14.2: Центральная догма

Обзор

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.

РНК является недостающей связью между ДНК и белками

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.

Правила интерпретации последовательности мРНК составляют генетический код

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.

Генетический код излишним

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.

Генетический код является универсальным

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.

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.