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12.8: El dogma central - Biología

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Como ha aprendido, el flujo de información en un organismo tiene lugar desde el ADN al ARN y a la proteína:

  • El ADN se transcribe a ARN a través de reglas de emparejamiento de bases complementarias (pero con U en lugar de T en la transcripción)
  • La transcripción de ARN, específicamente el ARNm, se traduce luego a un polipéptido de aminoácido.
  • El plegamiento final y las modificaciones del polipéptido conducen a proteínas funcionales que realmente hacen cosas en las células.

Esto se conoce como el Dogma central de la vida, que es válido para todos los organismos.

Figura 1. Haga clic para ver una imagen más grande. Las instrucciones sobre el ADN se transcriben en el ARN mensajero. Los ribosomas son capaces de leer la información genética inscrita en una hebra de ARN mensajero y utilizar esta información para encadenar los aminoácidos en una proteína.

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Dogma central (con diagrama) | Genética

El artículo mencionado a continuación proporciona notas sobre el dogma central.

Sin embargo, el ADN en sí mismo no ordena directamente las secuencias de aminoácidos. En 1958, Francis Crick sugirió un intermedio de ARN y propuso que existe un flujo secuencial de información unidireccional del ADN al ARN y a la proteína. Esta relación de transferencia de información entre el ADN y la proteína se convirtió en el dogma central (es decir, un conjunto de creencias) en biología molecular.

En los años siguientes, el Dogma Central se modificó cuando se descubrió que, en casos especiales, el ARN puede dirigir la síntesis de ADN en condiciones artificiales. El ADN monocatenario puede especificar proteínas (Fig. 15.1 A, B Fig. 15.2).

La hipótesis de una enzima de gen uno:

Ya en 1915, el trabajo de Archibald Garrod sobre los errores innatos del metabolismo en el hombre había sugerido un vínculo entre un gen y su proteína producto. Pero la prueba experimental de la hipótesis de Garrod llegó casi tres décadas después de los estudios de Beadle y Tatum (1941) sobre el moho del pan Neurospora.

Estos autores analizaron los efectos bioquímicos de los genes mediante el estudio de protótrofos de tipo salvaje (cepas que crecen en un medio mínimo) y auxótrofos (mutantes nutricionales que crecen solo en un medio suplementado) de Neurospora. Primero prepararon mutantes mediante irradiación UV de la cepa normal. Una de tales cepas de tia no pudo crecer en medio mínimo a menos que se añadiera tiamina. El mutante pdx requería piridoxina para su crecimiento.

Los experimentos de Beadle y Tatum confirmaron la naturaleza hereditaria de los defectos en los mutantes. Cuando se cruza tia con el tipo salvaje, los asci resultantes contienen 4 ascosporas de la cepa de tipo salvaje y 4 de la cepa de tia. Cuando cada una de las 8 ascosporas se aísla y se cultiva en un medio mínimo, solo 4 ascosporas pueden crecer, las 4 restantes después de la adición de tiamina al medio.

Beadle y Tatum pudieron demostrar que los mutantes nutricionales inducidos por UV en Neurospora tenían mutaciones de un solo gen que se transmitían por herencia mendeliana. Dado que cada mutación genética producía un defecto en una sola enzima, Beadle y Tatum propusieron que un gen produce una enzima.


Dogma central de la biología

El término "dogma" describe una doctrina o código de creencias aceptado como autorizado. El dogma central de la biología se refiere a la forma en que la información genética se almacena y recupera en las células vivas. La relación clásica es ADN, ARN gt y proteína gt. Así, el ADN funciona como la molécula de almacenamiento de información, y esta información es & # 8220leída & # 8221 en moléculas de ARN.

Algunos de estos ARN son intermedios y transportan la información que se utiliza para producir proteínas. Son las proteínas (y algunos ARN) los que son los trabajadores & # 8220activos & # 8221 en la célula: catalizan reacciones, mueven cosas, crean estructuras, etc. Por lo tanto, la información almacenada en el ADN es el genotipo (la suma del potencial heredable) y cuando esta información se traduce en ARN y proteína, se produce un fenotipo (la suma de características observables). El descubrimiento de la estructura del ADN por Watson y Crick en 1953 fue un hito para la biología, que condujo a una comprensión molecular de cómo la secuencia de nucleótidos que forma la molécula de ADN codifica la información.

Históricamente, gran parte de nuestro conocimiento de las reacciones que ocurren en las células proviene del aislamiento y el estudio de tipos individuales de moléculas de proteínas. Esto dio como resultado la delimitación de varias vías metabólicas, eventos de señalización, elementos estructurales, etc. y, finalmente, herramientas para manipular el ADN mismo. Aprenderá sobre esto más adelante en el curso.

Estos métodos ahora han permitido el acceso a grandes almacenes de información genética. El Proyecto del Genoma Humano (iniciado en 1990, con un borrador de trabajo completado 10 años después) condujo al desarrollo de técnicas de determinación de secuencias de ADN rápidas y precisas. Durante los últimos 20 años se ha generado una gran cantidad de información de secuencia. En 1996, los científicos completaron la secuencia total de nucleótidos del ADN de la levadura: se identificaron alrededor de 12 millones de pares de bases de ADN que representan más de 6000 genes. Desde entonces, se ha secuenciado el ADN cromosómico de muchos microbios (ahora más de 400 organismos). En 2002 se completó una secuencia prácticamente completa de ADN humano. El genoma humano consta de aproximadamente 3.200 millones de pares de bases y codifica aproximadamente 25.000 genes. Sin embargo, aún no conocemos la función de muchos de estos genes. El poder de manipular secuencias de ADN nos brinda nuevas formas de probar estas funciones y responder preguntas sobre cómo funcionan las células.

Dado que las proteínas son las moléculas activas en la célula y algunos de los reactivos clave en la tecnología detrás de la biología molecular, comenzaremos el curso con una discusión de sus propiedades generales. Las proteínas están hechas de bloques de construcción llamados aminoácidos, que están unidos en largas cadenas de polímeros. Las cadenas se pliegan y se enrollan en tres dimensiones para lograr una estructura con función biológica. La comprensión de este proceso crítico requiere una discusión en profundidad de las diversas fuerzas que estabilizan una proteína en una determinada conformación (forma).

Las proteínas son macromoléculas con pesos moleculares que van desde aproximadamente 5 kilodaltons (kDa) hasta varios miles de kDa. Una célula simple como la levadura contiene alrededor de 6.000 proteínas diferentes. Muchas de estas proteínas son catalizadores biológicos (enzimas), que catalizan una sola reacción química en la célula, pero otras cumplen una variedad de funciones. De hecho, las proteínas son la clase más diversa de macromoléculas, con una amplia gama de tamaños, formas, copias. número, solubilidad, etc., así como función, pero subyacente a esta complejidad hay una estructura fundamental muy simple. Todas las proteínas se sintetizan a partir de combinaciones de algunos o todos los 20 aminoácidos. Básicamente, las proteínas son polímeros lineales de aminoácidos. Para comprender la estructura de las proteínas, debemos comenzar con los aminoácidos.


12.8: El dogma central - Biología

Como ha aprendido, el flujo de información en un organismo tiene lugar desde el ADN hasta el ARN y las proteínas. El ADN dicta la estructura del ARNm en un proceso conocido como transcripción y el ARN dicta la estructura de la proteína en un proceso conocido como traducción. Esto se conoce como Dogma central de la vida, que es válido para todos los organismos.

Objetivos de aprendizaje

Como ha aprendido, el flujo de información en un organismo tiene lugar desde el ADN al ARN y a la proteína:

  • El ADN se transcribe a ARN a través de reglas de emparejamiento de bases complementarias (pero con U en lugar de T en la transcripción)
  • La transcripción de ARN, específicamente el ARNm, se traduce luego a un polipéptido de aminoácido.
  • El plegamiento final y las modificaciones del polipéptido conducen a proteínas funcionales que realmente hacen cosas en las células.

Esto se conoce como Dogma central de la vida, que es válido para todos los organismos.

Figura 1. Haga clic para ver una imagen más grande. Las instrucciones sobre el ADN se transcriben en el ARN mensajero. Los ribosomas son capaces de leer la información genética inscrita en una hebra de ARN mensajero y utilizar esta información para encadenar los aminoácidos en una proteína.


Capítulo 105 - Química y Sociedad

El ADN es el portador de información genética en los organismos. ¿Qué significa eso? Las moléculas grandes en el organismo pueden tener muchas funciones: pueden proporcionar estructura, actuar como catalizador de reacciones químicas, servir para detectar cambios en su entorno (lo que lleva a respuestas inmunes a invasores extraños y respuestas neuronales a estímulos como la luz, el calor, el sonido, etc.). tacto, etc.) y aportan motilidad. El ADN realmente no hace ninguna de estas cosas. Más bien puede verlo como un sistema de almacenamiento de información. La información debe decodificarse para permitir la construcción de otras moléculas grandes. Las otras moléculas suelen ser proteínas, otra clase de polímeros grandes en el cuerpo. Los cromosomas se encuentran en el núcleo de una célula.

Los cromosomas se encuentran en el núcleo de una célula. El ADN debe duplicarse en un proceso llamado replicación antes de que una célula se divida. La replicación del ADN permite que cada célula hija contenga un complemento completo de cromosomas.

La información real en el ADN de los cromosomas se decodifica en un proceso llamado transcripción mediante la formación de otro ácido nucleico, ácido ribonucleico o ARN. El ARN, elaborado por la enzima ARN polimerasa, es complementario de una hebra del ADN. El ARN se diferencia del ADN en que el ARN contiene un azúcar ribosa, no desoxirribosa, en su columna vertebral. Además, el ARN carece de la base T. En cambio, se reemplaza con la base U, que es complementaria a A (ya que T es complementaria a A en el ADN). El ARN formado actúa como mensajero, que pasa del núcleo al citoplasma de la célula. De hecho, este tipo de ARN a menudo se denomina ARN mensajero, ARNm. Dado que la información de un ácido nucleico (ADN) se convierte en información en forma de otro ácido nucleico (ARN), este proceso se denomina transcripción (dado que el idioma sigue siendo el mismo, como cuando se transcribe un discurso escrito en inglés a escrito en ingles).

La información del ADN, ahora en forma de secuencia de ARN lineal, se decodifica en un proceso llamado traducción, para formar una proteína, otro polímero biológico. El monómero de una proteína se llama aminoácido, un tipo de molécula completamente diferente a un nucleótido. Hay veinte aminoácidos naturales diferentes que se diferencian en uno de los 4 grupos conectados al carbono central. En un aminoácido, el carbono central (alfa) tiene un grupo amina (RNH2), un grupo de ácido carboxílico (RCO2H) y H, y un grupo R adjunto a él. Dado que la información de un ácido nucleico (ARN) se convierte en información en forma de una molécula diferente, una proteína, este proceso se denomina traducción (ya que el idioma de los ácidos nucleicos se cambia al de las proteínas, como cuando se traduce del inglés al chino).

En contraste con la complementariedad del ADN y el ARN (1 base en el ARN complementaria a 1 base en el ADN), no existe una correspondencia 1: 1 entre una base (parte de la unidad monomérica del ARN) en el ARN y el monómero en una proteína. . Después de mucho trabajo se descubrió que una secuencia lineal contigua de 3 nucleótidos en el ARN es decodificada por la maquinaria molecular del citoplasma con el resultado de que se agrega 1 aminoácido a la proteína en crecimiento. Por lo tanto, un triplete de nucleótidos en el ADN y el ARN tiene la información de 1 aminoácido en una proteína. Que no había una correspondencia 1: 1 entre los nucleótidos en los ácidos nucleicos y los aminoácidos en las proteínas era evidente hace mucho tiempo, ya que solo hay 4 monómeros de ADN diferentes (con A, T, G y C) y 4 monómeros de ARN diferentes (con A , U, G y C), pero hay 20 monómeros de aminoácidos diferentes que componen las proteínas.

Ahora bien, resulta que no toda la información en la secuencia de ADN de un organismo codifica una proteína. De hecho, solo alrededor del 2% de los 3 mil millones de pares de bases parecen transcribirse en ARN que puede traducirse en proteína. La función del resto del ADN es actualmente incierta. ¿Cómo sabe la maquinaria molecular de la célula qué parte del ADN codifica proteínas? Resulta que hay secuencias de ADN únicas al principio y al final de la parte de la secuencia de ADN que codifica una proteína. Avanza por el ADN de un cromosoma y de repente llegas a esas señales, que son reconocidas por la maquinaria celular. Se hace un ARN complementario a partir de esa sección, y luego el ARN complementario se decodifica en una sola proteína. Continúe más abajo en la secuencia de ADN y se encontrará otra secuencia codificante de este tipo, que se puede transcribir en un ARNm, que luego se puede traducir en otra proteína única. En total, hay alrededor de 30.000 secciones de ADN de este tipo en todos los cromosomas que codifican la información de 30.000 proteínas únicas. Estas secciones de codificación únicas de ADN que finalmente se transcriben en ARNm únicos que se traducen en proteínas únicas se denominan genes. Para nuestros propósitos, llegamos a la conclusión de que un gen tiene la información de una proteína. Cada una de las proteínas difiere entre sí tanto en longitud como en la secuencia específica de aminoácidos de la proteína. De hecho, el ADN es el modelo de la célula. Lo que determina las características reales de las células son las proteínas reales que produce la célula.

El ADN no solo debe transcribirse en ADN, sino que la información genética en el ADN debe replicarse antes de que una célula determinada se divida, de modo que las células hijas contengan la misma información genética. En la replicación, el dsDNA se separa y una enzima, la DNA polimerasa, hace copias complementarias de cada hebra. Las dos hebras de dsDNA resultantes se separan en diferentes células hijas durante la división. El proceso en el que el ADN se replica cuando las células se dividen y se transcribe en ARN que se traduce en proteína se denomina Dogma Central de la Biología. (ignore tRNA, rRNA y snRNA en el enlace web anterior)

Como se mencionó anteriormente, cada aminoácido se especifica mediante una combinación particular de tres nucleótidos en el ARN. Las tres bases se denominan codón. El Código Genético consiste en una tabla que muestra qué secuencia de ARN triplete o codón en el ARNm codifica para cuál de los 20 aminoácidos. Uno de los codones no codifica aminoácidos y sirve para detener la síntesis de la proteína a partir de la secuencia de ARNm. El código genético se muestra a continuación:

Determinación de la secuencia de proteínas a partir de una secuencia de ADN.

Para un gen dado, solo una hebra del ADN sirve como molde para la transcripción. A continuación se muestra un ejemplo. La hebra inferior (azul) en este ejemplo es la plantilla hebra, que también se llama menos (-) hebra, o el sentido hebra. Es esta hebra la que sirve como molde para la síntesis de ARNm. La enzima ARN polimerasa sintetiza un ARNm en la dirección 5 'a 3' complementaria a esta hebra molde. La hebra de ADN opuesta (roja) se llama C oding hebra, el sin plantilla hebra, el más (+) hebra, o el antisentido hebra.

La forma más sencilla de encontrar el correspondiente secuencia de ARNm (que se muestra en verde a continuación) es para leer el C oding, sin plantilla, más (+) , o antisentido hebra directamente en la dirección 5 'a 3' sustituyendo U por T. Encuentra el triplete en la hebra codificante, cambia cualquier T por U y lee del Código Genético el aminoácido correspondiente que se incorporaría a la proteína en crecimiento. (Los hilos a continuación están separados en tripletes para facilitar la visualización). A continuación se muestra un ejemplo.

REVISIÓN DE LA BASE FINAL DOGMA CENTRAL DE BIOLOGÍA

A diferencia de los polímeros lineales de ADN y ARN, las proteínas (polímeros lineales de aminoácidos) se pliegan en el espacio 3D para formar estructuras de formas únicas. Cada secuencia de proteína única (de una longitud y secuencia de aminoácidos determinada) se pliega en una forma 3D única. Por tanto, existen unas 30.000 proteínas de diferentes formas en los seres humanos. Las proteínas no solo tienen formas únicas, sino que también tienen rincones, grietas y bolsillos únicos que les permiten unirse a otras moléculas. La unión de otras moléculas a proteínas o ADN inicia o termina la función de la proteína o nucleico, de manera muy similar a un interruptor de encendido / apagado. El siguiente ejemplo muestra diferentes estructuras de proteínas, algunas de las cuales tienen moléculas pequeñas o moléculas grandes (como el ADN) unidas a ellas. Algunos motivos comunes se encuentran dentro de la estructura 3D de la proteína. Incluyen hélices alfa y hojas beta. Estos se mantienen unidos por enlaces H entre el H ligeramente positivo en el N en la estructura de la proteína y un O ligeramente negativo más alejado en la estructura de la proteína. En los modelos de Chime a continuación, use los controles del mouse para rotar la molécula. (También el clic con el botón izquierdo del mouse cambiará el tamaño de la molécula). Haga clic en el comando en el marco de la derecha para cambiar la representación de las proteínas. La vista de dibujos animados permite una forma sencilla de interpretar la estructura general de la cadena principal.

Si la secuencia de ADN en una región codificante cambia, el ARNm resultante también cambiará, lo que conducirá a cambios en la secuencia de la proteína. Estos cambios pueden no tener efecto y ser silenciosos, si el cambio en la proteína no afecta el plegamiento de la proteína o su unión a otra molécula importante. Sin embargo, si los cambios afectan el plegamiento o la región de unión, es posible que la proteína no pueda realizar su función habitual. Las mutaciones que sustituyen los aminoácidos no polares por los polares / cargados (o al revés) tienen la mayor probabilidad de causar cambios significativos en la estructura y / o actividad.

Si la función fuera interrumpir la división celular, el resultado podría llevar a que la célula se vuelva cancerosa. Del mismo modo, si la proteína normal tuvo un papel en hacer que la célula muera después de su período de vida previsto, la célula con la proteína mutante podría no morir y es más probable que se convierta en un tumor. Los escenarios opuestos podrían suceder y llevar a la célula a una muerte prematura.

  • Mutaciones puntuales: por mala suerte y análogos de nucleótidos
  • Mutaciones puntuales: por mutágenos químicos
  • Grandes mutaciones: deleciones, inserciones, duplicaciones e inversiones

Vea el modelo de hemoglobina de células falciformes a continuación, que muestra cómo un cambio de un solo par de bases en el ADN puede cambiar un aminoácido en una proteína con consecuencias letales.

Genes y enfermedades

Activación y represión de la transcripción genética:

  1. ¿Cómo podría reprimirse la expresión génica en ausencia de mercurio?
  2. ¿Cómo se podría activar la expresión genética en presencia de mercurio?

Una de las cuestiones centrales de la biología moderna es qué controla la expresión genética. Como hemos descrito anteriormente, los genes deben activarse en el momento adecuado, en la célula adecuada. En una primera aproximación, todas las células de un organismo contienen el mismo ADN (con la excepción de las células germinales y las células inmunitarias). El tipo de célula está determinado por los genes que se expresan en un momento dado. Asimismo, la celda puede cambiar ( diferenciar ) en diferentes tipos de células alterando la expresión de genes. El dogma central de la biología describe cómo los genes se transcriben primero a ARN y luego el ARNm se traduce en una secuencia de proteína correspondiente. A continuación, las proteínas pueden modificarse postraduccionalmente, localizarse en determinados lugares dentro de las células y, en última instancia, degradarse. Si las proteínas funcionales se consideran el producto final de la expresión génica, el control de la expresión génica podría teóricamente ocurrir en cualquiera de estos pasos del proceso.

Sin embargo, la expresión génica se controla principalmente a nivel de transcripción. Esto tiene un gran sentido biológico, ya que sería menos derrochador energéticamente inducir o inhibir la expresión final de una proteína funcional en un paso temprano en el proceso. ¿Cómo se puede regular la expresión génica a nivel transcripcional? Se han documentado muchos ejemplos. El control principal se ejerce típicamente a nivel de la ARN polimerasa. vinculante justo aguas arriba (5 ') de un sitio para el inicio de la transcripción. Otros factores, llamados factores de transcripción (que generalmente son proteínas), se unen a la misma región y promueven la unión de Polimerasa de ARN en su sitio de unión, llamado el promotor. Las proteínas también pueden unirse a sitios en el ADN (operador en procariotas) e inhibir el ensamblaje del complejo de transcripción y, por lo tanto, la transcripción. La regulación de la transcripción de genes se convierte entonces en una cuestión de vinculante La Apropiada factores de transcripción y ARN polimerasa a la región apropiada en el sitio de inicio para la transcripción génica. La regulación de la expresión génica por las proteínas puede ser positiva o negativa. La regulación en procariotas suele ser negativa, mientras que en eucariotas es positiva.

La mayoría de los genes eucariotas tienen alrededor de 5 sitios reguladores para unirse a factores de transcripción y ARN polimerasa. En la figura siguiente se muestran ejemplos de estos factores de transcripción.

CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES DE SITIOS ESPECÍFICOS DE UNIÓN AL ADN

Dado que la ARN polimerasa debe interactuar en el sitio del promotor de todos los genes, es de esperar que todos los genes tengan una secuencia de nucleótidos similar en la región del promotor. Se ha descubierto que esto es cierto tanto para los genes procarióticos (como las bacterias) como para los eucarióticos. Sin embargo, cabría esperar que todos los factores de transcripción no tuvieran secuencias de unión de ADN idénticas. Las secuencias de ADN justo aguas arriba del sitio de inicio del gen que se une a la proteína (ARN polimerasa, factores de transcripción, etc.) se denominan promotores. La siguiente tabla muestra el motivo de secuencia de ADN común llamado Pribnow o TATA caja encontrada en alrededor de -10 pares de bases aguas arriba del sitio de inicio, y otra en -35. Las proteínas se unen a estos sitios y facilitan la unión de la ARN polimerasa, lo que conduce a la transcripción de genes.

Procariota Secuencias promotoras

Además, en los promotores eucariotas, las secuencias más arriba llamadas elementos de respuesta se unen a proteínas específicas (como CREB o proteína de unión al elemento de respuesta de AMP cíclico) para controlar aún más la transcripción de genes.

Elementos de respuesta eucariota (RE) s

Las proteínas pueden interactuar específicamente con el ADN a través de interacciones electrostáticas, de enlace H e hidrófobas. Los pares de bases AT y GC tienen donantes y aceptores de enlaces H disponibles que están expuestos en la arboleda mayor y menor de la hélice del ADN ds, lo que permite interacciones proteína-ADN específicas.

Jmol: Tutorial de ADN simple (consulte los últimos botones de selección para ver los donantes y aceptores de enlaces H en la arboleda principal.

CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES DE LAS PROTEÍNAS DE UNIÓN AL ADN

  • hélice-vuelta-hélice : se encuentra en proteínas de unión a ADN procariotas. Las figuras muestran dos de tales proteínas, el represor cro del bacteriófago 434 y el represor lambda del bacteriófago lambda. (Los bacteriófagos son virus que infectan a las bacterias). Observe cómo se logra la especificidad, en parte, mediante la formación de enlaces H específicos entre la proteína y la arboleda principal del ADN operador.
  • Represor Lambda / Complejo de ADN
  • Interacciones de enlace H entre el represor l y el ADN
  • dedo de zinc : (eucariotas) Estas proteínas tienen un motivo de secuencia común de
    X3- Cys -X2-4- Cys -X12- Su -X3-4- Su -X4- en el que X es cualquier aminoácido. Zn 2+ está tetraédricamente coordinado con las cadenas laterales Cys e His, que están en una de las dos cadenas beta antiparalelas y una hélice alfa, respectivamente. El dedo de zinc, estabilizado por el zinc, se une al surco principal del ADN.
  • receptores de hormonas esteroides : (eucariotas) A diferencia de la mayoría de las hormonas, que se unen a los receptores de la superficie celular, las hormonas esteroides (derivados del colesterol) atraviesan la membrana celular y se unen a los receptores citoplasmáticos a través de un dominio de unión a hormonas. Esto cambia la forma del receptor que luego se une a un sitio específico en el ADN (elemento de respuesta hormonal) a través de un dominio de unión al ADN. En una estructura análoga al dedo de zinc, Zn 2+ está tetraédricamente coordinado con 4 Cys, en una estructura de tipo globular que se une como un dímero a dos secuencias de ADN idénticas pero invertidas (palíndromo) dentro de la arboleda principal. (Un ejemplo de palíndromo: podía yo antes de ver a Elba).
  • cremalleras de leucina : (eucariotas) Estas proteínas contienen tramos de 35 aminoácidos en los que se encuentra Leu repetidamente a intervalos de 7 aminoácidos. Estas regiones de la proteína forman hélices anfifílicas, con Leu en una cara. Dos de estas proteínas pueden formar un dímero, estabilizado por la unión de estas hélices anfifílicas entre sí, formando una espiral, como en la proteína muscular miosina. Por tanto, la cremallera de leucina representa el dominio de unión a proteínas de la proteína. El dominio de unión al ADN se encuentra en los primeros 30 aminoácidos N-terminales, que son básicos y forman una hélice alfa cuando la proteína se une al ADN. La cremallera de leucina luego funciona para unir dos proteínas de unión al ADN, lo que permite que las hélices de las bases N-terminales interactúen con la arboleda principal de ADN de una manera específica de base.

FOSFORILACIÓN Y CONTROL DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA

Una forma común de controlar la expresión génica es controlando la fosforilación de factores de transcripción por ATP. Esta modificación podría activar o inhibir el factor de transcripción al activar la expresión génica. Los grupos fosfato añadidos podrían ser necesarios para las interacciones de unión directa que conducen a la transcripción de genes o podrían conducir a un cambio conformacional en el factor de transcripción, que podría activar o inhibir la transcripción de genes. Un ejemplo reciente de este último caso es el control de la actividad del factor de transcripción p53. p53 tiene muchas actividades en la célula, una primaria como supresor del crecimiento de células tumorales. Si una célula se somete a un estrés que resulta en un daño genético (algo evidente que podría llevar a una célula a transformarse en una célula tumoral), esta proteína se convierte en un factor de transcripción activo, dando lugar a la expresión de muchos genes, incluidos los implicados en células programadas. Regulación del ciclo celular y muerte. Ambos efectos podrían inhibir claramente la proliferación celular. Por tanto, p53 es un gen supresor de tumores. p53 generalmente se une a la proteína HDM2 que regula negativamente su actividad conduciendo a su degradación. Las señales de estrés conducen a la activación de proteínas quinasas en la célula (como p38, JNK y cdc2), lo que provoca la fosforilación de los aminoácidos serina y trenina en p53 (Ser 33 y 315 y Thr 81). Esto conduce a la unión de la proteni Pin 1, que cambia la forma de p53 y conduce a su activación como factor de transcripción.


12.8: El dogma central - Biología

Como ha aprendido, el flujo de información en un organismo tiene lugar desde el ADN hasta el ARN y las proteínas. El ADN dicta la estructura del ARNm en un proceso conocido como transcripción y el ARN dicta la estructura de la proteína en un proceso conocido como traducción. Esto se conoce como Dogma central de la vida.

¿Se aplica siempre el Dogma Central?

Los científicos siempre están experimentando y explorando dentro de su comprensión actual del mundo. A medida que aprenden y descubren cosas nuevas, sus ideas y comprensión cambian para reflejar la nueva evidencia que tienen ante ellos.

Con la investigación moderna, está quedando claro que algunos aspectos del dogma central no son del todo precisos. Con el fin de desarrollar nuestra comprensión, la investigación actual se centra en investigar la función del ARN no codificante. Aunque esta molécula no sigue el dogma central, todavía tiene un papel funcional en la célula.

Los resultados del aprendizaje

Identificar el dogma central de la vida.

Como ha aprendido, el flujo de información en un organismo tiene lugar desde el ADN al ARN y a la proteína:

  • El ADN se transcribe a ARN a través de reglas de emparejamiento de bases complementarias (pero con U en lugar de T en la transcripción)
  • La transcripción de ARN, específicamente el ARNm, se traduce luego a un polipéptido de aminoácido.
  • El plegamiento final y las modificaciones del polipéptido conducen a proteínas funcionales que realmente hacen cosas en las células.

Esto se conoce como Dogma central de la vida, que es válido para todos los organismos.

Figura 1. Haga clic para ver una imagen más grande. Las instrucciones sobre el ADN se transcriben en el ARN mensajero. Los ribosomas son capaces de leer la información genética inscrita en una hebra de ARN mensajero y utilizar esta información para encadenar los aminoácidos en una proteína.


Cosas que debe saber sobre el dogma central de la biología

Somos conscientes de que el ADN es la raíz de nuestra información hereditaria y sabemos que las unidades funcionales que hacen posible la vida son las proteínas. Descubrí que una gran parte de los métodos que se utilizaron para el entrenamiento eran efectivos para alguna habilidad pero nunca para cómo manejar las consecuencias de realizar una habilidad específica. En casa, en tu taller, tienes toda la madera y las herramientas que necesitas para hacer la cómoda.

Creo que es mejor conocer sus limitaciones individuales. Como se indica en la transferencia de información que describe el dogma central de la biología molecular, una secuencia particular de un biopolímero funciona como plantilla para la construcción de algún otro biopolímero. Aquí & # 8217s un buen ejemplo de un gráfico que muestra cómo se completa el análisis SHAPE. Entonces, ya sea que estemos haciendo tostadas francesas o proteínas, el punto dentro de esta segunda parte es que tenemos que seguir las instrucciones para crear el último artículo.

Hay muchos más pasos para la transcripción y la traducción y las clases de biología siguen este proceso con mucho más detalle. Individuos imperfectos que son, se equivocan de vez en cuando. Sin embargo, tenga en cuenta que más no siempre es mejor.

No obstante, estos pensamientos se reconsideran. El consiguiente caos da como resultado la muerte celular. Érase una vez, hice una visita para pasar por mi mamá. Para aquellas personas que son atletas profesionales, este tipo de entrenamiento puede ser útil para su corta carrera porque sus ingresos dependen de su desempeño en un deporte muy competitivo. Las células que forman su cerebro contienen los genes exactos como las células que forman sus uñas.

El ADN de cada cromosoma que SÍ proporciona las instrucciones para una proteína se denomina gen. La información dentro del ADN se puede copiar en ARNm mediante la práctica de la transcripción. Afortunadamente, en su ciudad, hay una biblioteca excelente con una sección de libros sobre carpintería. Incluso los mejores héroes siguen siendo humanos.

En esa circunstancia, el médico puede informarle sobre la diabetes y cualquier enfermedad renal y ofrecer un diagnóstico después de la verdad. La realidad biológica es bastante más compleja que esto. Varios estudios científicos han descubierto que los cambios epigenéticos están relacionados con la infertilidad masculina. El procedimiento para convertir un ARNm en una proteína se conoce como traducción y se lleva a cabo mediante una enzima conocida como ribosoma. Por otro lado, se sabe que las facetas positivas como el ejercicio y una dieta decente también modifican el epigenoma.

Consisten en una pequeña parte que lee el ARNm y una parte más grande que ensambla los aminoácidos en la secuencia correcta. El ribosoma está compuesto por ARN ribosómico y proteínas asociadas. Comienza con la secuencia de aminoácidos que componen la proteína. Es esta hebra la que funciona como plantilla para la síntesis de ARNm. Algunas cadenas polipeptídicas deben reticularse y otras deben unirse a cofactores como hem (hemo) antes de que sean funcionales. Al igual que el ADN, el ARN se crea a partir de una secuencia específica de nucleótidos. Muy importante, el ARN es pequeño y puede salir fácilmente del núcleo y visitar el citoplasma, donde se crean las proteínas.

He pensado en este dilema durante bastante tiempo, pero todavía estoy luchando por descubrir un término medio muy bueno con el que me sienta moralmente cómodo y al que pueda adherirme de manera realista. Las opciones son infinitas, pero primero tenemos que comprender cómo producimos proteínas. La interrelación entre estas 3 moléculas importantes podría ser más compleja de lo que se pensaba, sin importar que el concepto crucial siga siendo válido.

Pero esto solo habla de una población bastante selecta y pequeña en la tierra. Quienes participan en biología molecular intentan comprender cómo los sistemas celulares interactúan entre sí en lo que respecta a la síntesis de ADN, ARN y proteínas. El procedimiento para juntar los aminoácidos para crear una molécula de proteína se conoce como síntesis de proteínas.


Profundizando en las profundidades de la ciencia recién publicada en el campo de la biotecnología, bienvenido a Bioscription.

El dogma central de la biología molecular y la genética es bastante sencillo. Usted toma ADN, luego transcribe el gen deseado en ARN (generalmente ARNm) y, una vez fuera del núcleo, traduce ese ARN usando ribosomas en aminoácidos que luego forman proteínas. Esas proteínas luego realizan la función real que dirige su codificación genética original. Este proceso suele ser rígido y no se puede revertir.

ADN a ARN a proteínas, así de simple.

Las excepciones

Siempre ha habido algunas excepciones y, a menudo, son aterradoras. Como la forma en que los retrovirus utilizan un proceso de transcripción inversa para insertar su propio ARN en el genoma de su huésped para hacer que su célula huésped produzca más del virus invasor. Son procesos como estos los que hacen que luchar contra ellos sea tan insidioso.

Pero hay otra excepción. Es más inofensivo y raro, pero también más confuso. Si bien el dogma central es una buena base para el sistema en general, hay muchos otros mecanismos en juego, especialmente después del punto de transcripción en ARN.

Es posible que este ARN se edite después del hecho y cambie la secuencia de proteína resultante. El método principal de esta edición de ARN ocurre cuando los nucleótidos "A" (adenosinas que componen la adenina) son modificados por enzimas ADAR, que significa "adenosina Deaminasas acitando RNA ”, en otra forma llamada inosina.

Durante la traducción para producir aminoácidos, la inosina se puede reconocer como un nucleótido "G" (las guanosinas que forman la guanina), aunque también puede unirse a otros nucleótidos, lo que la hace extremadamente versátil. Este cambio altera efectivamente el código genético original sin cambiar realmente el genoma del que se transcribió originalmente.

Algunos cefalópodos desafían la tendencia

Este cambio es increíblemente raro. Solo el 3% de los mensajes de ARN humano tienen una sola base alterada de esta manera. Y este número en sí es tan alto porque, de los 25 sitios en total en el genoma humano que permiten esta reconfiguración, son genes en gran parte conservados, lo que significa que están altamente codificados. Con todo, tal cambio no está realmente muy conservado y ha desaparecido del resto del genoma humano debido a esto.

Investigadores del MIT e Israel han publicado recientemente un estudio que describe varias especies de la clase Cephalopoda que superan enormemente esta patética oportunidad, pero solo esas especies. De hecho, los pulpos, calamares y sepias parecen tener una gran mayoría de sus mensajes de ARN cambiados de esta manera. Prácticamente para cada mensaje de ARN, ocurre al menos un evento de nucleótido alterado como este, cambiando el mensaje codificado resultante.

Como ejemplo con los calamares, de sus 20.000 genes totales, más de 11.000 cuando se transcriben conducen a un evento de edición de ARN. También parecen estar muy conservados y no se permite que se eliminen del genoma mediante mecanismos naturales de reparación y mutación.

¿Cuál es el resultado final de este mecanismo? La formación de proteínas que en realidad no están codificadas dentro del genoma mismo, pero que, sin embargo, el organismo las utiliza y crea correctamente cuando es necesario. Lo que significa que hay una capa completamente diferente de instrucciones genéticas escondidas en estas especies en particular que no se pueden ver solo a partir de una secuenciación genética completa.

Las desventajas

Pero hay una compensación y una desventaja. While this enables species like squids to be highly adaptable to their environment, such as being able to alter certain temperature coding genes at the RNA level when necessary, it also makes them very rigid.

This is because the genes with these sites that invite RNA alteration cannot allow mutations to occur in the genes. Due to the complex RNA structures needed when coding for these sorts of genes, even a single mutation in them can stop the entire gene and resulting RNA from functioning. This, in turn, would likely kill the organism, though it depends on the gene in question. So the genes must be conserved and extensively so.

This means that their adaptability is entirely inherent, already existing in their genomes. But they cannot adapt beyond that. They cannot allow the rampant mutations that other species, including us, use to evolve and fit our changing environments on the fly. If octopodes, squids, or cuttlefish come up against something that their changing RNA structure isn’t fit to handle, they can’t adapt to it by changing their genome.

Will It Work Out?

Such a consequence results in them being very slow to evolve over time. Sure, their ability to apply so many kinds of RNA edits is likely one of the benefits that gives them their intelligence and so many of their flexible capabilities. But it also means that issues like climate change and ocean acidification may be topics they won’t be able to deal with, leading to a widespread die-off of the species as a whole.

Though, on the other hand, maybe not. Perhaps their RNA editing abilities are robust enough even to handle those concerns. They certainly appear to be some of the closest organisms to humans when it comes to mental and developmental complexity. Only time will tell in that regard.


Why do so many scientists misunderstand the Central Dogma of Molecular Biology?

Scientists are careful people who do not make statements without knowing the facts. They try hard to get things right. So we think hope.

But there is a very curious case where intelligent, knowledgeable scientists seem to get things wrong at an alarming frequency. It is quite interesting, because the misunderstanding isn’t that hard to avoid. It is a mystery why scientists keep flunking it. In an added twist of diabolical irony, the very article published to explicitly demolish the misunderstanding is often cited in support of it!

I am thinking of the so-called Dogma central de la biología molecular, a statement about the information flow between DNA, RNA and protein. It was published in 1958 by Francis Crick, co-discoverer of the double-helical structure of DNA, Nobel Prize laureate 1962 and a true giant of 20th century science.

The misunderstanding of the Central Dogma can be stated in different ways. It is claimed that, e.g.:

  • The Central Dogma is a simplification since there are now many known exceptions to it.
  • The presence of feed-back loops in cellular signalling invalidates it.
  • Phenomena such as non-coding RNA regulation and expression violate it.
  • It is largely valid for prokaryotes but not for eukaryotes due to the more complex genetic regulation in the latter.

All these statements are wrong. Not about the facts of the biological phenomena in themselves, but in the claim that they affect the Central Dogma.

What does the Central Dogma say? Here is the full statement from Crick’s 1958 paper (Symp. Soc. Exp. Biol. 1958, vol 12, pp 138-163):

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 means here the preciso determination of sequence, either of bases in the nucleic acid or of amino acid residues in the protein.

It is important to note that as stated here, the Central Dogma is even today exactly correct! Nothing in this statement has been shown to be wrong.

Incidentally, the paper containing the first statement of the Central Dogma is a veritable fireworks of ideas, interpretations and hypotheses. It is a joy to read. It’s a snapshot of a scientific field at a time of fascinating confusion and progress. To be sure, it does put forth a number of hypotheses which have turned out to be either flatly wrong or subtly mistaken. But the Central Dogma is not one of those.

In 1970, Crick published a paper (Nature 1970, vol 227, issue 5258, pp 561-563) to explicitly combat widespread misconceptions of the Central Dogma. It is this paper that is so often cited in support of those very same mistaken interpretations of the Central Dogma that Crick tried to eradicate. Rarely has a brilliant scientific paper failed so miserably! Referring to a paper containing the misunderstanding, he wrote:

This is not the first time that the idea of the central dogma has been misunderstood, in one way or another. In this article I explain why the term was originally introduced, its true meaning, and state why I think that, properly understood, it is still an idea of fundamental importance.

And he illustrated the Central Dogma in the following way:

The essential message of this image is the absence of arrows from protein to either RNA, DNA or protein. Crick wrote:

These are the three transfers which the central dogma postulates never occur:

Protein -> Protein
Protein -> DNA
Protein -> RNA

Or, in other words, there is no enzyme that can be called a ”protein-directed reverse translatase” or ”reverse ribosome”, nor is there any ”protein-directed protein polymerase”. This holds perfectly and exactly true to this day.

What is the basis of the misunderstanding? Why do so many believe that the Central Dogma has been superseded? Basically, it’s a confusion of information flow in the cell with information flow from the sequences of DNA into RNA and protein.

The mistake consists in believing that the Central Dogma is about information flow in general in the cell. It is not. The Central Dogma is about the specific sequence information in DNA, which gets transformed into RNA and protein.

As soon as it became reasonably clear which roles DNA and protein played, neither Crick nor really anyone else ever considered that the information flow in the cell did not involve proteins affecting DNA expression. In fact, the notion that any knowledgeable scientist, let alone Francis Crick, could have believed that DNA expression can occur without being regulated directly or indirectly by the environment is, frankly, ludicrous.

I have recently come across several cases of misunderstandings of the Central Dogma in Ph.D. theses. In Sweden, a Ph.D. thesis in the biomedical sciences most often consists of 3-5 regular scientific papers, either already published in scientific journals, or in manuscript form intended for publication. In addition, the thesis also contains an introduction which puts the results of the regular scientific papers in perspective. This introduction often contains a brief overview of the fundamental facts of molecular biology and biochemistry. Its function is in part to show that the student understands the field in general. It is here the misunderstanding usually rears its ugly head.

I will here quote from a recent Ph.D. thesis which clearly shows the misunderstanding. The name of the author is uninteresting, since I am concerned about the general phenomenon, not the individual scientist.

The central dogma of molecular biology […] is often stated in its popular form as ”DNA is transcribed into RNA and RNA is translated into proteins in the ribosomes”. The dogma in this form postulates that the information flow in a cell is essentially a one way process […]

Exceptions to this central flow are however numerous […]

Moreover, may proteins called transcription factors [..] bind to the DNA and influence the rate of transcription of genes, thus modifying how information is read.

In this example, there is even an illustration showing ”a more realistic representation” than the Central Dogma. Which is incorrect, because Crick’s Central Dogma is still exactly right, and there is no need of a ”more realistic representation”. The basis of the misunderstanding is clearly present in the last sentence of the first paragraph, where it is claimed that ”the central dogma postulates that the information flow in the cell…”. Esto está mal. The Central Dogma does no such thing.

So how serious is this problem? In a rather simplistic exercise, I gathered a bunch of Ph.D. theses from 2009 to 2015 that were lying around at my place of work, SciLifeLab. In 9 of them, there was no mention of the Central Dogma, mostly because they focused on technology rather than basic science. In the remaining 8 thesis, 4 mention the Central Dogma and describe it correctly. The final 4 either get it completely wrong, or make statements that show evidence of the misunderstanding. Out of 16 (or 8, depending on how one sees it), 4 fail. That is not a very good statistic.

It should be noted that a possible explanation – that there is something wrong with the education leading up to the Ph.D. theses – does not seem likely. The pattern is not very consistent, so it is more likely that the young scientists have formed these views on their own. It would be interesting to figure out what the root cause is, but I have no idea how to do that.

What is the moral of this? It can be condensed into two rules:

  1. If you cite a paper, make sure that you have read it.
  2. Before making a judgement about a hypothesis, make sure you first understand it.

If you think morals is boring, then have a look at this wonderful film made in 1971 at Stanford, which illustrates how the ribosome acts to translate mRNA into protein, one of the transfers of sequence information allowed by the Central Dogma.

Addition: Casey Bergman (@caseybergman) made me aware of a blog post from 15 Jan 2007 by Laurence A. Moran which traces the origin of the misunderstanding all the way back to Jim Watson, of all people! He apparently messed up the vital distinction in the first edition of his textbook The Molecular Biology of the Gene (1965). And there are other textbooks that provide confusion on the subject as well. Sigh…

Correction: In the sentence ”In fact, the notion that…”, it now says ”without” rather than ”with”! Thanks James Gilbert for spotting!


Naturaleza, 226, 1198 (1970).

Temin, H. M., and Mizutani, S., Naturaleza, 226, 1211 (1970). This article contains the references to Dr Temin's earlier work dating back to 1963.

Baltimore, D., Naturaleza, 226, 1209 (1970). See also the brief account of Spiegelman's recent work on page 1202.

Crick, F. H. C., in Symp. Soc. Exp. Biol., The Biological Replication of Macromolecules, XII, 138 (1958).

Commoner, B., Naturaleza, 220, 334 (1968).

Fleischman, P., Naturaleza, 225, 30 (1970).

Hershey, A. D., Naturaleza, 226, 697 (1970).

McCarthy, B., and Holland, J. J., Proc. US Nat. Acad. Sci., 54, 880 (1965).

Gibbons, R. A., and Hunter, G. D., Naturaleza, 215, 1041 (1967).


Ver el vídeo: Dogma central biología molecular (Noviembre 2022).