNS-feldolgozásnak nevezik .

Fordítás: RNS → fehérje

Az érett mRNS -t a riboszómák olvassák le a transzláció során. A prokarióta sejtekben a transzkripció és a transzláció folyamata térben nem különül el, és ezek a folyamatok összekapcsolódnak. Az eukarióta sejtekben a transzkripció helyét, a sejtmagot egy nukleáris membrán választja el a transzláció helyétől ( citoplazma ) , így az mRNS a sejtmagból a citoplazmába kerül. Az mRNS -t a riboszóma három nukleotid "szóként" olvassa be. Iniciációs faktorok és elongációs faktorok komplexei aminoacilezett transzfer RNS - eket szállítanak az mRNS -riboszóma komplexhez.

Az információtovábbítás speciális módjai

Reverz transzkripció: RNS → DNS

A reverz transzkripció az információ átvitele az RNS-ből a DNS-be, egy olyan folyamat, amely megfordítja a transzkripciót, és amelyet egy reverz transzkriptáz nevű enzim hajt végre . Előfordul retrovírusokban , például HIV -ben és retrotranszpozonok esetében .

RNS replikáció: RNS → RNS

Az RNS-replikáció egy RNS-szál másolása annak komplementer RNS-szálára az RNS-függő RNS-polimeráz enzim segítségével. Ily módon az egyszálú (például pikornavírusok, amelyek közé tartozik a ragadós száj- és körömfájás vírusa , koronavírusok ) vagy kétszálú RNS-t tartalmazó vírusok replikálódnak.

Egy fehérje közvetlen fordítása DNS-templáton: DNS → fehérje

Az élő transzlációt E. coli sejtkivonatokban mutatták ki . A kivonatok riboszómákat tartalmaztak , de mRNS -t nem, a rendszerbe bevitt DNS-ből fehérjéket szintetizáltak; a neomicin antibiotikum fokozta ezt a hatást [3] [4] .

Epigenetikai változások

Az epigenetikai változások olyan változások a gének expressziójában, amelyeket nem a genetikai információ változásai (mutációk) okoznak. Epigenetikai változások következnek be a génexpresszió szintjének módosulása, azaz transzkripciója és/vagy transzlációja következtében. Az epigenetikai szabályozás leggyakrabban tanulmányozott típusa a DNS-metiláció a DNS-metiltranszferáz fehérjék segítségével, amely a metilált gén átmeneti, életfüggő inaktiválásához vezet . Mivel azonban a DNS-molekula elsődleges szerkezete nem változik, ez a kivétel nem tekinthető a fehérjéből a DNS-be történő információátvitel igazi példájának.

Prionok

A prionok olyan fehérjék, amelyek kétféle formában léteznek. A fehérjék egyik formája ( konformációja ) funkcionális, általában vízben oldódik. A második forma vízben oldhatatlan aggregátumokat képez, gyakran molekuláris polimer csövek formájában. Egy monomer - egy fehérjemolekula - ebben a konformációban képes más hasonló fehérjemolekulákhoz kapcsolódni, és azokat egy második, prionszerű konformációvá alakítja át. Az ilyen folyamatokat néha, az összes többi mátrixfolyamattól eltérően (az első típushoz), a második típusú mátrixfolyamatoknak nevezik . a gombákra utalva az ilyen molekulák örökölhetők. De, mint a DNS-metiláció esetében, a fehérje elsődleges szerkezete ebben az esetben ugyanaz marad, és nincs információátvitel a nukleinsavakhoz .

A "dogma" kifejezés története

Horace Judson ezt írta A  teremtés nyolcadik napja című

„Azt hittem, hogy a dogma egy olyan gondolat, amelyet nem támasztanak alá tények. Érted?" Crick pedig örömmel kiáltott fel: „Egyszerűen nem tudtam, mit jelent a „ dogma ”. Nevezhetném "központi hipotézisnek" vagy valami másnak is. A dogma csak egy szlogen volt." [6]

Eredeti szöveg  (angol)[ showelrejt] Az volt a fejemben, hogy a dogma olyan ötlet, amelyre nincs ésszerű bizonyíték. Látod? - Crick felüvöltött örömében. - Csak nem tudtam, mit jelent a dogma. És éppúgy nevezhettem volna „Központi Hipotézisnek”, vagy – tudod. Ezt akartam mondani. A dogma csak egy fogós mondat volt

Ezenkívül Crick önéletrajzi könyvében What Mad Pursuit írt a „dogma” szó megválasztásáról és a választás által okozott problémákról:

„Ezt az elképzelést két okból is központi dogmának neveztem. A szekvencia-hipotézisben már használtam a „ hipotézis ” szót, emellett azt akartam sugallni, hogy ez az új feltevés sokkal központibb és erősebb... Mint kiderült, a „dogma” kifejezés használata nagyobb gondot okozott, mint az. megérte... Sok évvel később Jacques Monod azt mondta nekem, hogy láthatóan nem értettem, mit jelent a „dogma” szó, ami a hit kétségtelen részét jelenti. Homályosan tartottam a szó e jelentésétől, de mivel úgy véltem, hogy minden vallásos meggyőződésnek nincs alapja, úgy használtam a szót, ahogy én értettem, és nem a legtöbb ember, arra a grandiózus hipotézisre alkalmazva, hogy a magabiztosság ellenére ihlette, kis mennyiségű közvetlen kísérleti adaton alapult.

Eredeti szöveg  (angol)[ showelrejt] Ezt az elképzelést két okból is központi dogmának neveztem. A nyilvánvaló hipotézis szót már használtam a szekvencia-hipotézisben, és emellett azt akartam sugallni, hogy ez az új feltevés központibb és erősebb. ... Mint kiderült, a dogma szó használata szinte több gondot okozott, mint amennyit megért... Sok évvel később Jacques Monod rámutatott arra, hogy úgy tűnik, nem értem a dogma szó helyes használatát, ami olyan hiedelem, amiben nem lehet kétségbe vonni. Ezt egyfajta homályos módon értettem meg, de mivel azt hittem, hogy minden vallásos meggyőződésnek nincs alapja, úgy használtam a szót, ahogy én gondoltam róla, nem úgy, mint a világ nagy része, és egyszerűen egy nagy hipotézisre alkalmaztam. amely bármennyire is valószínű volt, kevés közvetlen kísérleti támaszt kapott.

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Crick, FHC (1958): On Protein Synthesis. Symp. szoc. Exp. Biol. XII, 139-163. (pdf, az eredeti cikk korai vázlata)
  2. ↑ Crick, F. (1970): Central Dogma of Molecular Biology. Nature 227, 561-563. PMID 4913914
  3. ↑ BJ McCarthy és JJ Holland. Denaturált DNS, mint közvetlen sablon az in vitro fehérjeszintézishez  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States  : Journal  . - 1965. - szeptember 15. ( 54. köt. ). - P. 880-886 . - doi : 10.1073/pnas.54.3.880 . — PMID 4955657 .
  4. ↑ . T. Uzawa, A. Yamagishi, T. Oshima. Polipeptidszintézis, amelyet a DNS irányít, mint hírvivő az Extreme Thermophiles, a Thermus thermophilus HB27 és a Sulfolobus tokodaii törzs 7  sejtmentes polipeptidszintézisében // The  Journal of Biochemistry : folyóirat. - 2002. - április 9. ( 131. kötet ). - P. 849-853 . — PMID 12038981 .
  5. ↑ Lábjegyzet hiba ? : Érvénytelen címke <ref>; автоссылка1nincs szöveg a lábjegyzetekhez
  6. ↑ Horace Freeland Judson. A teremtés nyolcadik napja: A biológia forradalmának alkotói (25. évfordulós kiadás)  (angol) . - 1996. - ISBN 0-87969-477-7 .

Linkek

  1. BJ McCarthy, JJ Holland. Denaturált DNS, mint közvetlen sablon az in vitro fehérjeszintézishez  // Proceedings of the National Academy of Sciences  . - Nemzeti Tudományos Akadémia , 1965. - Vol. 54 . - P. 880-886 .
  2. Werner, E. Genome Semantics, In Silico Multicellular Systems and the Central Dogma // FEBS Letters. - 2005. - Kiadás. 579 . - S. 1779-1782 . PMID 15763551
  3. Horace Freeland Judson. 6. fejezet: Az volt a véleményem, hogy a dogma olyan ötlet, amelyre nincs ésszerű bizonyíték. Látod?! // A teremtés nyolcadik napja: A forradalom alkotói a biológiában (25. évfordulós kiadás). – 1996.
  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák