Centrální dogma molekulární biologie 
Centrální dogma molekulární biologie

Molekulární biologie je oproti jiným vědám ještě mladice. Její „narození“ je spojováno především s výzkumem Johana Gregora Mendela, který publikoval v roce 1865 svoji studii zabývající se dědičností znaků u hrachu. Naprosto zlomový byl pro další vývoj molekulární biologie objev DNA v roce 1869, buněčné struktury nazvané Friedrichem Miescherem nuclein. Tento objev stál na počátku éry zkoumání genů na chromozomální úrovni (1). Vědci vedli vášnivé debaty o složení chromozomů a o tom, jaká z komponent chromozomu je skutečnou nositelkou dědičné informace. V té době dělila odpověď vědeckou společnost. DNA nebo proteiny? Ti, jenž vyzdvihovali na piedestal DNA byli na správné stopě. Díky experimentům vědeckého týmu Oswalda Averyho (2) postavených na základech experimentální práce Fredericka Griffitha bylo prokázáno, že je nositelkou genetické informace DNA (1,3)! Jak už to ale ve vědě bývá, jedna odpověď dala vzniknout nespočtu dalších otázek. Jaká je struktura DNA? Jak je v ní informace kódována? Jak je informace z DNA využita pro tvorbu proteinů?

Pro zodpovězení všech otázek bylo klíčové znát její strukturu. Touhu poznat tajemství DNA  probudila v mladém 23 letém zoologovi Jamesi Watsonovi přednáška na symposiu, kde poprvé spatřil snímky z difrakce rentgenových paprsků molekuly DNA získané Mauricem Wilkinsem a Rosalindou Franklin (4). Kromě tohoto momentu mu bylo osudové i setkání s Francisem Crickem s nímž společným úsilím sestavili (i když na první pokus neúspěšně), na základě snímků z difrakce rentgenových paprsků, model struktury DNA. V roce 1962 pak za svou práci obdrželi James Watson, Francis Crick a Maurice Wilkins Nobelovu cenu (4). 

Zajímavost: Francis Crick se začal biologii věnovat až ve svých 31 letech a své PhD. získal až o 7 let později v roce 1954 (5), takže klídek, času na PhD. a jiné radosti je ještě dost :D.   

Watson-Crickovský model DNA říká, že je molekula DNA tvořena 2 řetězci ve dvoušroubovici. Řetězce se skládají pouze ze tří hlavních komponent: z cukerné složky – ribózy, fosfátové skupiny a báze. V DNA se nachází pouze 4 báze, konkrétně adenin (A), tymin (T), cytosin (C) a guanin (G), přičemž spolu vzájemně páruje A s T a C s G. Oba řetězce jsou vzájemně komplementární, tzn. pokud známe sekvenci po sobě jdoucích bází jednoho vlákna, jsme schopni doplnit i sekvenci vlákna druhého (3). 

Odpovědi na další otázky pak již společně zodpovídá tzv. centrální dogma molekulární biologie. Tento pojem poprvé použil v roce 1958 Francis Crick (6,7). Stručně centrální dogma říká, že jakmile je jednou informace převedena do podoby proteinu, není cesty zpět (6). 

Jaký je tedy tok informací dle centrálního dogma? Pojďme se na odpověď podívat trošku jiným pohledem. A to pohledem z kuchyně. 

Proces přenosu informace z DNA ráda přirovnávám k procesu vaření. Představme si DNA jako velmi důležitou knihu plnou receptů (genů). Buňka chrání DNA smotanou v chromozomech před nežádoucím poškozením jejím uložením v jádře (knihovně). Vstup a výstup z jádra je povolen pouze „prověřeným“ molekulám a proteinům. Kuchařku z knihovny nelze vynášet ven, protože ji nechcete v kuchyni zapatlat a poškodit, přeci jen se jedná o soupis receptů (genů) přenášených z generace na generaci.  a informace v ní kódovaná je přepisována do podoby RNA v procesu transkripce. Recepty jsou proto z kuchařky okopírovávány (transkribovány) na „kus papíru“ resp. do molekuly mRNA. Molekula mRNA (okopírovaný recept) může vyputovat z jádra do cytoplazmy, kde již čekají ribozomy (neboli kuchaři). Ribozomy v procesu translace přečtou, co je uvedeno v receptu a „uvaří“ daný protein. Po „uvaření“ proteinu dle receptu je mRNA většinou relativně rychle degradována (1,3,7). Rychlost degradace mRNA záleží na její struktuře (3), ale o tom zase někdy příště. 

Do konceptu centrálního dogma „hodili vidle“ svým objevem v roce 1975 David Baltimore a Howard Martin Temin, kteří nezávisle na sobě objevili RNA viry schopné integrovat svoji genetickou informaci do DNA hostitelské buňky. V průběhu životního cyklu viru je virová RNA nejprve přepsána enzymem zvaným reverzní transkriptáza do podoby DNA a dále pomocí integrázy včleněna do genomu hostitele. Objevem reverzní transkriptázy bylo narušena původní struktura centrálního dogma a byl tak objeven tok informace „zpátečním směrem“ z RNA do DNA. V pravém slova smyslu byl tímto objevem koncept centrálního dogma rozšířen. Stále je ale jeho součástí nemožnost převádět informaci z proteinů zpět do RNA nebo DNA (3,6,8).

Stručně: Centrální dogma nám udává směr toku informace. Informace z DNA je neustále přepisována do podoby mRNA a následně je v procesu translace převáděna pomocí ribozomů do podoby proteinu. Centrální dogma bylo rozšířeno i o proces reverzní transkripce, při kterém je možné přepsat informaci z RNA do DNA.

Zajímavost: Samozřejmě lze „dostat povolení pro vstup do jádra“ i podvodem, což umí velmi dobře např. virus chřipky nebo virus HIV. 

Díky, že jste dočetli až sem!

Tak mějte krásný den!

Lucka

Zdroje:

1. Weaver, R. McGraw-Hill, 2012, 915 p.

2. Avery, O.T. et al. (1944). J Exp Med, 79, 137–158

3. Alberts, B. et al. W. W. Norton & Company, New York, NY London, 2022, 1552 p.

4. Watson, J. NobelPrize.org, https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1962/watson/biographical/

5. Crick, F. NobelPrize.org, https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1962/crick/biographical/

6. Ostrander, E. (2022). Genome.gov, https://www.genome.gov/genetics-glossary/Central-Dogma

7. Crick, F. (1970). Nature, 227, 561–563

8. The Nobel Prize 1975; NobelPrize.org, https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1975/summary/

Obrázky vytvořeny na Biorender.com. Kreslené obrázky a fotografie na pozadí jsou součástí licence stock.adobe.com.

0 komentáøù

Pøidat komentáø

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *