Codul genetic - ARN mesager

Figura 15.1 Genele, care sunt purtate pe (a) cromozomi, sunt instrucțiuni organizate liniar pentru a produce moleculele de ARN și proteine care sunt necesare pentru toate procesele vieții. Proteina (b) interleukina-2 și (c) proteina alfa-2u-globulină sunt doar două exemple din o serie de structuri moleculare diferite care sunt codificate de gene. (Credit „cromozom: Institutul Național de Cercetare a Genomului Uman; „interleukina-2”: Ramin Herati/Creat din PDB 1M47 și redat cu Pymol; „alfa-2u-globulină”: Darren Logan/redat cu AISMIG)

De la redescoperirea lucrării lui Mendel în 1900, definiția genei a progresat de la o unitate abstractă a eredității la o entitate moleculară tangibilă capabilă de replicare, expresie și mutație (Figura 15.1). Genele sunt compuse din ADN și sunt dispuse liniar pe cromozomi. Genele specifică secvențele de aminoacizi, care sunt blocurile de construcție ale proteinelor. La rândul lor, proteinele sunt responsabile pentru orchestrarea aproape fiecarei funcții a celulei. Atât genele, cât și proteinele pe care le codifică sunt absolut esențiale pentru viața așa cum o cunoaștem.

Procesul celular de transcripție generează ARN mesager (ARNm), o copie moleculară mobilă a uneia sau mai multor gene cu un alfabet de A, C, G și uracil (U). Transla’ia șablonului ARNm pe ribozomi transformă informațiile genetice bazate pe nucleotide într-un produs proteic. Aceasta este dogma centrală a sintezei ADN-proteine. Secvențele de proteine constau din 20 de aminoacizi frecvent întâlniți; prin urmare, se poate spune că alfabetul proteic este format din 20 de „litere” (Figura 15.2). Diferiții aminoacizi au chimie diferite (cum ar fi acid versus bazic, sau polar și nepolar) și constrângeri structurale diferite. Variația secvenței de aminoacizi este responsabilă pentru variația enormă a structurii și funcției proteinelor.

Figura 15.2 Sunt prezentate structurile celor 20 de aminoacizi găsiți în proteine. Fiecare aminoacid este compus dintr-o grupare amino (NH⁺₃), o grupare carboxil (COO^–) și o catenă laterală (albastru). Lanțul lateral poate fi nepolar, polar sau încărcat, precum și mare sau mic. Este varietatea de lanțuri laterale de aminoacizi care dă naștere la variația incredibilă a structurii și funcției proteinelor.

Dogma centrală: ADN-ul codifică ARN; ARN codifică proteine

Fluxul de informații genetice în celule de la ADN la ARNm la proteină este descris de dogma centrală (Figura 15.3), care afirmă că genele specifică secvența ARNm, care la rândul lor specifică secvența aminoacizilor care formează toate proteinele. Decodificarea unei molecule la alta este realizată de proteine și ARN-uri specifice. Deoarece informațiile stocate în ADN sunt atât de esențiale pentru funcția celulară, are sens intuitiv ca celula să facă copii ARNm ale acestor informații pentru sinteza proteinelor, păstrând în același timp ADN-ul însuși intact și protejat. Copierea ADN-ului în ARN este relativ simplă, o nucleotidă fiind adăugată la catena de ARNm pentru fiecare nucleotidă citită în catena ADN. Traducerea în proteină este puțin mai complexă deoarece trei nucleotide ARNm corespund unui aminoacid din secvența polipeptidică. Cu toate acestea, translația la proteină este încă sistematică și coliniară, astfel încât nucleotidele 1 până la 3 corespund aminoacidului 1, nucleotidele 4 până la 6 corespund aminoacidului 2 și așa mai departe.

Figura 15.3 Instrucțiunile privind ADN-ul sunt transcrise pe ARN mesager. Ribozomii sunt capabili să citească informațiile genetice înscrise pe o catenă de ARN mesager și să utilizeze aceste informații pentru a lega aminoacizii într-o proteină.