Dogma central de la biología molecular

Explicación del flujo de información genética dentro de un sistema biológico.

Este artículo necesita citas adicionales para su verificación . Por favor, ayuda a mejorar este artículo mediante la adición de citas de fuentes confiables . El material no obtenido puede ser cuestionado y eliminado. Encuentre fuentes:  "Dogma central de la biología molecular"  -  noticias  · periódicos  · libros  · académico  · JSTOR ( marzo de 2018 ) ( Aprenda cómo y cuándo eliminar este mensaje de plantilla )

El dogma central de la biología molecular es una explicación del flujo de información genética dentro de un sistema biológico. A menudo se dice que "el ADN produce ARN y el ARN produce proteínas", ^[1] aunque este no es su significado original. Fue declarado por primera vez por Francis Crick en 1957, ^{[2] [3]} luego publicado en 1958: ^{[4] [5]}

El dogma central. Esto indica que una vez que la "información" ha pasado a la proteína, no puede volver a salir. Más detalladamente, puede ser posible la transferencia de información de ácido nucleico a ácido nucleico, o de ácido nucleico a proteína, pero la transferencia de proteína a proteína o de proteína a ácido nucleico es imposible. Información significa aquí la determinación precisa de la secuencia, ya sea de bases en el ácido nucleico o de residuos de aminoácidos en la proteína.

Lo reafirmó en un artículo de Nature publicado en 1970: "El dogma central de la biología molecular se ocupa de la transferencia detallada de residuo por residuo de información secuencial . Afirma que dicha información no puede transferirse de una proteína a otra ni de nucleicos. ácido." ^[6]

Flujo de información en sistemas biológicos

Una segunda versión del dogma central es popular pero incorrecta. Esta es la vía simplista ADN → ARN → proteína publicada por James Watson en la primera edición de The Molecular Biology of the Gene (1965). La versión de Watson difiere de la de Crick porque Watson describe un proceso de dos pasos (ADN → ARN y ARN → proteína) como el dogma central. ^[7] Si bien el dogma, como lo declaró originalmente Crick, sigue siendo válido hoy, ^[6] la versión de Watson no lo es. ^[2]

El dogma es un marco para comprender la transferencia de información secuencial entre biopolímeros portadores de información , en el caso más común o general, en organismos vivos . Hay 3 clases principales de dichos biopolímeros: ADN y ARN (ambos ácidos nucleicos) y proteína . Hay 3 × 3 = 9transferencias directas concebibles de información que pueden ocurrir entre estos. El dogma los clasifica en 3 grupos de 3: tres transferencias generales (que se cree que ocurren normalmente en la mayoría de las células), tres transferencias especiales (que se sabe que ocurren, pero solo bajo condiciones específicas en el caso de algunos virus o en un laboratorio) y tres transferencias desconocidas. transferencias (se cree que nunca ocurren). Las transferencias generales describen el flujo normal de información biológica: el ADN se puede copiar en el ADN ( replicación del ADN ), la información del ADN se puede copiar en el ARNm ( transcripción ) y las proteínas se pueden sintetizar utilizando la información del ARNm como plantilla ( traducción ). Las transferencias especiales describen: ARN copiado de ARN ( replicación de ARN), El ADN se sintetiza utilizando una plantilla de ARN ( transcripción inversa ) y las proteínas se sintetizan directamente a partir de una plantilla de ADN sin el uso de ARNm . Las transferencias desconocidas describen: una proteína que se copia de una proteína, la síntesis de ARN utilizando la estructura primaria de una proteína como plantilla y la síntesis de ADN utilizando la estructura primaria de una proteína como plantilla; no se cree que esto ocurra de forma natural. ^[6]

Información de secuencia biológica

Artículo principal: Estructura primaria

Los biopolímeros que comprenden ADN, ARN y (poli) péptidos son polímeros lineales (es decir, cada monómero está conectado como máximo a otros dos monómeros). La secuencia de sus monómeros codifica información de forma eficaz. Las transferencias de información descritas por el dogma central idealmente son transferencias deterministas fieles, en las que la secuencia de un biopolímero se usa como plantilla para la construcción de otro biopolímero con una secuencia que depende completamente de la secuencia del biopolímero original. Cuando el ADN se transcribe en ARN, su complemento se empareja con él. Los códigos de ADN A, G, T y C se transfieren a los códigos de ARN U, C, A y G, respectivamente. La codificación de proteínas se realiza en grupos de tres, conocidos como codones. según la tabla.

ADN a ARN a aminoácidos

Transferencias generales de información secuencial biológica

Cuadro de las tres clases de transferencia de información sugeridas por el dogma

General	Especial	Desconocido
ADN → ADN	ARN → ADN	proteína → ADN
ADN → ARN	ARN → ARN	proteína → ARN
ARN → proteína	ADN → proteína	proteína → proteína

Replicaciones de ADN

Artículos principales: replicación del ADN y replisoma

En el sentido de que la replicación del ADN debe ocurrir si se va a proporcionar material genético para la progenie de cualquier célula, ya sea somática o reproductiva , la copia del ADN al ARN es posiblemente el paso fundamental en el dogma central. Un grupo complejo de proteínas llamado replisoma realiza la replicación de la información de la cadena madre a la cadena hija complementaria. ^[8]

El replisoma comprende:

• una helicasa que desenrolla la superhélice y la hélice de ADN de doble hebra para crear una bifurcación de replicación ^[8]
• Proteína SSB que se une al ADN de doble hebra para evitar que se vuelva a asociar ^[8]
• Primasa de ARN que agrega un cebador de ARN complementario a cada hebra de plantilla como punto de partida para la replicación ^[8]
• ADN polimerasa III que lee la cadena de plantilla existente desde su extremo 3 'hasta su extremo 5' y agrega nuevos nucleótidos complementarios desde el extremo 5 'hasta el extremo 3' de la cadena hija ^[8]
• ADN polimerasa I que elimina los cebadores de ARN y los reemplaza con ADN ^[8]
• ADN ligasa que une los dos fragmentos de Okazaki con enlaces fosfodiéster para producir una cadena continua ^[8]

Este proceso generalmente tiene lugar durante la fase S del ciclo celular .

Transcripción

Artículo principal: Transcripción (genética)

La transcripción es el proceso mediante el cual la información contenida en una sección de ADN se replica en forma de una pieza recién ensamblada de ARN mensajero (ARNm). Las enzimas que facilitan el proceso incluyen la ARN polimerasa y los factores de transcripción . En las células eucariotas , la transcripción primaria es pre-ARNm . El pre-ARNm debe procesarse para que proceda la traducción. El procesamiento incluye la adición de una tapa 5 ' y una cola poli-A a la cadena de pre-ARNm, seguida de empalme . Splicing alternativoocurre cuando es apropiado, aumentando la diversidad de las proteínas que puede producir cualquier ARNm. El producto de todo el proceso de transcripción (que comenzó con la producción de la cadena pre-mRNA) es una cadena de mRNA madura.

Traducción

Artículo principal: Traducción (genética)

El ARNm maduro llega a un ribosoma , donde se traduce . En las células procariotas , que no tienen compartimento nuclear, los procesos de transcripción y traducción pueden unirse sin una separación clara. En las células eucariotas , el sitio de transcripción (el núcleo celular ) generalmente está separado del sitio de traducción (el citoplasma ), por lo que el ARNm debe ser transportado fuera del núcleo al citoplasma, donde puede unirse a los ribosomas. El ribosoma lee los codones del triplete de ARNm , generalmente comenzando con un AUG ( adenina - uracilo - guanina ) o iniciador.codón de metionina aguas abajo del sitio de unión del ribosoma . Los complejos de factores de iniciación y factores de elongación llevan los ARN de transferencia aminoacilados (ARNt) al complejo ribosoma-ARNm, haciendo coincidir el codón del ARNm con el anti-codón del ARNt. Cada ARNt lleva el residuo de aminoácido apropiado para agregar a la cadena polipeptídica que se sintetiza. A medida que los aminoácidos se unen a la cadena de péptidos en crecimiento, la cadena comienza a plegarse en la conformación correcta. La traducción termina con un codón de terminación que puede ser un triplete UAA, UGA o UAG.

El ARNm no contiene toda la información para especificar la naturaleza de la proteína madura. La cadena polipeptídica naciente liberada del ribosoma comúnmente requiere un procesamiento adicional antes de que emerja el producto final. Por un lado, el proceso de plegado correcto es complejo y de vital importancia. Para la mayoría de las proteínas, se requieren otras proteínas acompañantes para controlar la forma del producto. Algunas proteínas luego extirpan segmentos internos de sus propias cadenas de péptidos, empalmando los extremos libres que bordean el espacio; en tales procesos, las secciones internas "descartadas" se denominan inteins . Otras proteínas deben dividirse en múltiples secciones sin empalmar. Algunas cadenas polipeptídicas deben reticularse y otras deben unirse a cofactores. como haem (hem) antes de que sean funcionales.

Transferencias especiales de información secuencial biológica

Transcripción inversa

Flujos inusuales de información resaltados en verde

Artículo principal: transcripción inversa

La transcripción inversa es la transferencia de información del ARN al ADN (lo contrario de la transcripción normal). Se sabe que esto ocurre en el caso de retrovirus , como el VIH , así como en eucariotas , en el caso de retrotransposones y síntesis de telómeros . Es el proceso por el cual la información genética del ARN se transcribe en ADN nuevo. La familia de enzimas que participan en este proceso se llama transcriptasa inversa .

Replicación de ARN

Artículo principal: ARN polimerasa dependiente de ARN

La replicación del ARN es la copia de un ARN a otro. Muchos virus se replican de esta manera. Las enzimas que copian ARN en ARN nuevo, denominadas ARN polimerasas dependientes de ARN , también se encuentran en muchos eucariotas donde participan en el silenciamiento del ARN . ^[9]

La edición de ARN , en la que una secuencia de ARN es alterada por un complejo de proteínas y un "ARN guía", también podría verse como una transferencia de ARN a ARN.

Traducción directa de ADN a proteína

Se ha demostrado la traducción directa de ADN a proteína en un sistema sin células (es decir, en un tubo de ensayo), utilizando extractos de E. coli que contenían ribosomas, pero no células intactas. Estos fragmentos de células podrían sintetizar proteínas a partir de plantillas de ADN monocatenarias aisladas de otros organismos (p. Ej., Ratón o sapo), y se descubrió que la neomicina mejora este efecto. Sin embargo, no estaba claro si este mecanismo de traducción correspondía específicamente al código genético. ^{[10] [11]}

Transferencias de información no cubiertas explícitamente en la teoría

Modificación postraduccional

Artículo principal: modificación postraduccional

Una vez que las secuencias de aminoácidos de las proteínas se han traducido a partir de las cadenas de ácidos nucleicos, pueden editarse mediante las enzimas apropiadas. Aunque esta es una forma de proteína que afecta la secuencia de proteínas, no cubierta explícitamente por el dogma central, no hay muchos ejemplos claros en los que los conceptos asociados de los dos campos tengan mucho que ver entre sí.

Inteins

Artículo principal: Intein

Una inteína es un segmento "parasitario" de una proteína que es capaz de escindirse de la cadena de aminoácidos a medida que emergen del ribosoma y unir las porciones restantes con un enlace peptídico de tal manera que la "columna vertebral" de la proteína principal lo hace. no desmoronarse. Este es el caso de una proteína que cambia su propia secuencia primaria de la secuencia codificada originalmente por el ADN de un gen. Además, la mayoría de las inteínas contienen una endonucleasa autodirigida o dominio HEG que es capaz de encontrar una copia del gen original que no incluye la secuencia de nucleótidos de la inteína. Al entrar en contacto con la copia libre de inteína, el dominio HEG inicia la reparación de rotura bicatenaria del ADN.mecanismo. Este proceso hace que la secuencia de inteína se copie del gen fuente original al gen libre de inteína. Este es un ejemplo de proteína que edita directamente la secuencia de ADN, además de aumentar la propagación hereditaria de la secuencia.

Metilación

Artículo principal: Epigenética

La variación en los estados de metilación del ADN puede alterar significativamente los niveles de expresión génica . La variación de metilación suele producirse mediante la acción de las ADN metilasas . Cuando el cambio es hereditario, se considera epigenético . Cuando el cambio en el estado de la información no es heredable, sería un epítipo somático . El contenido de información efectivo se ha modificado mediante las acciones de una proteína o proteínas sobre el ADN, pero la secuencia primaria del ADN no se altera.

Priones

Artículo principal: Prion

Los priones son proteínas de secuencias de aminoácidos particulares en conformaciones particulares. Se propagan en las células hospedadoras al realizar cambios conformacionales en otras moléculas de proteína con la misma secuencia de aminoácidos, pero con una conformación diferente que es funcionalmente importante o perjudicial para el organismo. Una vez que la proteína se ha transformado en el plegamiento de priones, cambia de función. A su vez, puede transmitir información a nuevas células y reconfigurar moléculas más funcionales de esa secuencia en la forma priónica alternativa. En algunos tipos de priones en hongos este cambio es continuo y directo; el flujo de información es Proteína → Proteína.

Algunos científicos como Alain E. Bussard y Eugene Koonin han argumentado que la herencia mediada por priones viola el dogma central de la biología molecular. ^{[12] [13]} Sin embargo, Rosalind Ridley en Molecular Pathology of the Prions (2001) ha escrito que "La hipótesis de los priones no es herética para el dogma central de la biología molecular: que la información necesaria para fabricar proteínas está codificada en la secuencia de nucleótidos de ácido nucleico, porque no afirma que las proteínas se replican. Más bien, afirma que hay una fuente de información dentro de las moléculas de proteínas que contribuye a su función biológica, y que esta información puede transmitirse a otras moléculas ". ^[14]

Ingeniería genética natural

James A. Shapiro sostiene que un superconjunto de estos ejemplos debería clasificarse como ingeniería genética natural y son suficientes para falsificar el dogma central. Si bien Shapiro ha recibido una audiencia respetuosa por su punto de vista, sus críticos no han estado convencidos de que su lectura del dogma central esté en línea con lo que Crick pretendía. ^{[15] [16]}

Uso del término dogma

En su autobiografía , What Mad Pursuit , Crick escribió sobre su elección de la palabra dogma y algunos de los problemas que le causó:

"Llamé a esta idea el dogma central, por dos razones, sospecho. Ya había usado la palabra obvia hipótesis en la hipótesis de la secuencia , y además quería sugerir que esta nueva suposición era más central y más poderosa ... Al final resultó que, el uso de la palabra dogma causó casi más problemas de los que valía. Muchos años después, Jacques Monod me señaló que yo no parecía entender el uso correcto de la palabra dogma, que es una creencia que no puede dudar . Lo comprendí de una manera vaga, pero como pensaba que todo las creencias religiosas no tenían fundamento, utilicé la palabra de la forma en que yo mismo pensaba sobre ella, no como lo hace la mayor parte del mundo, y simplemente la apliqué a una gran hipótesis que, por plausible que fuera, tenía poco apoyo experimental directo ".

Del mismo modo, Horace Freeland Judson registra en El octavo día de la creación : ^[17]

"Mi mente era, que un dogma era una idea para la cual no había evidencia razonable . ¡¿Ves ?!" Y Crick soltó un rugido de alegría. "Simplemente no sabía lo que significaba dogma . Y también podría haberlo llamado la 'Hipótesis Central', o ... ya sabes. Que es lo que quería decir. Dogma era solo un eslogan".

Comparación con la barrera de Weismann

En August Weismann 's germoplasma teoría, el material hereditario, el plasma germinal, se limita a las gónadas . Las células somáticas (del cuerpo) se desarrollan de nuevo en cada generación a partir del plasma germinativo. Pase lo que pase con esas células no afectará a la próxima generación.

La barrera de Weismann, propuesta por August Weismann en 1892, distingue entre los linajes de células germinales "inmortales" (el plasma germinal ) que producen gametos y las células somáticas "desechables". La información hereditaria se mueve solo de las células de la línea germinal a las células somáticas (es decir, las mutaciones somáticas no se heredan). Esto, antes del descubrimiento del papel o la estructura del ADN, no predice el dogma central, pero anticipa su visión de la vida centrada en los genes, aunque en términos no moleculares. ^{[18] [19]}

Ver también

• La vida
• Biología Celular)
• División celular
• gene
• la expresion genica
• Epigenética
• Genoma
• Splicing alternativo
• Codigo genetico
• Riboswitch

Referencias

1. Leavitt SA (junio de 2010). "Descifrando el código genético: Marshall Nirenberg" . Oficina de Historia de los NIH. Archivado desde el original el 17 de marzo de 2015 . Consultado el 2 de marzo de 2012 .
2. Cobb M (septiembre de 2017). "Hace 60 años, Francis Crick cambió la lógica de la biología" . PLOS Biología . 15 (9): e2003243. doi : 10.1371 / journal.pbio.2003243 . PMC 5602739 . PMID 28922352 .  
3. "Repositorio de archivos CSHL | Sobre la síntesis de proteínas" . libgallery.cshl.edu . Consultado el 13 de noviembre de 2018 .
4. Crick FH (1958). "Sobre la síntesis de proteínas". En FK Sanders (ed.). Simposios de la Sociedad de Biología Experimental, Número XII: La replicación biológica de macromoléculas . Prensa de la Universidad de Cambridge. págs. 138-163.
5. Crick, Francis. HC (1958). "Sobre la síntesis de proteínas" . Simposios de la Sociedad de Biología Experimental . Simposio sobre la Sociedad de Biología Experimental número XII: La replicación biológica de las macromoléculas. 12 . pag. 153. PMID 13580867 . 
6. Crick F (agosto de 1970). "Dogma central de la biología molecular" (PDF) . Naturaleza . 227 (5258): 561–3. Código Bibliográfico : 1970Natur.227..561C . doi : 10.1038 / 227561a0 . PMID 4913914 . S2CID 4164029 .   
7. Moran LA (15 de enero de 2007). "Sandwalk: conceptos básicos: el dogma central de la biología molecular" . sandwalk.blogspot.com . Consultado el 17 de marzo de 2018 .
8. Yao NY, O'Donnell M (junio de 2010). "Instantánea: El replisome" . Celular . 141 (6): 1088–1088.e1. doi : 10.1016 / j.cell.2010.05.042 . PMC 4007198 . PMID 20550941 .  
9. Ahlquist P (mayo de 2002). "Polimerasas de ARN dependientes de ARN, virus y silenciamiento de ARN". Ciencia . 296 (5571): 1270–3. Código Bibliográfico : 2002Sci ... 296.1270A . doi : 10.1126 / science.1069132 . PMID 12016304 . S2CID 42526536 .  
10. McCarthy BJ, Holland JJ (septiembre de 1965). "ADN desnaturalizado como plantilla directa para la síntesis de proteínas in vitro" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 54 (3): 880–6. Código Bibliográfico : 1965PNAS ... 54..880M . doi : 10.1073 / pnas.54.3.880 . PMC 219759 . PMID 4955657 .  
11. . Uzawa T, Yamagishi A, Oshima T (junio de 2002). "Síntesis de polipéptidos dirigida por ADN como mensajero en la síntesis de polipéptidos libres de células por termófilos extremos, Thermus thermophilus HB27 y Sulfolobus tokodaii cepa 7". Revista de bioquímica . 131 (6): 849–53. doi : 10.1093 / oxfordjournals.jbchem.a003174 . PMID 12038981 . 
12. Bussard AE (agosto de 2005). "¿Una revolución científica? La anomalía priónica puede desafiar el dogma central de la biología molecular" . Informes EMBO . 6 (8): 691–4. doi : 10.1038 / sj.embor.7400497 . PMC 1369155 . PMID 16065057 .  
13. Koonin EV (agosto de 2012). "¿Sigue en pie el dogma central?" . Biology Direct . 7 : 27. doi : 10.1186 / 1745-6150-7-27 . PMC 3472225 . PMID 22913395 .  
14. Ridley R (2001). "¿Qué habría hecho Thomas Henry Huxley de las enfermedades priónicas?". En Baker HF (ed.). Patología molecular de los priones . Métodos en Medicina Molecular. Prensa Humana. pp.  1 -16. ISBN 0-89603-924-2.
15. Wilkins AS (enero de 2012). "(Revisión) Evolución: una mirada desde el siglo XXI" . Biología y evolución del genoma . 4 (4): 423–426. doi : 10.1093 / gbe / evs008 . PMC 3342868 . 
16. Moran LA (mayo-junio de 2011). "(Revisión) Evolución: una mirada desde el siglo XXI" . Informes del Centro Nacional de Educación Científica . 32,3 (9): 1–4. Archivado desde el original el 15 de septiembre de 2013 . Consultado el 27 de octubre de 2012 .
17. Judson HF (1996). "Capítulo 6: Mi mente era, que un dogma era una idea para la cual no había evidencia razonable . ¿Ves? ". El octavo día de la creación: creadores de la revolución en biología (edición del 25 aniversario). Cold Spring Harbor, Nueva York: Cold Spring Harbor Laboratory Press. ISBN 978-0-87969-477-7.
18. De Tiège A, Tanghe K, Braeckman J, Van de Peer Y (enero de 2014). "Del ADN al NA-centrismo y las condiciones para el gen-centrismo revisadas". Biología y Filosofía . 29 (1): 55–69. doi : 10.1007 / s10539-013-9393-z . S2CID 85866639 . 
19. Turner JS (2013). Henning BG, Scarfe AC (eds.). Segunda ley de la biología: homeostasis, propósito y deseo . Más allá del mecanismo: devolver la vida a la biología . Rowman y Littlefield. pag. 192. ISBN 978-0-7391-7436-4. Donde Weismann diría que es imposible que los cambios adquiridos durante la vida de un organismo se retroalimenten sobre los rasgos transmisibles en la línea germinal, el CDMB ahora agregó que era imposible que la información codificada en proteínas se retroalimentara y afectara la información genética en cualquier forma. , que fue esencialmente una refundición molecular de la barrera de Weismann.

Lectura adicional

• Bussard AE (agosto de 2005). "¿Una revolución científica? La anomalía priónica puede desafiar el dogma central de la biología molecular" . Informes EMBO . 6 (8): 691–4. doi : 10.1038 / sj.embor.7400497 . PMC  1369155 . PMID  16065057 .
• Baker, Harry F. (2001). Patología molecular de los priones (métodos en medicina molecular) . Prensa Humana. ISBN 0-89603-924-2 
• Li JJ, Biggin MD (marzo de 2015). "Expresión genética. Estadística recantita el dogma central" . Ciencia . 347 (6226): 1066–7. Código Bibliográfico : 2015Sci ... 347.1066L . doi : 10.1126 / science.aaa8332 . PMID  25745146 .
• Piras V, Tomita M, Selvarajoo K (2012). "¿Es el dogma central una propiedad global del flujo de información celular?" . Fronteras en fisiología . 3 : 439. doi : 10.3389 / fphys.2012.00439 . PMC  3505008 . PMID  23189060 .
• Robinson VL (2009). "Repensar el dogma central: los ARN no codificantes son biológicamente relevantes". Oncología Urológica . 27 (3): 304–6. doi : 10.1016 / j.urolonc.2008.11.004 . PMID  19414118 .

Enlaces externos

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con el dogma central de la biología molecular .

• La elaboración del dogma central - Scitable: educación por naturaleza
• Animación del dogma central de RIKEN - NatureDocumentaries.org
• Discusión sobre los desafíos al "dogma central de la biología molecular"
• Explicación del dogma central utilizando una analogía musical
• "Francis Harry Compton Crick (1916-2004)" de A. Andrei en la Enciclopedia del Proyecto Embryo