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14.2: O Dogma Central
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The Central Dogma
 
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14.2: The Central Dogma

14.2: O Dogma Central

Overview

The central dogma of biology states that information encoded in the DNA is transferred to messenger RNA (mRNA), which then directs the synthesis of protein. The set of instructions that enable the mRNA nucleotide sequence to be decoded into amino acids is called the genetic code. The universal nature of this genetic code has spurred advances in scientific research, agriculture, and medicine.

RNA Is the Missing Link between DNA and Proteins

In the early 1900s, scientists discovered that DNA stores all the information needed for cellular functions and that proteins perform most of these functions. However, the mechanisms of converting genetic information into functional proteins remained unknown for many years. Initially, it was believed that a single gene is directly converted into its encoded protein. Two crucial discoveries in eukaryotic cells challenged this theory: First, protein production does not take place in the nucleus. Second, DNA is not present outside the nucleus. These findings sparked the search for an intermediary molecule that connects DNA with protein production. This intermediary molecule, found in both the nucleus and the cytoplasm, and associated with protein production, is RNA.

During transcription, RNA is synthesized in the nucleus, using DNA as a template. The newly-synthesized RNA is similar in sequence to the DNA strand, except thymidine in DNA is replaced by uracil in RNA. In eukaryotes, this primary transcript is further processed, removing the protein non-coding regions, capping the 5’ end and adding a 3’ poly-A tail, to create mRNA that is then exported to the cytoplasm.

The Rules for Interpreting the mRNA Sequence Constitute the Genetic Code

Translation occurs at ribosomes in the cytoplasm, where information encoded in the mRNA is translated into an amino acid chain. A set of three nucleotides codes for an amino acid and these triplets are called codons. The set of rules that outline which codons specify a particular amino acid make up the genetic code.

The Genetic Code Is Redundant

Proteins are created from 20 amino acids in eukaryotes. Combining four nucleotides in sets of three provides 64 (43) possible codons. This means that it is possible that individual amino acid can be encoded by more than one codon. The genetic code is said to be redundant or degenerate. Often, but not always, codons that specify the same amino acids differ only in the third nucleotide of the triplet. For example, the codons GUU, GUC, GUA, and GUG all represent the amino acid valine. However, AUG is the only codon that represents the amino acid methionine. The codon AUG is also the codon where protein synthesis starts and is therefore called the start codon. Redundancy in the system minimizes the harmful effects of mutations. A mutation (i.e., change) at the third position of the codon might not necessarily result in a change of the amino acid.

The Genetic Code Is Universal

With a few exceptions, most prokaryotic and eukaryotic organisms use the same genetic code for protein synthesis. This universality of the genetic code has enabled advances in scientific research, agriculture, and medicine. For instance, human insulin can now be manufactured on a large scale in bacteria. This is done using recombinant DNA technology. Recombinant DNA consists of genetic material from different species. Genes encoding human insulin are joined with bacterial DNA and inserted into a bacterial cell. The bacterial cell performs transcription and translation to produce the human insulin encoded in the recombinant DNA. The resulting human insulin is used to treat diabetes.

Visão Geral

O dogma central da biologia afirma que as informações codificadas no DNA são transferidas para o RNA mensageiro (mRNA), que guia então a síntese proteica. O conjunto de instruções que permitem que a sequência de nucleótidos do mRNA seja descodificada em aminoácidos é chamado de código genético. A natureza universal deste código genético impulsionou avanços na investigação científica, agricultura e medicina.

O RNA é o Elo Perdido Entre o DNA e Proteínas

No início dos anos 1900, os cientistas descobriram que o DNA armazena todas as informações necessárias para funções celulares e que as proteínas realizam a maior parte dessas funções. No entanto, os mecanismos de conversão de informações genéticas em proteínas funcionais permaneceram desconhecidos por muitos anos. Inicialmente, acreditava-se que um único gene é diretamente convertido na sua proteína codificada. Duas descobertas cruciais em células eucarióticas desafiaram essa teoria: Primeiro, a produção de proteínas não ocorre no núcleo. Segundo, o DNA não está presente fora do núcleo. Essas descobertas desencadearam a procura por uma molécula intermediária que se liga ao DNA com produção de proteínas. Esta molécula intermediária, encontrada tanto no núcleo como no citoplasma, e associada à produção de proteínas, é o RNA.

Durante a transcrição, o RNA é sintetizado no núcleo, usando o DNA como molde. O RNA recém-sintetizado é semelhante em sequência à cadeia de DNA, exceto que a timidina do DNA é substituída por uracilo no RNA. Em eucariotas, esta transcrição primária é processada ainda mais, havendo remoção das regiões de proteína não codificantes, cortando o terminal 5’ e adicionando uma cauda poli-A ao 3’, para criar mRNA que é então exportado para o citoplasma.

As Regras para Interpretar a Sequência de mRNA Constituem o Código Genético

A tradução ocorre em ribossomas no citoplasma, onde as informações codificadas no mRNA são traduzidas em uma cadeia de aminoácidos. Um conjunto de três nucleótidos codifica para um aminoácido e esse trio é chamado de codão. O conjunto de regras que descrevem que codões especificam um aminoácido em particular compõem o código genético.

O Código Genético é Redundante

As proteínas são criadas a partir de 20 aminoácidos em eucariotas. Combinando quatro nucleótidos em conjuntos de três fornece 64 (43) possíveis codões. Isso significa que é possível que um aminoácido individual possa ser codificado por mais de um codão. Diz-se que o código genético é redundante ou degenerado. Muitas vezes, mas nem sempre, codões que especificam os mesmos aminoácidos diferem apenas no terceiro nucleótido do trio. Por exemplo, os codões GUU, GUC, GUA e GUG representam todos o aminoácido valina. No entanto, AUG é o único codão que representa o aminoácido metionina. O codão AUG também é o codão onde começa a síntese proteica e, portanto, é chamado de codão de iniciação. A redundância no sistema minimiza os efeitos nocivos das mutações. Uma mutação (ou seja, alteração) na terceira posição do codão pode não resultar necessariamente em uma alteração do aminoácido.

O Código Genético é Universal

Com algumas excepções, a maioria dos organismos procarióticos e eucarióticos usam o mesmo código genético para síntese proteica. Essa universalidade do código genético permitiu avanços na investigação científica, agricultura e medicina. Por exemplo, a insulina humana pode agora ser fabricada em grande escala em bactérias. Isso é feito usando tecnologia de DNA recombinante. O DNA recombinante consiste em material genético de diferentes espécies. Genes que codificam insulina humana são unidos com DNA bacteriano e inseridos em uma célula bacteriana. A célula bacteriana realiza transcrição e tradução para produzir a insulina humana codificada no DNA recombinante. A insulina humana resultante é usada para tratar diabetes.


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