Central dogm för molekylärbiologi

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 19 mars 2021; kontroller kräver 10 redigeringar .

Den centrala dogmen för molekylärbiologi är en regel som generaliserar implementeringen av genetisk information  som observeras i naturen : information överförs från nukleinsyror till proteiner , men inte i motsatt riktning. Regeln formulerades av Francis Crick 1958 [1] och kom i linje med de data som samlades vid den tiden 1970 [2] . Övergången av genetisk information sekventiellt från DNA till RNA och sedan från RNA till protein är universell för alla cellulära organismer utan undantag, och ligger till grund för biosyntesen av makromolekyler. Genomreplikation motsvarar DNA → DNA-informationsövergången. I naturen finns det också övergångar RNA → RNA och RNA → DNA (till exempel i vissa virus), såväl som en förändring i konformationen av proteiner som överförs från molekyl till molekyl.

Information som finns i biologiska sekvenser

Biopolymerer är biologiska polymerer som syntetiseras av levande varelser . DNA, RNA och proteiner är linjära polymerer som sätts samman genom att successivt fästa enskilda element till varandra - monomerer . Sekvensen av monomerer kodar information, vars överföringsregler beskrivs av den centrala dogmen. Information överförs med hög precision, deterministiskt , och en biopolymer används som mall för att montera en annan polymer med en sekvens som helt bestäms av sekvensen för den första polymeren.

Universella sätt att överföra biologisk information

I levande organismer finns det tre typer av heterogena, det vill säga bestående av olika polymermonomerer - DNA, RNA och protein. Överföringen av information mellan dem kan utföras på nio (3 × 3 = 9) sätt. Den centrala dogmen delar in dessa nio typer av kommunikation i tre grupper:

Allmän Särskild Okänd
DNA → DNA RNA → DNA protein → DNA
DNA → RNA RNA → RNA protein → RNA
RNA → protein DNA → protein protein → protein

Allmänna sätt att överföra information

DNA-replikation: DNA → DNA

DNA-replikation är det huvudsakliga sättet att överföra information mellan generationer av levande organismer, så den exakta dupliceringen (replikationen) av DNA är mycket viktig. Replikation utförs av ett komplex av proteiner. Först lindar proteiner upp kromatin , sedan en dubbelhelix; du får två kedjor. Därefter bygger DNA-polymeras och dess associerade proteiner på var och en av de två kedjorna en komplementär kedja till den.

Transkription: DNA → RNA

Transkription är en biologisk process, som ett resultat av vilken informationen som finns i en bit DNA kopieras till den syntetiserade mRNA- molekylen . Transkription utförs av transkriptionsfaktorer och RNA-polymeras . I en eukaryot cell redigeras ofta det primära transkriptet (pre-mRNA). Denna process kallas RNA-bearbetning .

Översättning: RNA → protein

Moget mRNA läses av ribosomer under translation. I prokaryota celler är processen för transkription och translation inte rumsligt separerad, och dessa processer är kopplade. I eukaryota celler är transkriptionsstället, cellkärnan , separerat från translationsstället ( cytoplasma ) av ett kärnmembran , så mRNA transporteras från kärnan till cytoplasman. mRNA läses av ribosomen som tre nukleotid- "ord". Komplex av initieringsfaktorer och förlängningsfaktorer levererar aminoacylerade överförings-RNA till mRNA -ribosomkomplexet.

Särskilda sätt att överföra information

Omvänd transkription: RNA → DNA

Omvänd transkription är överföringen av information från RNA till DNA, en process som omvänder transkription och utförs av ett enzym som kallas omvänt transkriptas . Förekommer i retrovirus , såsom i HIV och i fallet med retrotransposoner .

RNA-replikation: RNA → RNA

RNA-replikation är kopiering av en RNA-sträng till dess komplementära RNA-sträng med hjälp av enzymet RNA-beroende RNA-polymeras. På detta sätt replikerar virus som innehåller enkelsträngat (till exempel picornavirus, som inkluderar mul- och klövsjukevirus , coronavirus ) eller dubbelsträngat RNA.

Direkt translation av ett protein på en DNA-mall: DNA → protein

Levande translation har visats i cellextrakt av E. coli . Extrakten innehöll ribosomer , men inte mRNA , de syntetiserade proteiner från DNA som infördes i systemet; antibiotikumet neomycin förstärkte denna effekt [3] [4] .

Epigenetiska förändringar

Epigenetiska förändringar är förändringar i uttrycket av gener som inte orsakas av förändringar i genetisk information (mutationer). Epigenetiska förändringar uppstår som ett resultat av modifiering av nivån av genuttryck, det vill säga deras transkription och/eller translation. Den mest studerade typen av epigenetisk reglering är DNA-metylering med hjälp av DNA-metyltransferasproteiner , vilket leder till en tillfällig, livsberoende inaktivering av den metylerade genen . Men eftersom den primära strukturen hos DNA-molekylen inte förändras, kan detta undantag inte betraktas som ett sant exempel på överföring av information från protein till DNA.

Prions

Prioner är proteiner som finns i två former. En av formerna ( konformationerna ) av ett protein är funktionell, vanligtvis löslig i vatten. Den andra formen bildar vattenolösliga aggregat, ofta i form av molekylära polymerrör. En monomer - en proteinmolekyl - i denna konformation kan fästa till andra liknande proteinmolekyler och omvandla dem till en andra prionliknande konformation. Sådana processer kallas ibland, till skillnad från alla andra matrisprocesser (av det första slaget), som matrisprocesser av det andra slaget . med hänvisning till svampar kan sådana molekyler ärvas. Men, som i fallet med DNA-metylering, förblir proteinets primära struktur i detta fall densamma, och det sker ingen överföring av information till nukleinsyror .

Historien om termen "dogma"

Horace Judson skrev i The  Eightth Day of Creation:

"Jag trodde att dogmer är en idé som inte stöds av fakta. Förstår du?" Och Crick utbrast med nöje: "Jag visste bara inte vad " dogm " betydde. Jag kan lika gärna kalla det "Centralhypotesen" eller något annat. Dogma var bara en slogan." [6]

Originaltext  (engelska)[ visaDölj] Min tanke var att en dogm var en idé som det inte fanns några rimliga bevis för. Ser du?!" Och Crick vrålade av förtjusning. "Jag visste bara inte vad dogmer betydde. Och jag kunde lika gärna ha kallat det "Centralhypotesen", eller - du vet. Vilket är vad jag menade att säga. dogm var bara en fångstfras

Dessutom skrev Crick i sin självbiografiska bok What Mad Pursuit om valet av ordet "dogma" och de problem som valet orsakade:

"Jag kallade den här idén för central dogm, misstänker jag, av två anledningar. Jag har redan använt ordet " hypotes " i sekvenshypotesen, dessutom ville jag föreslå att detta nya antagande är mer centralt och starkare ... Det visade sig att användningen av termen "dogm" orsakade mer problem än det var värd ... Många år senare berättade Jacques Monod för mig att jag uppenbarligen inte förstod vad som menades med ordet "dogm", som betyder en del av tron ​​som inte är föremål för tvivel. Jag var vagt orolig för denna innebörd av ordet, men eftersom jag trodde att all religiös övertygelse inte hade någon grund, använde jag ordet som jag förstod det, och inte de flesta andra människor, och tillämpade det på den storslagna hypotesen att, trots tillförsikten inspirerad, baserades på en liten mängd direkt experimentell data.

Originaltext  (engelska)[ visaDölj] Jag kallade denna idé för den centrala dogmen, av två skäl, misstänker jag. Jag hade redan använt det självklara ordet hypotes i sekvenshypotesen, och dessutom ville jag antyda att detta nya antagande var mer centralt och kraftfullare. ... Det visade sig att användningen av ordet dogm orsakade nästan mer problem än det var värt.... Många år senare påpekade Jacques Monod för mig att jag inte verkade förstå den korrekta användningen av ordet dogm, vilket är en tro som inte kan betvivlas. Jag uppfattade detta på ett vagt sätt, men eftersom jag trodde att all religiös övertygelse var utan grund, använde jag ordet som jag själv tänkte om det, inte som de flesta av världen gör, och tillämpade det helt enkelt på en storslagen hypotes som, hur troligt det än var, hade litet direkt experimentellt stöd.

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Crick, FHC (1958): På proteinsyntes. Symp. soc. Exp. Biol. XII, 139-163. (pdf, tidigt utkast till originalartikel)
  2. ↑ Crick, F. (1970): Central Dogma of Molecular Biology. Nature 227, 561-563. PMID 4913914
  3. ↑ BJ McCarthy och JJ Holland. Denaturerat DNA som en direkt mall för proteinsyntes in vitro //  Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America  : journal  . - 1965. - 15 september ( vol. 54 ). - s. 880-886 . - doi : 10.1073/pnas.54.3.880 . — PMID 4955657 .
  4. ↑ . T. Uzawa, A. Yamagishi, T. Oshima. Polypeptidsyntes regisserad av DNA som budbärare i cellfri polypeptidsyntes av extrema termofiler, Thermus thermophilus HB27 och Sulfolobus tokodaii stam 7  // The  Journal of Biochemistry : journal. - 2002. - 9 april ( vol. 131 ). - s. 849-853 . — PMID 12038981 .
  5. ↑ Fotnotsfel ? : Ogiltig tagg <ref>; автоссылка1ingen text för fotnoter
  6. ↑ Horace Freeland Judson. The Eightth Day of Creation: Makers of the Revolution in Biology (25-årsjubileumsutgåva)  (engelska) . - 1996. - ISBN 0-87969-477-7 .

Länkar

  1. BJ McCarthy, JJ Holland. Denaturerat DNA som en direkt mall för proteinsyntes in vitro //  Proceedings of the National Academy of Sciences  . - National Academy of Sciences , 1965. - Vol. 54 . - s. 880-886 .
  2. Werner, E. Genome Semantics, In Silico Multicellular Systems and the Central Dogma // FEBS Letters. - 2005. - Utgåva. 579 . - S. 1779-1782 . PMID 15763551
  3. Horace Freeland Judson. Kapitel 6: Min tanke var att en dogm var en idé som det inte fanns några rimliga bevis för. Du ser?! // The Eightth Day of Creation: Makers of the Revolution in Biology (25-årsjubileumsutgåva). — 1996.
  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk