Name: dna to protein: central dogma steps
Uploaded: 2020-11-23T11:47:33.000Z
Duration: 1 min 25 s
Channel: JoVE

K12 Standards

Minnesota Academic Standards in Science

9-12

Life Science

1.1.1 9L.1.1.1.1

The Central Dogma

Центральная догма молекулярной биологии гласит, что информация, закодированная в ДНК, передаётся на РНК, которая затем направляет синтез белков на основании этих инструкций. Во-первых, в процессе транскрипции, ДНК используется в качестве шаблона для синтеза информационной РНК, мРНК, которая представляет копию кодирующей цепочки. за исключением тимидинов, которые заменяются урацилами.Далее в процессе трансляции в эукариотах, мРНК отправляется к рибосоме. Здесь кодоны, группы из трёх нуклеотидов в мРНК, связываются с комплементарными последовательностями на молекулах трансферной РНК, тРНК, каждая из которых присоединяется к определенной аминокислоте, в зависимости от конкретного кодона. Например, кодон CCA связывается с тРНК, присоединённой к пролину, в то время как AGC связывается с тРНК прикреплённой к серину.Таким образом, генетический код указывает порядок, в котором расположены аминокислоты в результирующем полипептиде. Часто бывает, что полипептиды затем ещё раз обрабатываются, чтобы стать функциональными белками.

Смит, Энн и Кенна Шоу. "Открытие взаимосвязи между ДНК и производством белка." Nature Education 1 No1 (2008):112. [<a href="https://www.nature.com/scitable/topicpage/discovering-the-relationship-between-dna-and-protein-27699" target="__blank">Источник</a>]

Ралстон, Эми и Кенна Шоу. "Чтение генетического кода." Nature Education 1 No1 (2008):120. [<a href="https://www.nature.com/scitable/topicpage/reading-the-genetic-code-1042" target="__blank">Источник</a>]

Центральная догма Молекулярной биологии

<h4>Обзор</h4>

Центральный постулат биологии гласит, что информация, закодированная в ДНК, передается в РНК-мессенджер (мРНК), которая затем направляет синтез белка. Набор инструкций, позволяющих расшифровать нуклеотидную последовательность мРНК в аминокислоты, называется генетическим кодом. Универсальный характер этого генетического кода стимулировал достижения в области научных исследований, сельского хозяйства и медицины.

<h4>РНК является недостающей связью между ДНК и белками</h4>

В начале 1900-х годов ученые обнаружили, что ДНК хранит всю информацию, необходимую для клеточных функций, и что белки выполняют большинство из этих функций. Однако механизмы преобразования генетической информации в функциональные белки оставались неизвестными в течение многих лет. Первоначально считалось, что один ген непосредственно преобразуется в его закодированный белок. Два важнейших открытия в эукариотических клетках бросили вызов этой теории: во-первых, производство белка не происходит в ядре. Во-вторых, ДНК не присутствует вне ядра. Эти выводы вызвали поиск промежуточной молекулы, которая соединяет ДНК с производством белка. Эта молекула-посредник, найденная как в ядре, так и в цитоплазме и связанная с производством белка, является РНК.

Во время транскрипции РНК синтезируется в ядре, используя ДНК в качестве шаблона. Недавно синтезированная РНК по последовательности похожа на цепь ДНК, за исключением того, что тимидин в ДНК заменяется урацилом в РНК. В эукариоты, эта первичная стенограмма дополнительно обрабатывается, удаляя белковые некодирующие области, укупорки 5 ' конца и добавить 3' поли-хвост, чтобы создать мРНК, которая затем экспортируется в цитоплазму.

<h4>Правила интерпретации последовательности мРНК составляют генетический код</h4>

Трансляция происходит при рибосомах в цитоплазме, где информация, закодированная в мРНК, переводится в аминокислотную цепь. Набор из трех нуклеотидов кодирует аминокислоту, и эти тройни называются кодонами. Набор правил, в которых излагаются кодоны, определяют определенную аминокислоту, составляют генетический код.

<h4>Генетический код излишним</h4>

Белки создаются из 20 аминокислот в эукариотах. Сочетание четырех нуклеотидов в наборах из трех обеспечивает 64 (43)возможных кодонов. Это означает, что вполне возможно, что отдельные аминокислоты могут быть закодированы более чем одним кодоном. Генетический код считается излишним или вырожденным. Часто, но не всегда, кодоны, которые определяют те же аминокислоты отличаются только в третьем нуклеотиде триплета. Например, кодоны GUU, GUC, GUA и GUG представляют аминокислоту валин. Тем не менее, AUG является единственным кодоном, который представляет аминокислоты methionine. Кодон AUG также кодон, где начинается синтез белка и поэтому называется началом кодона. Избыточность в системе сводит к минимуму вредное воздействие мутаций. Мутация (т.е. изменение) на третьей позиции кодона не обязательно может привести к изменению аминокислоты.

<h4>Генетический код является универсальным</h4>

За некоторыми исключениями, большинство прокариотических и эукариотических организмов используют тот же генетический код для синтеза белка. Эта универсальность генетического кода позволила добиться успехов в научных исследованиях, сельском хозяйстве и медицине. Например, человеческий инсулин теперь может быть изготовлен в больших масштабах в бактериях. Это делается с использованием рекомбинантной технологии ДНК. Рекомбинантная ДНК состоит из генетического материала разных видов. Гены, кодирующие человеческий инсулин, соединены с бактериальной ДНК и вставлены в бактериальную клетку. Бактериальная клетка выполняет транскрипцию и перевод для производства человеческого инсулина, закодированного в рекомбинантной ДНК. Полученный человеческий инсулин используется для лечения диабета.

Обзор

Центральная догма биологии гласит, что информация, закодированная в ДНК, передается матричной РНК (мРНК), которая затем направляет синтез...

Education

JoVE Core

Molecular Biology

Молекулярная биология

Unit 1

Раздел 1

DNA, Cells, and Evolution

ДНК, клетки и эволюция

KEY TERMS AND CONCEPTS

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ

dna to protein: central dogma steps

The central dogma explains how genetic information moves from DNA to RNA to protein. This flow is a key idea in molecular biology. It helps show how cells use genes to make the molecules that carry out work.

DNA stores the instructions for making proteins. During transcription, a gene in DNA is copied into RNA. The RNA then carries that message to the next stage.

In translation, the RNA message is used to build a protein. Proteins do much of the cell’s work, so this process connects genes to traits and cell function. Understanding the central dogma helps students see how information in DNA becomes an active product in the cell.

DNA to Protein: Central Dogma Steps

the dna helix

DNA Structure and Base Pairing

DNA has a helical structure that helps store genetic information. The double helix is the shape formed by two strands that twist around each other. This structure is a key feature of DNA in cells. The two strands are held together by base pairing. Bases on one strand match with bases on the other strand in a regular way. This pairing helps keep the DNA molecule stable and organized. The helix shape also helps explain how DNA fits into chromosomes and carries instructions for living things. By...

the central dogma

The central dogma explains how genetic information moves from DNA to RNA to protein. This flow is a key idea in molecular biology. It helps show how cells use genes to make the molecules that carry out work. DNA stores the instructions for making proteins. During transcription, a gene in DNA is copied into RNA. The RNA then carries that message to the next stage. In translation, the RNA message is used to build a protein. Proteins do much of the cell’s work, so this process connects genes to...

prokaryotic cells

Inside Prokaryotic Cell Structure

Prokaryotic cells have a simple internal structure compared with many other cells. They are usually divided into two groups: bacteria and archaea. These cells have no nucleus, so their DNA is not enclosed in a membrane-bound compartment. Instead, the genetic material is found in the nucleoid, a region where the DNA is located in the cell. Some prokaryotic cells also contain plasmids, which are small extra DNA molecules. A capsule may surround the cell and provide an additional outer layer. <br...

eukaryotic compartmentalization

Cell Compartments in Eukaryotes

Eukaryotic cells use compartments to organize many different jobs inside one cell. These compartments help separate processes so they can happen in the right place. The compartment called the cytosol is the fluid part of the cell. It surrounds the other internal structures and helps support many cell processes. Inside the cell, membrane-bound organelles create distinct microenvironments. A microenvironment is a small internal space with conditions that fit a specific task. This separation...

the tree of life - bacteria, archaea, eukaryotes

the-tree-of-life-bacteria-archaea-eukaryotes

How Life Is Classified Into Three Domains

The tree of life shows how organisms are related through evolution. Its root represents the common ancestor of all life on Earth. From that point, branches spread out like a tree. The tips of the branches represent living, or extant, species. Species that no longer exist, called extinct species, appear closer to the center of the tree. Today, these organisms are grouped into three domains: bacteria, archaea, and eukaryotes. Scientists still debate these divisions, so the tree of life keeps...

mutations

How Mutations Change DNA

Mutations are changes in DNA. They can alter the genetic code and affect how genes work. In high school biology, students often study mutations to understand how DNA changes can influence traits. The transcript focuses on two common mutation types: point mutations and frameshift mutations. A point mutation changes one nucleotide, which is one DNA building block. A frameshift mutation happens when nucleotides are added or removed and the reading frame shifts. These changes matter because they...

gene evolution - fast or slow?

Why Some Gene Regions Evolve Faster

Gene regions do not all change at the same rate. In eukaryotes, long stretches of DNA do not code for proteins or RNAs. Some of these non-coding regions include important regulatory sequences, but most have no known function. Because little or no selection pressure acts on them, they often change the fastest over evolutionary time. Protein-coding regions usually evolve more slowly. A change in a coding sequence can alter a protein and make it less effective at doing its job. That creates...

genome size and the evolution of new genes

genome-size-and-the-evolution-of-new-genes

How Genome Size Shapes New Genes

Genome size can vary widely, and it also helps show how new genes form. Every living organism has a genome, whether it uses RNA or DNA. Yet the size of that genome can be very different from one organism to another. One major difference is whether the organism is prokaryotic or eukaryotic. Prokaryotic genomes usually have little to no non-coding sequence, which means genes are packed closely together in operons along the chromosome. Eukaryotic genomes contain long stretches of non-coding DNA...

gene families

How Gene Families Evolve and Diversify

Gene families are groups of genes that are thought to come from a shared ancestor. They usually form when a gene is copied by mistake during cell division. The original gene stays under selection pressure to keep its job, while the extra copy can change more quickly over time. Some copied genes gain a new role in the organism. When that happens, they are called paralogs, which are two genes in the same species that evolved from one common ancestral gene. Gene families also include orthologs,...

types of genetic transfer between organisms

types-of-genetic-transfer-between-organisms

How Genes Move Within and Across Generations

Genetic transfer is the movement of genetic information from one organism to another. It happens in two main ways: vertical gene transfer and horizontal gene transfer. Vertical gene transfer moves genes from one generation to the next. It is much more common than horizontal gene transfer. Vertical gene transfer happens during both sexual reproduction and asexual reproduction. In both cases, one or more organisms pass some or all of their genome to their offspring. This kind of transfer occurs...

key terms and concepts

Learn how genetic information moves from DNA to RNA to protein through transcription and translation, and how this process helps cells make proteins.

DNA to Protein: Central Dogma Steps | JoVE K12

molecular biology

JoVE Core Molecular Biology showcases the molecular processes of the cell through clear and concise animated video lessons. Additionally, in scientist-in-action videos, these concepts' application is demonstrated through real experiments in modern laboratories.

new-jersey-student-learning-standards-for-science

New Jersey Student Learning Standards for Science

High School

heredity-inheritance-and-variation-of-traits

Heredity: Inheritance and Variation of Traits

HS-LS3-1

Next Generation Science Standards

from-molecules-to-organisms-structures-and-processes

From Molecules to Organisms: Structures and Processes

HS-LS1-1

new-york-state-science-learning-standards

New York State Science Learning Standards

Structure and Function

HS-LS1-1.

myJoVE Corporation

The DNA Helix

DNA Packaging

DNA as a Genetic Template

Two structural features of the DNA molecule provide a basis for the mechanisms of heredity: the four nucleotide bases and its double-stranded nature. The ...

Organization of Genes

Lampbrush Chromosomes

In 1882, Flemming observed lampbrush chromosomes (LBC) in salamander eggs. Later in 1892, R&#252;ckert observed LBCs in shark egg cells and coined the ...

Polytene Chromosomes

Polytene chromosomes are giant interphase chromosomes with several DNA strands placed side by side. They were discovered in the year 1881 by Balbiani in ...

Euchromatin

The extent of chromatin compaction can be studied by staining chromatin using specific DNA binding dyes. Under the microscope, the dense-compacted regions ...

Heterochromatin

Heredity: Inheritance and Variation of Traits: Ask questions to clarify relationships about the role of DNA and chromosomes in coding the instructions for characteristic traits passed from parents to offspring. (P: 1, CC: 2, CI: LS3)

1 Exploring phenomena or engineering problems
 1.1 Asking questions and defining problems
  1.1.1 Students will be able to ask questions about aspects of the phenomena they observe, the conclusions they draw from their models or scientific investigations, each other’s ideas, and the information they read.

DNA to Protein: Central Dogma Steps

Description

Transcript

More videos by Standards