Централна догма в молекулярната биология — пренос на информация ДНК→РНК→протеини

Основната догма на молекулярната биология е термин, въведен от Франсис Крик, един от откривателите на двойната спирала на ДНК. Тази концепция обобщава идеята, че генетичната информация обикновено тече в посока от нуклеиновите киселини към белтъците — най-често от ДНК към РНК, а оттам към протеините — и че белтъците не връщат информация обратно в нуклеиновата последователност.

Крик формулира идеята за първи път през 1958 г. и я преработва и уточнява в статия от 1970 г. Догмата служи като рамка за разбиране на начина, по който се съхранява и предава информацията за последователността на биологичните макромолекули и как тази информация се използва за синтез на функционални единици в клетката.

Основни компоненти и нормален поток на информация

В клетките съществуват три основни класа биополимери: ДНК и РНК (като представители на нуклеиновите киселини) и белтъци. В нормална (клетъчна) ситуация информацията тече по следните три основни пътеки:

• ДНК → ДНК — репликация на ДНК, процесът при който генетичната информация се копира при делене на клетките;
• ДНК → РНК — транскрипция, в която информацията за даден ген се прехвърля в молекула на мРНК;
• РНК → белтъци — транслация, при която информацията в мРНК служи като шаблон за синтез на аминокиселинна верига (протеин).

Класификация на възможните трансфери

Между трите класа (ДНК, РНК, белтъци) има 3×3 = 9 възможни видове прехвърляне на информация. Крик разделя тези трансфери в три групи по три:

• 3 общи прехвърляния — считат се за нормални и често срещани в повечето клетки (съдържат се в изброените по-горе трите основни пътеки).
• 3 специални трансфери — известни са и се случват, но само при специфични условия, например при някои вируси или в лабораторни експерименти.
• 3 предполагаемо невъзможни прехвърляния — според догмата тези трансфери не са наблюдавани и се смята, че не се осъществяват.

Примери за специални трансфери (известни изключения)

• РНК → ДНК (обратна транскрипция) — извършва се от ензими обратни транскриптази, открити при ретровирусите; също така е в основата на активността на теломеразата и при ретротранспозони. Откритието на обратната транскриптаза и изучаването на ретровирусите показа, че информация може да преминава от РНК към ДНК.
• РНК → РНК — някои вируси с РНК геноми използват РНК-зависими РНК-полимерази за репликация на РНК (пример: множество животински и растителни вируси).
• Белтък → белтък — конформационно предаване на информация между протеини, най-известният пример са прионите, които могат да катализират промяна в сгъването на други копия на същия белтък и така „копират“ патологичната форма.

Трансфери, за които няма доказателства

Крик е посочил и трансфери, за които към момента на формулирането на догмата (и след това) няма наблюдения и те се смятат за невъзможни: прехвърляне на информация директно от белтъци към нуклеинови киселини (било то белтък → ДНК или белтък → РНК) и директен трансфер от ДНК към белтък без междинна РНК-стъпка. Тези варианти биха нарушили основния смисъл на централен потик за информационен поток, както е възприет при клетъчната молекулярна биология.

Исторически и концептуални бележки

Догмата на Крик е свързана и със стриктния принцип, наречен по-късно бариера на Август Вайсман: наследствената информация се движи от зародишните клетки към соматичните клетки, но не обратното. Практически това означава, че промени, настъпили в тяло‑клетките (соматичните), не се предават директно на потомството чрез генетичния материал.

В съвременната биология догмата се използва като полезна правилна рамка за разбиране на генетичната информация и нейното използване при синтез на молекулите. В същото време развитието на молекулярната биология показа редица нюанси и изключения (ретровируси, ретротранспозони, теломераза, приони и др.), които разширяват картината и подчертават, че „необходимото“ и „възможното“ в преноса на информация са по-сложни от строгата първоначална формулировка.

Заключение

Централната догма остава основополагаща концепция: тя формулира основните пътища на информационен поток в живите организми и помага да се разграничат типичните (генерални) процеси от специалните и от онези, за които няма доказателства. С напредъка на науката рамките ѝ са уточнени и разширени, но основната идея — че информацията за аминокиселинните последователности се извлича от нуклеиновите последователности и че тази информация рядко или никога не се връща обратно от белтъците към нуклеиновите киселини — запазва своята стойност като обобщение на централен принцип в молекулярната биология.

Въпроси и отговори

В: Коя е основната догма на молекулярната биология?

В: Кога е написана за първи път?

В: Какво осигурява догмата като рамка за разбиране?

В: Колко преки трансфера на информация могат да се осъществят между тези биополимери?

В: Кои са трите групи, които класифицират тези трансфери?

Въпрос: Какво описват общите трансфери?

В: Какво представлява бариерата на Вайсман?

Търсене по буква