Centrinė molekulinės biologijos dogma: DNR → RNR → baltymai (apibrėžimas)

Centrinė molekulinės biologijos dogma: aiškus DNR → RNR → baltymai paaiškinimas, istorija, mechanizmai ir išimtys – supraskite genų informacijos srauto esmę.

Centrinė molekulinės biologijos dogma — tai principas, kuriuo apibūdinamas informacijos, įrašytos biopolymerų sekoje, srautas ląstelėje. Šią idėją suformulavo Francis Crickas. Pastaba: Dvigubos DNR spiralės struktūrą aprašė ir iš dalies atrado James Watson ir Francis Crickas (1953 m.), tačiau dogmos formulavimas susijęs būtent su informacijos srautu tarp molekulių rūšių.

Ką reiškia „informacija“

„Informacija“ čia reiškia nukleotidų arba aminorūgščių seką — t. y. tvarką, pagal kurią sudaroma genų, RNR ir baltymų molekulė. Svarbu pabrėžti, kad dogma kalba apie sekos (genetinę) informaciją, o ne apie poveikį ar signalizaciją (pvz., baltymai gali reguliuoti genų raišką, bet tai nėra sekinės informacijos perrašymas atgal į nukleorūgštis).

Crick’o skirstymas: 3×3 galimi perdavimai

Biopolimerų klasės, į kurias orientuojasi dogma, yra trys: DNR, RNR (abi — nukleorūgštys) ir baltymai. Iš viso galimi 3×3 = 9 tiesioginiai informacijos perdavimai tarp šių klasių. Crick juos skirstė į tris grupes po tris:

• 3 bendrieji perdavimai (vykstantys daugumoje ląstelių),
• 3 specialūs perkėlimai (žinomi, bet tik tam tikromis sąlygomis arba tam tikruose organizmuose / laboratorijoje), ir
• 3 laikomi neįmanomais (pagal žinias — neįvykstantys).

1. Bendrieji perdavimai (įprastas biologinis srautas)

• DNR → DNR — DNR replikacija, paveldimos informacijos kopijavimas ląstelės dalijimosi metu.
• DNR → RNR — transkripcija, genų informacijos perrašymas į informacinę RNR (mRNR) arba kitas RNR rūšis (tRNR, rRNR, siRNR ir kt.).
• RNR → baltymai — transliacija, mRNR sekos vertimas į aminorūgščių seką baltyme.

2. Specialūs perdavimai (žinomi iš tam tikrų sistemų arba laboratorijoje)

• RNR → DNR — tai vyksta retrovirusų veikloje (pvz., žmogaus imunodeficito virusas) naudojant reversinę transkriptazę; taip pat telomerazėje dalis DNR gali būti prailginama naudojant RNR šabloną.
• RNR → RNR — dažna virusuose su viengrandiene RNR: veikia RNR‑priklausoma RNR polimerazė (pvz., daugelis virusų, įskaitant gripo ir kai kuriuos koronavirusus).
• Laboratorinės technologijos — įvairios molekulinės procedūros (pvz., sintezė cDNA, in vitro experimentai) leidžia atlikti perrašymus ir konversijas, kurie natūraliai nevyksta arba yra reti.

3. Perdavimai, kurių neaptikta (Crick’o nuomone — neįmanomi)

Crick teigė, kad informacija iš baltymų atgal į nukleorūgštis (pvz., baltymas → RNR arba baltymas → DNR) nesikoduojama — baltymai negali perduoti savo aminorūgščių sekos informacijos atgal į nukleorūgštis. Pagal dabartines žinias tiesioginio sekinio perdavimo iš baltymų į nukleorūgštis neaptikta.

Išimtys, papildymai ir modernus suvokimas

Nors centrinė dogma išlieka naudinga schematinė priemonė, vėlesni atradimai ją patikslino:

• Reversinė transkripcija (RNR → DNR) bei RNR → RNR replikacija parodė, kad ne visi informacijos srautai vyksta tik vienu keliu — ypač virusuose.
• Baltymai gali perduoti nestruktūrinę „paveldimą“ konformacinę informaciją (pvz., prionai), tačiau tai nėra sekinės (nukleotidinės) informacijos perrašymas į nukleorūgštis.
• Epigenetiniai mechanizmai (pvz., metilinimas, histonų modifikacijos) leidžia somatinėms ląstelėms keisti genų raišką, tačiau tai nėra DNR sekų perrašymas iš baltymų; taip pat epigenetinės žymės kartais gali daryti poveikį palikuoniams, bet jos skiriasi nuo nukleotidinės informacijos perdavimo.
• Šiuolaikinė molekulinė biologija aiškina, kad dogma kalba apie sekos informaciją: baltymai gali reguliuoti biologinius procesus, bet nekuria naujų nukleotidinių sekų tiesiogiai.

Biologinė reikšmė ir taikymai

Centrinė dogma yra kertinis principas, paaiškinantis, kaip genai verčiami funkcionuojančiais baltymais. Ji turi praktinių pasekmių: be jos neįsivaizduojami tokie metodai kaip RT‑PCR (naudoja reversinę transkriptazę), cDNA klonavimas, genų ekspresijos analizė ir biotechnologinės baltymų sintezės technologijos. Taip pat dogma padeda suprasti paveldimumą ir Weismanno barjerą idėją — paveldima nukleotidinė informacija paprastai keliauja iš lytinių ląstelių į somatines ląsteles, bet ne atvirkščiai.

Apibendrinant: centrinė dogma teigia, kad pagrindinis genetinės informacijos kelias yra DNR → RNR → baltymai, tačiau molekulinė biologija rodo, jog egzistuoja ir tam tikros išimtys bei papildomi mechanizmai, kuriuos reikia atsižvelgti analizuojant specifines sistemas ar virusus.

Klausimai ir atsakymai

K: Kokia yra pagrindinė molekulinės biologijos dogma?

K: Kada ji buvo parašyta pirmą kartą?

K: Ką dogma padeda suprasti?

Klausimas: Kiek tiesioginių informacijos perdavimų gali įvykti tarp šių biopolimerų?

K: Kokios trys grupės skiria šiuos perdavimus?

Klausimas: Ką apibūdina bendrieji pernešimai?

K: Kas yra Veismano barjeras?

Paieška pagal raidę