От гена к белку

Информация, хранящаяся в гене, экспрессируется в два этапа: транскрипция копирует ДНК в РНК, а трансляция считывает эту РНК по трехбуквенным кодонам для сборки белка.

Definition

Экспрессия генов — это процесс, посредством которого нуклеотидная последовательность гена транскрибируется в РНК и, для белок-кодирующих генов, транслируется в полипептид, аминокислотная последовательность которого определяется кодонами в матричной РНК.

Scope

Эта тема охватывает транскрипцию и синтез матричной РНК, процессинг РНК у эукариот, включая сплайсинг, кэпирование и полиаденилирование, структуру и почти универсальность генетического кода с его триплетными кодонами, роль транспортной РНК и рибосомы в трансляции, а также стадии синтеза полипептидов. В ней прослеживается канонический путь экспрессии генов; регуляция того, когда и в какой степени ген экспрессируется, рассматривается в разделе «Регуляция генов».

Core questions

• Как РНК-полимераза транскрибирует ген и как обрабатывается транскрипт у эукариот?
• Какие свойства генетического кода позволяют шестидесяти четырем кодонам определять двадцать аминокислот и стоп-сигналы?
• Как транспортные РНК и рибосома транслируют последовательность кодонов в белок?
• Почему генетический код описывается как вырожденный и почти универсальный?

Key concepts

• Транскрипция и матричная РНК
• Процессинг РНК: сплайсинг, кэпирование, полиаденилирование
• Триплетный генетический код и кодон-антикодоновое спаривание
• Транспортная РНК, рибосомы и трансляция
• Вырожденность и почти универсальность кода

Mechanisms

РНК-полимераза синтезирует комплементарную РНК-копию матричной цепи; у эукариот первичный транскрипт кэпируется, сплайсируется для удаления интронов и полиаденилируется; зрелая матричная РНК затем считывается кодон за кодоном на рибосоме, где транспортные РНК доставляют аминокислоты, соответствующие каждому кодону посредством антикодонового спаривания, строя полипептид от стартового до стоп-кодона.

Clinical relevance

Понимание экспрессии объясняет, как мутации в кодирующих и сплайсинговых сайтах вызывают заболевания, лежит в основе мРНК-вакцин и антисмысловой терапии, а также служит основой для интерпретации того, как данное изменение последовательности влияет на белковый продукт.

History

Крик сформулировал адаптерную гипотезу и центральную догму в конце 1950-х годов, Ниренберг и Корана расшифровали генетический код в начале 1960-х годов, присвоив кодоны аминокислотам, а открытие расщепленных генов и сплайсинга РНК в 1977 году добавило этап процессинга, уникальный для эукариот.

Key figures

• Francis Crick
• Marshall Nirenberg
• Har Gobind Khorana
• Sydney Brenner

Seminal works

• crick1958

Frequently asked questions

Что означает, что генетический код вырожден?

Это означает, что большинство аминокислот кодируются более чем одним кодоном, поэтому несколько различных триплетов могут кодировать одну и ту же аминокислоту; эта избыточность защищает многие однонуклеотидные изменения от изменения белка.

В чем разница между транскрипцией и трансляцией?

Транскрипция копирует ДНК гена в комплементарную молекулу РНК, в то время как трансляция использует эту РНК в качестве матрицы для сборки белка, считывая последовательность в трехнуклеотидных кодонах на рибосоме.