Центральная догма молекулярной биологии кратко
Обновлено: 02.07.2024
В любой науке есть свод законов, которые ученые открыли, но до конца объяснить их причину не смогли. Так центральной догмой молекулярной биологии является обобщение:
Действительно, генетическая информация закодирована в ДНК. С помощью другой нуклеиновой кислоты - РНК - эта информация копируется частями и раскодируется в белковые молекулы. Эти процессы называются транскрипцией и трансляцией .
Однако в природе не наблюдается обратного явления. Ни в одной клетке, ни в одном организме нет ферментных систем, способных по белковой молекуле воссоздать участок ДНК. Хотя по логике вещей, если ты кодируешь в одну сторону, то можешь раскодировать в обратную.
Другими словами, если представить гипотетический организм, в котором по его ДНК были синтезированы все белки, а потом ДНК исчезло, то мы не сможем восстановить исходное ДНК, опираясь на последовательность аминокислот в имеющихся белках.
И дело здесь не только в отсутствии химической возможности. Если бы в процессе эволюции возникла потребность в таком процессе, то соответствующие ферменты появились бы.
По всей видимости важную роль сыграли особенности самого генетического кода ( статья о единстве генетического кода для всего живого ). В нем почти каждой аминокислоте, входящей в состав белка, соответствует далеко не один вариант триплета в нуклеиновой кислоте.
В результате по участку ДНК мы можем однозначно синтезировать конкретный белок. А вот по белковой молекуле не можем однозначно восстановить участок ДНК. Потому что каждую аминокислоту белка можно раскодировать не одним способом, а несколькими. А каким точно, мы не знаем, если до этого не видели исходной ДНК.
А в чем собственно проблема? Пусть по белку нельзя восстановить исходную ДНК, но даже немного другая ДНК будет кодировать все те же белки. На этот вопрос ответить сложнее. Возможно оказалась важна слаженность генома, его тонкая эволюционная настройка. В результате порядок нуклеотидов стал важен не только для синтеза конкретного белка, но и для работы ферментов, выполняющих этот синтез.
Центральная догма молекулярной биологии — обобщающее наблюдаемое в природе правило реализации генетической информации: информация передаётся от нуклеиновых кислот к белку, но не в обратном направлении. Правило было сформулировано Френсисом Криком в 1958 году [1] и приведено в соответствие с накопившимися к тому времени данными в 1970 году [2] . Переход генетической информации от ДНК к РНК и от РНК к белку является универсальным для всех без исключения клеточных организмов, лежит в основе биосинтеза макромолекул.Репликации генома соответствует информационный переход ДНК → ДНК. В природе встречаются также переходы РНК → РНК и РНК → ДНК (например у некоторых вирусов), а также изменение конформации белков, передаваемое от молекулы к молекуле.
Содержание
Информация, содержащаяся в биологических последовательностях
Биополимеры — это синтезируемые живыми существами (биологические) полимеры. ДНК, РНК и белки относятся к линейным полимерам, то есть каждый входящий в их состав мономер соединяется с минимум двумя другими мономерами. Последовательность мономеров кодирует информацию, правила передачи которой описываются центральной догмой. Информация передаётся с высокой точностью, детерминистически и один биополимер используется как шаблон для сборки другого полимера с последовательностью, которая полностью определяется последовательностью первого полимера.
Универсальные способы передачи биологической информации
| Общие | Специальные | Неизвестные |
|---|---|---|
| ДНК → ДНК | РНК → ДНК | белок → ДНК |
| ДНК → РНК | РНК → РНК | белок → РНК |
| РНК → белок | ДНК → белок | белок → белок |
В живых организмах встречаются три вида гетерогенных, то есть состоящих из разных мономеров полимера — ДНК, РНК и белок. Передача информации между ними может осуществляться 3 × 3 = 9 способами. Центральная догма разделяет эти 9 типов передачи информации на три группы:
- Общий — встречающиеся у большинства живых организмов;
- Специальный — встречающиеся в виде исключения, у вирусов и у мобильных элементов генома или в условиях биологического эксперимента;
- Неизвестные — не обнаружены.
Репликация ДНК (ДНК → ДНК)
ДНК — основной способ передачи информации между поколениями живых организмов, поэтому точное удвоение (репликация) ДНК очень важна. Репликация осуществляется комплексом белков, которые расплетают хроматин, затем двойную спираль. После этого ДНК полимераза и ассоциированные с ней белки, строят на каждой из двух цепочек идентичную копию.
Транскрипция (ДНК → РНК)
Транскрипция — биологический процесс, в результате которого информация, содержащаяся в участке ДНК, копируется на синтезируемую молекулу мРНК. Транскрипцию осуществляют факторы транскрипции и РНК-полимераза. В эукариотической клетке первичный транскрипт (пре-иРНК) часто редактируется. Этот процесс называется сплайсингом.
Принципиальная схема реализации генетической информации у про- и эукариот.
ПРОКАРИОТЫ. У прокариот синтез белка рибосомой (трансляция) пространственно не отделён от транскрипции и может происходить ещё до завершения синтеза мРНК РНК-полимеразой. Прокариотические мРНК часто полицистронные, то есть содержат несколько независимых генов.
ЭУКАРИОТЫ. мРНК эукариот синтезируется в виде предшественника, пре-мРНК, претерпевающего затем сложное стадийное созревание — процессинг, включающий присоединение кэп-структуры к 5'-концу молекулы, присоединение нескольких десятков остатков аденина к ее 3'-концу (полиаденилирование), выщепление незначащих участков — интронов и соединение друг с другом значащих участков — экзонов (сплайсинг). При этом соединение экзонов одной и той же пре-мРНК может проходить разными способами, приводя к образованию разных зрелых мРНК, и в конечном итоге разных вариантов белка (альтернативный сплайсинг). Только мРНК, успешно прошедшая процессинг, экспортируется из ядра в цитоплазму и вовлекается в трансляцию.
Трансляция (РНК → белок)
Обратная транскрипция (РНК → ДНК)
Обратная транскрипция — перенос информации с РНК на ДНК, процесс, обратный нормальной транскрипции, осуществляемый ферментом обратной транскриптазой. Встречается у ретровирусов, например, ВИЧ и в случае ретротранспозонов.
Репликация РНК (РНК → РНК)
Репликация РНК — копирование цепи РНК на комплемлементарную ей цепь РНК с помощью фермента РНК-зависимой РНК-полимеразы. Вирусы, содержащие одноцепочечную (например, пикорнавирусы, к которым относится вирус ящура) или двуцепочечную РНК реплицируются подобным способом.
Прямая трансляция белка на матрице ДНК (ДНК → белок)
Прямая трансляция была продемонстрирована в клеточных экстрактах кишечной палочки, которые содержали рибосомы, но не иРНК. Такие экстракты синтезировали белки с введённых в систему ДНК, и антибиотик неомицин усиливал этот эффект. [3] [4]
Эпигенетические изменения
Эпигенетические изменения — это изменения в проявлении генов, не обусловленные изменением генетической информации (мутациями). Эпигенетические изменения происходят в результате модификации уровня экспрессии генов, то есть их транскрипции и/или трансляции. Наиболее изученным видом эпигенетической регуляции является метилирование ДНК с помощью белков ДНК-метилтрансфераз, что приводит к временной, зависящей от условий жизни организма инактивации метилированного гена. Однако поскольку первичная структура молекулы ДНК при этом не изменяется, это исключение нельзя считать истинным примером передачи информации от белка к ДНК.
Прионы
Прионы — белки, которые существуют в двух формах. Одна из форм (конформаций) белка является функциональной, обычно растворимой в воде. Вторая форма образует нерастворимые в воде агрегаты, часто в виде молекулярных трубочек-полимеров. Мономер — молекула белка — в этой конформации способен просоединяться к другим сходным молекулам белка, переводя их во вторую, прионоподобную, конформацию. У грибов такие молекулы могут передаваться по наследству. Но, как и в случае метилирования ДНК, первичная структура белка в данном случае остаётся прежней, и переноса информации на нуклеиновые кислоты не происходит.
My mind was, that a dogma was an idea for which there was no reasonable evidence. You see?!" And Crick gave a roar of delight. "I just didn't know what dogma meant. And I could just as well have called it the 'Central Hypothesis,' or — you know. Which is what I meant to say. Dogma was just a catch phrase
I called this idea the central dogma, for two reasons, I suspect. I had already used the obvious word hypothesis in the sequence hypothesis, and in addition I wanted to suggest that this new assumption was more central and more powerful. . As it turned out, the use of the word dogma caused almost more trouble than it was worth. Many years later Jacques Monod pointed out to me that I did not appear to understand the correct use of the word dogma, which is a belief that cannot be doubted. I did apprehend this in a vague sort of way but since I thought that all religious beliefs were without foundation, I used the word the way I myself thought about it, not as most of the world does, and simply applied it to a grand hypothesis that, however plausible, had little direct experimental support.
См. также
Примечания
Ссылки
- B. J. McCarthy, J. J. Holland. Denatured DNA as a Direct Template for in vitro Protein Synthesis // PNAS. — 1965. — Т. 54. — С. 880—886.
- Werner, E. Genome Semantics, In Silico Multicellular Systems and the Central Dogma // FEBS Letters. — 2005. — В. 579. — С. 1779—1782. PMID 15763551
- Horace Freeland Judson. Chapter 6: My mind was, that a dogma was an idea for which there was no reasonable evidence. You see?! // The Eighth Day of Creation: Makers of the Revolution in Biology (25th anniversary edition). — 1996.
- ДНК
- РНК
- Белки
- Молекулярно-генетические процессы
- Биологические теории
Wikimedia Foundation . 2010 .
Полезное
Смотреть что такое "Центральная догма молекулярной биологии" в других словарях:
Центральная догма биологии — Центральная догма молекулярной биологии обобщающее наблюдаемое в природе правило реализации генетической информации: информация передаётся от нуклеиновых кислот к белку, но не в обратном направлении. Правило было сформулировано Френсисом Криком… … Википедия
История молекулярной биологии — Модель структуры ДНК, выполненная Уотсоном и Криком в 1953 г. и реконструированная через 20 лет из оригинальных частей для Музея науки (Лондон) История молекулярной биоло … Википедия
Догма (значения) — Догма: Догма основное положение какого либо учения, в переносном смысле положение, принимаемое за истину на веру, некритически. Догма в религии (см. догмат) положение вероучения, объявляемое непреложной истиной, не подлежащей критике. Догма … Википедия
Реализация генетической информации — Центральная догма молекулярной биологии обобщающее наблюдаемое в природе правило реализации генетической информации: информация передаётся от нуклеиновых кислот к белку, но не в обратном направлении. Правило было сформулировано Френсисом Криком… … Википедия
Молекулярная биология — У этого термина существуют и другие значения, см. Молекулярная биология (журнал). Молекулярная биология комплекс биологических наук, изучающих механизмы хранения, передачи и реализации генетической информации, строение и функции… … Википедия
Молекулярный биолог — Молекулярная биология комплекс биологических наук, изучающих механизмы хранения, передачи и реализации генетической информации, строение и функции нерегулярных биополимеров (белков и нуклеиновых кислот). Содержание 1 Смежные дисциплины 2 История… … Википедия
Дезоксирибонуклеиновая кислота — Двойная спираль ДНК Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) макромолекула(одна из трех основных, две другие РНК и белки), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования… … Википедия
ДНК — Двойная спираль ДНК Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) один из двух типов нуклеиновых кислот, обеспечивающих хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Основная… … Википедия
Двойная спираль — ДНК Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) один из двух типов нуклеиновых кислот, обеспечивающих хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Основная роль ДНК в… … Википедия
Модель Уотсона — Крика — Двойная спираль ДНК Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) один из двух типов нуклеиновых кислот, обеспечивающих хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Основная… … Википедия
Что такое центральная догма молекулярной биологии - Разница Между
Содержание:
Центральная догма молекулярной биологии описывает поток информации от ДНК через РНК в белки. Этот поток информации называется экспрессией генов. Это происходит через два основных процесса: транскрипция и перевод. Транскрипция - это синтез молекулы РНК, которая содержит кодирующую последовательность гена. Трансляция следует за транскрипцией и в которой аминокислотная последовательность гена синтезируется на основе кодирующей последовательности в мРНК.
Ключевые области покрыты
1. Что такое центральный догмат молекулярной биологии
- Поток информации в ДНК
2. Каковы необычные потоки информации
- обратная транскрипция, репликация РНК, прямая трансляция
Ключевые слова: Центральная догма молекулярной биологии, ДНК, белки, РНК, транскрипция, трансляция.
Что такое центральная догма молекулярной биологии
Центральная догма молекулярной биологии описывает процесс, посредством которого информация в генах перетекает в белки: ДНК → РНК → белок. ДНК содержит гены, которые кодируют белки. РНК является промежуточным звеном между ДНК и белками. Он переносит информацию в генах от ядра к цитоплазме у эукариот. Белки являются детерминантами структуры и функции конкретной клетки. Белок состоит из аминокислотной последовательности, которая является кодирующей последовательностью гена. Экспрессия генов - это процесс синтеза белков, основанный на инструкциях в генах. Двумя этапами экспрессии генов являются транскрипция и трансляция.
Рисунок 1: Центральная догма молекулярной биологии
Что такое необычные потоки информации
В дополнение к универсальному потоку информации от ДНК к РНК к белкам у различных типов организмов существуют некоторые альтернативные механизмы. Обратная транскрипция, репликация РНК и прямая трансляция ДНК в белки - три таких необычных потока информации.
Обратная транскрипция
Передача информации РНК в ДНК происходит во время процесса обратной транскрипции. Это главным образом происходит в ретровирусах, таких как ВИЧ. Также обратная транскрипция происходит в ретротранспозонах и во время синтеза теломер у эукариот. После обратной транскрипции информация, как обычно, передается от кДНК к РНК к белкам.
Репликация РНК
Копирование информации РНК в другую РНК происходит во время процесса репликации РНК. Фермент, участвующий в репликации РНК, представляет собой РНК-зависимую РНК-полимеразу. Это происходит во время молчания РНК и редактирования РНК у эукариот.
Прямой перевод
Эукариотические рибосомы могут синтезировать белки из одноцепочечной ДНК in vitro. На рисунке 2 показаны три типа необычного потока информации в зеленых стрелках.
Рисунок 2: Необычный поток информации
Заключение
Центральная догма молекулярной биологии описывает поток информации от ДНК к РНК к белкам. Синтез белков является механизмом экспрессии генов. Это происходит посредством транскрипции ДНК в РНК и трансляции РНК в белки.
Центральная догма молекулярной биологии объясняет, как генетическая информация проходит по организму. Догму сформулировал в 1958 г. Фрэнсис Крик, один из ученых, открывших строение ДНК.
Фрэнсис Крик, один из открывателей спиральной структуры ДНК, показал, что генетическую информацию можно записать кодом из четырех букв, обозначающих последовательность четырех азотистых оснований: аденина (A), тимина (T), цитозина (C) и гуанина (G). ДНК — это хранилище информации. Но информации о чем?
Центральная догма — это многоэтапный процесс, в ходе которого информация от ДНК в ядре передается фабрикам по производству белка — рибосомам
В 1955 г. ученые обнаружили, что генетический код — это инструкция для выстраивания белков определенным образом. Их клетка использует в качестве ферментов или других функциональных химических веществ. Белки — сложные полимеры, состоящие из длинных цепочек, включающих несколько десятков аминокислот. Код каждого гена транслирует уникальную последовательность аминокислот.
Крик охарактеризовал процесс превращения генов в белки как догму, чтобы подчеркнуть тот факт, что генетическая информация поступает только в одном направлении: данные, хранящиеся в коде ДНК, передаются клетке при помощи РНК, которая выстраивает, или синтезирует, конкретный белок. Но при этом состав белка никогда не используется для кодирования ДНК. Кроме того, центральная догма применима ко всем формам жизни: код и система расшифровки универсальны.
ТИПЫ РНК
В клетке существует множество типов РНК, но центральная догма опирается только на четыре из них. Матричная РНК (мРНК) кодирует последовательность аминокислот в белке. Транспортная РНК (тРНК) переносит аминокислоты к рибосомам во время расшифровки. Рибосомная РНК (рРНК) с рибосомными белками формирует рибосомы. И, наконец, низкомолекулярная ядерная РНК (няРНК) образует комплексы с белками, которые используются при обработке РНК. Такая РНК встречается только у эукариотических организмов.
Поговорим о процессе
Передача информации начинается с транскрипции. В ядре клетки спираль ДНК разделяется на две отдельные нити. При этом только одна из них содержит генетическую информацию, вторая нить — это ее незакодированное зеркальное отображение. Незакодированная нить становится шаблоном для создания соответствующей нити мРНК (матричной РНК), которая является копией кода, или смысла, нити ДНК.
мРНК покидает ядро и движется к рибосоме, где расшифровывается и преобразуется в белок. Рибосома состоит из двух частей, основу которых составляют сложенные молекулы РНК. мРНК пронизывает все части рибосомы. Она проходит через три основания за раз. Каждое такое сочетание составляет кодон, и каждый кодон соотносится с конкретной аминокислотой в белке. По мере прохождения мРНК через рибосому кодоны считываются антикодоном трех оснований в молекуле транспортной РНК (тРНК). Роль тРНК — подтягивать следующую аминокислоту к цепи. Так, шаг за шагом, выстраивается белок.
КОДОНЫ
Принципиальная схема реализации генетической информации у про- и эукариот.
ПРОКАРИОТЫ. У прокариот синтез белка трансляция) пространственно не отделён от транскрипции и может происходить ещё до завершения синтеза мРНК цистронные, то есть содержат несколько независимых генов.
ЭУКАРИОТЫ. мРНК эукариот синтезируется в виде предшественника, пре-мРНК, претерпевающего затем сложное стадийное созревание — полиаденилирование), выщепление незначащих участков — интронов и соединение друг с другом значащих участков — экзонов (сплайсинг). При этом соединение экзонов одной и той же пре-мРНК может проходить разными способами, приводя к образованию разных зрелых мРНК, и в конечном итоге разных вариантов белка (альтернативный сплайсинг). Только мРНК, успешно прошедшая процессинг, экспортируется из ядра в цитоплазму и вовлекается в трансляцию.
Содержание
См. также
Примечания
- ↑ Crick, F.H.C. (1958): On Protein Synthesis. Symp. Soc. Exp. Biol. XII, 139—163. (pdf, early draft of original article)
- ↑ Crick, F. (1970): Central Dogma of Molecular Biology. Nature 227, 561—563. PMID 4913914
Ссылки
- B. J. McCarthy, J. J. Holland. Denatured DNA as a Direct Template for in vitro Protein Synthesis // PNAS. — 1965. — Т. 54. — С. 880—886.
- Werner, E. Genome Semantics, In Silico Multicellular Systems and the Central Dogma // FEBS Letters. — 2005. — С. 1779—1782. PMID 15763551
- Horace Freeland Judson. Chapter 6: My mind was, that a dogma was an idea for which there was no reasonable evidence. You see?! // The Eighth Day of Creation: Makers of the Revolution in Biology (25th anniversary edition). — 1996. (см. ISBN )
Выделить Центральная догма молекулярной биологии и найти в:
Категории: ДНК РНК Белки Молекулярно-генетические процессы Биологические теории
Читайте также: