Informatie

De stroom van genetische informatie*# - Biologie


De stroom van genetische informatie

In bacteriën, archaea en eukaryoten is de primaire rol van DNA het opslaan van erfelijke informatie die codeert voor de instructieset die nodig is voor het creëren van het organisme in kwestie. Hoewel we veel beter zijn geworden in het snel lezen van de chemische samenstelling (de volgorde van nucleotiden in een genoom en enkele chemische modificaties die

zijn gemaakt

toe), weten we nog steeds niet hoe we alle informatie erin en alle mechanismen waarmee het op betrouwbare wijze kan worden gedecodeerd

is gelezen

en uiteindelijk uitgedrukt.

Er zijn echter enkele kernprincipes en mechanismen die verband houden met het lezen en uitdrukken van de genetische code waarvan de basisstappen

worden begrepen

en die deel moeten uitmaken van de conceptuele toolkit voor alle biologen. Twee van deze processen zijn transcriptie en translatie, respectievelijk het verwerken van delen van de genetische code die in DNA is geschreven in moleculen van het verwante polymeer-RNA en het lezen en coderen van de RNA-code in eiwitten.

In BIS2A richten we ons op het ontwikkelen van inzicht in de

Verwerken

van transcriptie (herinner je dat een energieverhaal een rubriek is voor het beschrijven van een proces) en zijn rol in de expressie van genetische informatie. We motiveren onze bespreking van transcriptie door ons te concentreren op functionele problemen (door delen van onze probleemoplossende/ontwerpuitdagingsrubriek mee te nemen) die moeten

opgelost worden

het proces plaatsvinden. Vervolgens beschrijven we hoe het proces

is gebruikt

door de natuur om een ​​verscheidenheid aan functionele RNA-moleculen te creëren (die verschillende structurele, katalytische of regulerende rollen kunnen hebben), waaronder zogenaamd boodschapper-RNA (

mRNA

) moleculen die de informatie dragen die nodig is om eiwitten te synthetiseren. Evenzo richten we ons op uitdagingen en vragen die verband houden met het translatieproces, het proces waarbij de ribosomen eiwitten synthetiseren.

We geven vaak de basisstroom van genetische informatie in biologische systemen weer in een schema dat bekend staat als 'het centrale dogma' (zie onderstaande afbeelding). Dit schema stelt dat informatie die is gecodeerd in DNA via transcriptie in RNA stroomt en uiteindelijk wordt vertaald naar eiwitten. Processen zoals reverse transcriptie (het maken van DNA uit en RNA-template) en replicatie vertegenwoordigen ook mechanismen voor het verspreiden van informatie in verschillende vormen. Dit schema zegt echter op zich niets over hoe informatieis gecodeerdof over de mechanismen waarmee regulerende signalen bewegen tussen de verschillende lagen van molecuultypes die in het model worden weergegeven. Daarom, hoewel het onderstaande schema een bijna verplicht onderdeel is van het lexicon van elke bioloog, misschien een overblijfsel van:oudtraditie, moeten studenten ook weten dat mechanismen van informatiestroom complexer zijn (we zullen er gaandeweg meer over leren, en dat "het centrale dogma" slechts enkele kernroutes vertegenwoordigt).

Figuur 1. De stroom van genetische informatie.
Naamsvermelding:Marc T. Facciotti (origineel werk)

Genotype naar fenotype

Een belangrijk concept in de volgende paragrafen is de relatie tussen genetische informatie, de genotype, en het resultaat van het uitdrukken ervan, de fenotype. Deze twee termen en de mechanismen die de twee met elkaar verbinden, zullenter sprake komende komende weken herhaaldelijk - begin vaardig te worden in het gebruik van dit vocabulaire.

Figuur 2. Informatie in DNA dieworden uitgedruktdoor transcriptieis opgeslagenin de volgorde van individuele nucleotiden gelezen in de richting van 5' naar 3'. Omzetting van de informatie van DNA naar RNA (een proces dat transcriptie wordt genoemd) drukt die informatie uit in een tijdelijke kopie die functioneel kan zijn zoals het is (bijv.tRNA,rRNA), of een bericht dat codeert voor de informatie die nodig is om een ​​eiwit te bouwen (bijv.mRNA). Cellen gebruiken demRNAals sjabloon voor de aanmaakeiwitten via translatie. Hier laten we twee verschillende DNA-sequenties zien. De verschillen in elke DNA-sequentie resulteren in de productie van twee verschillendemRNA's, gevolgd door de synthese van twee verschillende eiwitten. Uiteindelijk creëren deze verschillende eiwitten twee verschillende vachtkleuren bij de muizen.

Genotype verwijst naar de informatie die is opgeslagen in het DNA van het organisme, de volgorde van de nucleotiden en de compilatie van zijn genen. fenotype verwijst naar elk fysiek kenmerk dat u kunt meten, zoals lengte, gewicht, hoeveelheid geproduceerd ATP, vermogen om lactose te metaboliseren en reactie op omgevingsstimuli. Verschillen in genotype, zelfslicht, kan leiden tot verschillende fenotypes die onderhevig zijn aan natuurlijke selectie. Bovenstaande figuur geeft dit idee weer. Merk ook op dat, hoewel we het klassiek hebben over de relatie tussen genotype en fenotype,de context vanmeercellige organismen, deze nomenclatuur en de onderliggende concepten zijn van toepassing op alle organismen, zelfs eencellige organismen zoals bacteriën en archaea.

Genen

Wat is een gen? EEN gen is een DNA-segment in het genoom van een organisme dat codeert voor een functioneel RNA (zoals

rRNA

,

tRNA

,

enzovoort

.)

of

eiwitproduct (enzymen, tubuline, enz.). Een generiek gen bevat elementen die coderen voor regulerende regio's en een regio die codeert voor een getranscribeerde eenheid.

Genen kunnen winnen mutaties-gedefinieerd als veranderingen in de samenstelling en/of sequentie van de nucleotiden - in de coderende of regulerende regio's. Deze mutaties kunnen tot verschillende uitkomsten leiden: (1) er gebeurt niets meetbaars; (2) het gen wordt niet langer tot expressie gebracht; of (3) de expressie of het gedrag van het genproduct

(

s) zijn verschillend. In een populatie van organismen die hetzelfde delen

gen

verschillende varianten van het gen

zijn bekend

als allelen. Verschillende allelen kunnen leiden tot verschillen in fenotypes van individuen en bijdragen aan de diversiteit in de biologie onder selectieve druk.

Begin met het leren van deze woordenschattermen en bijbehorende concepten. Je wordt dan

iets

vertrouwd mee zijn als we er in de volgende colleges dieper op ingaan.

Figuur 3. Een geenbestaat uiteen coderend gebied voor een RNA- of eiwitproduct vergezeld van zijn regulerende gebieden.Het coderende gebied wordt getranscribeerdnaar binnenRNAdiewordt dan vertaaldin eiwit.

Centraal dogma

Het centrale dogma werd eind jaren vijftig voorgesteld door Francis Crick. Deze baanbrekende theorie suggereerde dat genetische informatie voornamelijk stroomt van nucleïnezuren in de vorm van DNA en RNA naar functionele eiwitten tijdens het proces van genexpressie. Wat het centrale dogma zo vernieuwend maakt, is de mate van correctheid ervan in een tijd dat het genoomonderzoek nog maar net begon. Het centrale dogma van de genetica beschrijft niet de mechanica van eiwitsynthese, maar vertelt ons dat genexpressie een bijna voorspelbaar patroon volgt.


Bekijk de video: Substansi Materi Genetika: Gen, DNA, RNA Part 1 Biologi Kelas XII SMA (December 2021).