Osrednja dogma molekularne biologije: definicija in prenos informacij

Osrednja dogma molekularne biologije pomeni, da se informacija o zaporedju biopolimerov pretaka naprej od DNA preko RNK do beljakovin, pri čemer beljakovine ne prenašajo zaporednostne (genetske) informacije nazaj v nukleinske kisline. Ta misel je povezana s delom Francisa Cricka, ki je bil tudi eden od avtorjev modela dvojne vijačnice DNK.

Zgodovina in pomen

Crick je osrednjo dogmo prvič izpostavil leta 1958 in jo kasneje (1970) natančneje opredelil kot načelo, ki ločuje pretok informacije o zaporedju (sequence information) od drugih oblik prenosa bioloških signalov. Dogma je temeljni okvir za razumevanje, kako se dedna informacija kopira in uporablja v celicah.

Pretoki informacij med biopolimeri

V živih organizmih so glavni razredi makromolekul, ki nosijo informacijo:

• DNA (deoksiribonukleinska kislina),
• RNK (ribonukleinska kislina) nukleinski kislini),
• beljakovine.

Med njimi je 3 × 3 = 9 možnih neposrednih prenosov informacij (matrika prenosa):

• DNA → DNA
• DNA → RNA
• DNA → beljakovina
• RNA → DNA
• RNA → RNA
• RNA → beljakovina
• beljakovina → DNA
• beljakovina → RNA
• beljakovina → beljakovina

Splošni in potrjeni prenosi

Osrednja dogma izpostavlja tri splošne prenose, ki jih običajno opažamo v večini celic:

• DNA → DNA — replikacija DNA (kopiranje genoma med celično delitvijo),
• DNA → RNA — transkripcija (sinteza mRNA in drugih vrst RNK iz DNK),
• RNA → beljakovina — translacija (sinteza beljakovin na podlagi mRNA).

Ti koraki so osnovni tok informacij, ki omogoča izgradnjo in delovanje celice.

Izjeme in razširitve (posebni prenosi)

Po objavi dogme so odkritja pokazala, da obstajajo določeni posebni prenosi, ki se zgodijo v določenih pogojih ali pri nekaterih organizmih:

• RNA → DNA — reverzna transkripcija, kot jo izvajajo retrovirusi (npr. HIV) s pomočjo encima reverzne transkriptaze; podoben mehanizem je vključen tudi pri delovanju retrotranspozonov in pri telomerazi.
• RNA → RNA — replikacija RNA v RNA-virusih (npr. mnogi virusni genom je RNA in se podvaja z RNA‑odvisnimi RNA polimerazami).
• beljakovina → beljakovina — prioni so primer, kjer spremenjena beljakovina templatično spreminja drugo beljakovino v podobno konformacijo (prionsko propagacijo). Ta proces predstavlja prenos konformacijskega učinka med beljakovinami, ne pa prenosa nukleotidne zaporednosti v nukleinske kisline.

Ta odkritja nadgrajujejo prvotno formulacijo, vendar ne izpodbijajo osnovne ideje, da zaporednostna genetska informacija običajno teče iz nukleinskih kislin k beljakovinam.

Neznani in neobičajni prenosi

Crick in kasnejše razprave poudarjajo, da nekateri prenosi ostajajo neobstojni ali niso bili potrjeni v naravi, zlasti tisti, ki bi vključevali prenos zaporednostne informacije iz beljakovin nazaj v DNA ali RNK. To pomeni, da beljakovine običajno ne spreminjajo zaporedja nukleotidov v genetiki na način, ki bi izvajal zapis nove sekvence v genom (torej ni klasičnega mehanizma "beljakovina → DNK" za zapis zaporedja).

Sodobne razlage in pogosto nerazumevanje

Pomembno je poudariti dvojne razsežnosti:

• Osrednja dogma se nanaša predvsem na prenos zaporednostne (sekvenčne) informacije.»
• Obstajajo drugi tipi informacij (npr. epigenetske spremembe, postranslacijske modifikacije beljakovin, signalne poti), ki vplivajo na izražanje genov in celične funkcije, vendar ne spreminjajo neposredno DNK zaporedja.

V praksi so odkritja, kot so reverzna transkripcija, RNA urejanje, nekatere oblike horizontalnega prenosa genov, retrotranspozoni in vloga nerazvrstne RNK, razširila naše razumevanje, kako fleksibilen je prenos informacije. Kljub temu osrednja dogma ostaja uporaben koncept: opisuje glavni kanal, po katerem teče informacija o zaporedju v bioloških sistemih.

Weismannova ovira in dednost

Osrednja dogma je tudi sodobna različica Weismannove ovire — načela, ki ga je izpostavil August Weismann. Weismann je trdil, da se dedna informacija premika iz genov do somatskih ali telesnih celic in ne obratno; dedna informacija naj bi potovala iz zarodnih celic v somatske celice, obenem pa naj ne bi veljalo, da bi izkušnje somatskih celic (na primer pridobljene spremembe) neposredno spreminjale zaporedje genomskih genov v zarodnih celicah.

Zaključek

Osrednja dogma ni trdno zakonito pravilo brez izjem, temveč temeljni okvir, ki opredeljuje glavni tok zaporednostne informacije v celicah: replikacija → transkripcija → translacija. Moderna biologija je pokazala dodatne poti in posebne primere (reverzne transkriptaze, RNA‑replikacijo, prione, epigenetiko itd.), toda osnovna ločnica med genetsko informacijo v nukleinskih kislinah in funkcijo beljakovin ostaja ključna za razumevanje molekularnih procesov v fenotipu in evoluciji.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je osrednja dogma molekularne biologije?

V: Kdaj je bila prvič zapisana?

V: Kaj je okvir za razumevanje dogme?

V: Koliko neposrednih prenosov informacij se lahko zgodi med temi biopolimeri?

V: Katere so tri skupine, ki razvrščajo te prenose?

V: Kaj opisujejo splošni prenosi?

V: Kaj je Weismannova pregrada?

Išči po črki