Кіріспе
Биологиялық жүйедегі генетикалық ақпарат ағынының түсіндірілуі. Молекулалық биологияның орталық догмасы биологиялық жүйедегі генетикалық ақпарат ағынымен айналысады. Оны көбінесе "ДНК РНК-ны жасайды, ал РНК ақуызды жасайды" деп түсіндіреді, бірақ бұл оның бастапқы мағынасы емес. Оны алғаш рет Фрэнсис Крик 1957 жылы айтты, ал 1958 жылы жариялады: text=The Central Dogma. Бұл догма "ақпарат" бір рет ақуызға өткеннен кейін, ол қайта шыға алмайтынын көрсетеді. Толығырақ айтқанда, нуклеин қышқылынан нуклеин қышқылына немесе нуклеин қышқылынан ақуызға ақпараттың берілуі мүмкін, бірақ ақуыздан ақуызға немесе ақуыздан нуклеин қышқылына берілуі мүмкін емес. Мұндағы "ақпарат" – нуклеин қышқылындағы негіздердің немесе ақуыздағы аминқышқылдарының тізбегін нақты анықтау. Ол 1970 жылы жарияланған Nature журналында былай деді: "Молекулалық биологияның орталық догмасы ретті ақпараттың әрбір қалдық бойынша толық берілуімен айналысады. Онда мұндай ақпарат ақуыздан ақуызға немесе нуклеин қышқылына кері қайтарыла алмайды". Орталық догманың танымал, бірақ дұрыс емес екінші нұсқасы бар. Бұл – Жеймс Уотсонның "Геннің молекулалық биологиясы" (1965) кітабының бірінші басылымында жарияланған ДНК → РНК → ақуыз жолының қарапайым түрі. Уотсонның нұсқасы Криктің нұсқасынан өзгеше, себебі Уотсон екі қадамдық (ДНК → РНК және РНК → ақуыз) процесті орталық догма ретінде сипаттайды. Криктің бастапқыда айтқан догмасы бүгінгі күнге дейін қолданылады, ал Уотсонның нұсқасы – қолданбайды.
The central dogma of molecular biology deals with the flow of genetic information within a biological system. It is often stated as "DNA makes RNA, and RNA makes protein", although this is not its original meaning. It was first stated by Francis Crick in 1957, then published in 1958:
text=The Central Dogma. This states that once "information" has passed into protein it cannot get out again. In more detail, the transfer of information from nucleic acid to nucleic acid, or from nucleic acid to protein may be possible, but transfer from protein to protein, or from protein to nucleic acid is impossible. Information here means the precise determination of sequence, either of bases in the nucleic acid or of amino acid residues in the protein. He re stated it in a Nature paper published in 1970: "The central dogma of molecular biology deals with the detailed residue by residue transfer of sequential information. It states that such information cannot be transferred back from protein to either protein or nucleic acid." A second version of the central dogma is popular but incorrect. This is the simplistic DNA → RNA → protein pathway published by James Watson in the first edition of The Molecular Biology of the Gene (1965). Watson's version differs from Crick's because Watson describes a two step (DNA → RNA and RNA → protein) process as the central dogma. While the dogma as originally stated by Crick remains valid today, Watson's version does not.) use different translations.
ДНҚ репликациясы
Кез келген жасушаның ұрпағына генетикалық материал беру үшін ДНК репликациясы міндетті болғандықтан, ДНК-дан ДНК-ға көшіру – ақпаратты берудегі ең маңызды қадам деп санауға болады, соматикалық немесе көбелек жасуша болсын. Ата-аналық тізбектен толықтырылған жаңа тізбекке ақпаратты көшіруді реплисома деп аталатын күрделі ақуыздық кешен жүзеге асырады.
Жазба көшірмесі
Транскрипция – ДНК-ның бір бөлігінде сақталған ақпараттың жаңадан құрастырылған хабаршы РНК (мРНК) түрінде көшірілу процесі. Бұл процесті жеңілдететін ферменттерге РНК полимераза және транскрипция факторлары кіреді. Эукариоттық жасушаларда бастапқы транскрипт – pre mRNA. Трансляцияға көшу үшін pre mRNA өңделуі тиіс. Өңдеуге 5' қақпақшасы мен поли(А) құйрығын pre mRNA тізбегіне қосу, одан кейін сплайсинг кіреді. Тиісті жағдайда, баламалы сплайсинг жүзеге асырылады, бұл бір мРНК-дан өндірілетін ақуыздардың әртүрлілігін арттырады. Бүкіл транскрипция процесінің (pre mRNA тізбегін жасаудан бастап) нәтижесі – жетілген мРНК тізбегі.
Аударма
Жетілген мРНК рибосомаға жетеді, онда ол трансляцияланады. Прокариотикалық жасушаларда, ядролық бөлімшесі жоқ жасушаларда, транскрипция және трансляция процестері нақты бөлінбестен бір-бірімен байланысты болуы мүмкін. Эукариотикалық жасушаларда транскрипция орны (жасуша ядросы) әдетте трансляция орнынан (цитоплазмадан) бөлек болады, сондықтан мРНК ядродан цитоплазмаға тасымалдануы керек, онда ол рибосомалармен байланыса алады. Рибосома мРНК-ның үштік кодондарын оқиды, әдетте АУГ (аденин-урацил-гуанин) немесе инициатор метионин кодонымен, рибосома байланысу орнынан кейін басталады. Инициация факторлары мен удлинение факторларының кешендері аминоацилденген трансферлік РНК-ны (тРНК) рибосома-мРНК кешеніне әкеледі, мРНК-дағы кодонды тРНК-дағы антикодонмен сәйкестендіреді. Әрбір тРНК синтезделіп жатқан полипептидтік тізбекке қосылатын тиісті аминқышқыл қалдығын тасиды. Аминқышқылдар өсіп келе жатқан пептидтік тізбекке қосылғанда, тізбек дұрыс конформацияға бүгіле бастайды. Трансляция UAA, UGA немесе UAG үштігі болатын тоқтату кодонымен аяқталады. мРНК пісіп жетілген белоктың сипаттамасын анықтау үшін барлық ақпаратты қамти алмайды. Рибосомадан босатылған жаңа полипептидтік тізбек әдетте соңғы өнім пайда болғанға дейін қосымша өңдеуді қажет етеді. Біріншіден, дұрыс бүктелу процесі күрделі және өте маңызды. Көптеген белоктар үшін өнімнің пішінін бақылау үшін басқа шаперондық белоктар қажет. Кейбір белоктар өздерінің пептидтік тізбектерінен ішкі сегменттерді кесіп алып, аралықты шектеуші бос ұштарын біріктіреді; мұндай процестерде ішкі "тасталатын" бөлімдер интеиндер деп аталады. Басқа белоктар тігілмейтін бірнеше бөлікке бөлінуі керек. Кейбір полипептидтік тізбектер кросс-байланысқа түсуі керек, ал басқалары функционалды болу үшін гема сияқты кофакторларға қосылуы керек.
Кері транскрипция
Кері транскрипция – бұл ақпараттың РНК-дан ДНК-ға берілуі (қалыпты транскрипцияның кері процесі). Бұл ретровирустарда, мысалы, АИТВ-де, сондай-ақ эукариоттарда ретротранспозондар мен теломер синтезі кезінде жүзеге асады. Бұл генетикалық ақпараттың РНК-дан жаңа ДНК-ға түсірілу процесі. Осы процеске қатысатын ферменттер тобы кері транскриптаза деп аталады.
РНК репликациясы
РНК репликациясы – бір РНК-ның екінші РНК-ға көшірілуі. Көптеген вирустар осы жолмен көбейеді. РНК-ны жаңа РНК-ға көшіретін ферменттер, РНК-ға тәуелді РНК полимеразалар деп аталады, және олар көптеген эукариоттарда да кездеседі, онда РНК-ны үнсіздендіруге қатысады. РНК-ны өңдеу, яғни РНК тізбегі белоктар жиынтығы және "бағыттаушы РНК" арқылы өзгеруі, РНК-дан РНК-ға мәліметтерді беру ретінде де қарастырылуы мүмкін.
ДНҚ-дан белокқа тікелей аударма
ДНК-дан белокқа тікелей аударма клеткасыз жүйеде (яғни, сынақ түтігінде) көрсетілді, E. coli-ден алынған рибосомалары бар, бірақ толық клеткалары жоқ экстракттарды пайдалану арқылы. Бұл жасуша фрагменттері басқа организмдерден (мысалы, тышқан немесе бақадан) оқшауланған бір тізгілі ДНК матрицаларынан белоктарды синтездеуге қабілді, ал неомицин бұл әсерді күшейтуге көмектеседі. Дегенмен, осы аударма механизмі генетикалық кодқа сәйкес келе ме, әлде жоқ па екендігі нақты болмады.
Аудармадан кейінгі өзгертулер
Ақуыздың аминқышқылдық тізбектері нуклеин қышқылының тізбектерінен аударылғаннан кейін, тиісті ферменттермен өңделуі мүмкін. Бұл белок тізбегіне әсер ететін белок түрі болғанымен, орталық догмада нақты көрсетілмеген. Алайда, екі саланың ұғымдарының өзара байланысты көптеген анық мысалдары жоқ.
Құрамында
Интеин – ақуыздың "паразиттік" сегменті, ол рибосомадан аминоқышқылдар тізбегі шығатын кезде тізбектен өздігінен бөлініп, қалған бөліктерді пептидтік байланыс арқылы қосып, ақуыздың негізгі "тірегінің" бұзылуына жол бермейді. Бұл – ақуыздың өзінің бастапқы тізбегін геннің ДНК-сымен кодталған тізбектен өзгертетін жағдай. Сонымен қатар, көптеген интеиндерде интеин нуклеотидтік тізбегі жоқ аталық геннің көшірмесін анықтап алатын гомоингтік эндонуклеаза немесе HEG домені болады. Интеинсіз көшірмеге жанасқанда, HEG домені ДНК-ның екі тізбігін жөндеу механизмін іске қосады. Бұл процесте интеин тізбегі бастапқы геннен интеинсіз генге көшіріледі. Бұл – ДНК тізбегін тікелей өңдейтін, сондай-ақ тізбектің мұрагерлік таралуын күшейтетін ақуыздың мысалы.
Метилирлеу
ДНҚ метилирлеу күйлерінің өзгеруі гендік экспрессия деңгейлерін айтарлықтай өзгерте алады. Метилирлеудің өзгеруі көбінесе ДНҚ метилазаларының әрекеті арқылы жүзеге асырылады. Егер бұл өзгеріс мұрагерлік болса, онда ол эпигенетикалық деп есептеледі. Ақпараттық жағдайдың өзгеруі мұрагерлік емес болса, ол соматикалық эпитип болып табылады. ДНҚ-ға белоктың немесе белоктардың әсері арқылы тиімді ақпарат мазмұны өзгертіледі, бірақ ДНҚ-ның бастапқы тізбегі өзгеріссіз қалады.
Приондар
Приондар – белгілі бір конформациядағы, нақты аминқышқылдық тізбектерден тұратын ақуыздар. Олар қабылдаушы жасушаларда өздерін көбейту үшін сол аминқышқылдық тізбекке ие, бірақ әртүрлі конформациядағы басқа ақуыз молекулаларында конформациялық өзгерістер тудырады, бұл өзгерістер организм үшін маңызды функцияларды атқаруға немесе зиян келтіруге мүмкін. Ақуыз приондық түріне өзгергеннен кейін оның функциясы өзгереді. Одан әрі ол ақпаратты жаңа жасушаларға жеткізе алады және осы тізбектегі функционалды молекулаларды прионның басқа түріне қайта құрастырады. Саңырауқұлақтардағы приондардың кейбір түрлерінде бұл өзгеріс үздірілмейтін және тікелей болады; ақпарат ағыны: Ақуыз → Ақуыз. Ален Э. Буссард және Юджин Кунин сияқты ғалымдар приондық мұрагерлік молекулалық биологияның орталық догмасын бұзады деп санайды. Дегенмен, Розалинд Ридли «Приондардың молекулалық патологиясы» (2001) еңбегінде былай деп жазады: «Прион гипотезасы молекулалық биологияның орталық догмасына қайшы емес – ақуыздарды жасау үшін қажетті ақпарат нуклеин қышқылының нуклеотидтік тізбегінде кодталған. Себебі ол ақуыздардың көбейетінін мәлімдемейді. Керісінше, ол ақуыз молекулаларының ішінде олардың биологиялық функциясына үлес қосатын ақпарат көзі бар екенін және бұл ақпарат басқа молекулаларға берілуі мүмкін екенін көрсетеді».
Табиғи генетикалық инженерия
Джеймс А. Шапиро осы мысалдардың жиынтығы табиғи генетикалық инженерия ретінде жіктелуі керек және орталық догманы жоққа шығаруға жеткілікті деп мәлімдейді. Шапироның көзқарасы құрметпен қабылданғанымен, оның сыншылары оның орталық догманы түсіндіруі Криктің бастапқы ниетімен сәйкес келеді деп ойламайды.
Вейсманн кедергісімен салыстыру
1892 жылы Август Вайсман ұсынған Вейсманның кедергісі гаметалар жасайтын "өлімсіз" ұрықты жасушалар (ұрықты плазма) мен "бір рет пайдаланылатын" соматикалық жасушаларды ажыратады. Мұрагерлік ақпарат тек ұрықты жасушалардан соматикалық жасушаларға беріледі (яғни соматикалық мутациялар мұраға қалмайды). ДНК-ның рөлі мен құрылымы ашылмас бұрын, бұл орталық догманы болжамайды, бірақ генге бағытталған өмір көзқарасын алдын ала сезеді, бірақ молекулалық емес тұрғыдан.