Центральная догма молекулярной биологии

Центральная догма молекулярной биологии - обобщающее наблюдаeмоe в природе (эмпирическое ) правило реализации генетической информации, сформулированоe Френсисом Криком в 1958 году<ref name="crick1958">Crick, F.H.C. (1958): On Protein Synthesis. Symp. Soc. Exp. Biol. XII, 139-163. (pdf, early draft of original article) </ref> и приведенноe в соответствие с накопившимися к тому времени данными в 1970 году<ref name="crick1970">Crick, F. (1970): Central Dogma of Molecular Biology. Nature 227, 561-563. PMID 4913914 </ref>. 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 измение конформации белков, передаваемое от молекулы к молекуле. Современное представление о реализации генетической информации постулирует невозможность передачи информации от белка к ДНК.

Использование термина "Догма"

Гораций Худсон (Horacius Judon) написал в книге "Восьмой день творения": "Я считал, что догма - это идея, которая не подтверждена фактами. Видите?". И Крик воскликнул с удовольствиeм: " Я просто не знал, что означает "догма". Я мог бы с тем же успехом назвать это "Центральной Гипотезой" или - чем-нибудь еще. Догма была просто слоганом"<ref>Шаблон:Cite book</ref>.

Кроме того, в автобиография автобиографической книге «Что за сумашедший поиск» («What mad pursuit») Крик писал о выборе слова "догма" и о вызванных этим выбором проблемах:

"Я назвал эту идею центральной догмой, я подозреваю, по двум причинам. Я уже использовал слово гипотеза в гипотезе о последовательности, кроме того, я хотел предположить, что это новое допущение более центральное и сильное... Как оказалось, использование термина догма вызвало больше неприятностей, чем оно того стоило... Через много лет Жак Моно сказал мне, что по-видимому я не понимал, что подразумевается под словом догма, которая означает часть веры, не подлежащая сомнению. Я смутно опасался подобного значения слова, но поскольку я считал, что все религиозные убеждения не имеют основания, я использовал слово так, как понимал eго я, а не большинство других людей, применив его к грандиозной гипотезе, которая, несмотря на внушаемое ею доверие, была основана на небольшом количестве прямых экспериментальных данных".

Информация, содержащаяся в биологических последовательностях

Основная статья: Биополимеры

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

3 класса способов передачи информации, описываемые догмой

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, т.е.состоящих из разных мономеров полимера - ДНК, РНК и белок. Передача информации между ними может осуществятся 3 х 3 = 9 способами. Центральнай 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)

Основная статья: Репликация 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 ассоциированнные с ней белки, строят на каждой из двух цепочек идентичную копию.

Транскрипция (ДНК → РНК)

Основная статья: Транскрипция (биология)

Транскрипция - биологический процесс, в результате которого информация, содержащаяся в участке ДНК, копируется на синтезируемую молекулу информационной РНК. Транскрипцию осуществляют факторы транскрипции и РНК-полимераза. В эукариотической клетке первичный транскрипт (пре-иРНК) часто редактируется. Этот процесс называется сплайсингом.

Файл:RealisationOfGenesInProEucaryotes.jpg

Принципиальная схема реализации генетической информации у про- и эукариот.
ПРОКАРИОТЫ. У прокариот синтез белка рибосомой (трансляция) пространственно не отделен от транскрипции и может происходить еще 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)

Основная статья: Трансляция (биология)

Зрелая иРНК считывается рибосомами в процессе трансляции. В прокариотических клетках процесс транскрипции и трансляции не разделён пространственно, и эти процессы сопряжены. В эукариотических клетках место транскрипции клеточное ядро отделено от места трансляции (цитоплазмы) ядерной мембраной, поэтому иРНК транспортируется из ядра в цитоплазму. иРНК считывается рибосомой в виде трёхнуклеотидных "слов". Комплексы факторов инициации и факторов элонгации доставляют аминоацилированные транспортные РНК к комплексу иРНК-рибосома.

Специальные способы передачи информации

Обратная транскрипция (РНК - ДНК)

Основная статья: Обратная транскрипция

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.

Эпигенетические изменения

Основная статья: Эпигенетика

Эпигенетические изменения - это изменения в проявлении генов, не обусловленные изменением генетической информации (мутациями). Эпигенетические изменения происходят в результате модификации уровня экспрессии генов, т.е. 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 при этом ДНК не изменяется, это исключение нельзя считать истинным примером передачи информации от белка к ДНК.

Прионы

Основная статья: 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, прионподобную, конформацию. У грибов такие молекулы могут передаваться по наследству. Но, как и в случае метилирования ДНК, первичаня структура белка в данном случахе остаётся прежней, и переноса же информации на нуклеиновые кислоты не происходит.

См. также

• Генетический код
• ДНК
• Транскрипция
• Трансляция
• Репликация

Ссылки

• ^ Crick, F.H.C. (1958): On Protein Synthesis. Symp. Soc. Exp. Biol. XII, 139-163. (pdf, early draft of original article)
• ^ a b c Crick, F. (1970): Central Dogma of Molecular Biology. Nature 227, 561-563. PMID 4913914
• ^ B. J. McCarthy and J. J. Holland (September 15, 1965). "Denatured DNA as a Direct Template for in vitro Protein Synthesis". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States 54: 880-886.
• ^ Horace Freeland Judson (1996). "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).
• ^ Werner, E. (2005): Genome Semantics, In Silico Multicellular Systems and the Central Dogma. FEBS Letters 579, 1779-1782. PMID 15763551