سنترال دوگما

اصل مرکزی زیست‌شناسی مولکولی (Central Dogma of Molecular Biology)
اصل مرکزی زیست‌شناسی مولکولی با جریان اطلاعات ژنتیکی در درون یک سیستم زیستی سروکار دارد. اغلب به این شکل بیان می‌شود:

« DNA  ، RNA را می‌سازد و RNA، پروتئین را می‌سازد»

هرچند این بیان، معنای اصلی اصل مرکزی نیست. فرانسیس کریک برای اولین بار این اصل را در سال ۱۹۵۷ مطرح کرد [2][3] و سپس در سال ۱۹۵۸ منتشر کرد [4][5]:

اصل مرکزی بیان می‌کند که وقتی «اطلاعات» وارد پروتئین شد، دیگر نمی‌تواند از آن خارج شود. به بیان دقیق‌تر، انتقال اطلاعات از اسید نوکلئیک به اسید نوکلئیک یا از اسید نوکلئیک به پروتئین ممکن است، اما انتقال از پروتئین به پروتئین یا از پروتئین به اسید نوکلئیک غیرممکن است. اطلاعات در اینجا به معنی تعیین دقیق توالی، چه توالی بازهای اسید نوکلئیک و چه توالی اسیدهای آمینه در پروتئین است.

او دوباره در مقاله‌ای در مجله Nature در سال ۱۹۷۰ این اصل را به این شکل بازگو کرد:

«اصل مرکزی زیست‌شناسی مولکولی با انتقال جز به جز و دقیق اطلاعات توالی سروکار دارد و بیان می‌کند که این اطلاعات نمی‌تواند از پروتئین به پروتئین یا اسید نوکلئیک بازگردانده شود.» [6]

یک نسخه دوم از اصل مرکزی رایج اما نادرست است. این نسخه ساده‌شده که به شکل مسیر DNA → RNA → پروتئین مطرح می‌شود، اولین‌بار توسط جیمز واتسون در چاپ اول کتاب «زیست‌شناسی مولکولی ژن» (1965) منتشر شد. نسخه واتسون با نسخه کریک متفاوت است زیرا واتسون این فرآیند دو مرحله‌ای (DNA → RNA / RNA → پروتئین) را اصل مرکزی معرفی کرده است. در حالی که اصل مرکزی همان‌طور که کریک مطرح کرده همچنان معتبر است ، نسخه واتسون معتبر نیست. 

اطلاعات توالی زیستی

بیوپلیمرهایی که DNA، RNA و (پلی)پپتیدها را تشکیل می‌دهند، هترپلیمرهای خطی هستند (یعنی هر مونومر حداکثر با دو مونومر دیگر متصل می‌شود). توالی این مونومرها به‌طور مؤثر حاوی اطلاعات است.
انتقال اطلاعات از یک مولکول به مولکول دیگر، انتقالی دقیق و قطعی است، به‌طوری‌که توالی یک بیوپلیمر به‌عنوان قالبی برای ساخت یک بیوپلیمر دیگر با توالی‌ای کاملاً وابسته به توالی بیوپلیمر اصلی عمل می‌کند.

وقتی DNA به RNA رونویسی می‌شود، مکمل آن با آن جفت می‌شود. کدهای DNA به‌صورت مکمل به کدهای RNA منتقل می‌شوند. رمزگذاری پروتئین‌ها در گروه‌های سه‌تایی به نام کدون (Codon) انجام می‌شود. جدول استاندارد کدون‌ها برای انسان‌ها و پستانداران اعمال می‌شود، اما برخی موجودات دیگر (از جمله میتوکندری‌های انسانی [9]) از ترجمه‌های متفاوتی استفاده می‌کنند.

انتقال کلی اطلاعات توالی زیستی

تصویر فرانسیس کریک در سال ۱۹۵۸ که انواع انتقال اطلاعات را نشان می‌دهد.

تکثیر DNA

از آنجا که تکثیر DNA باید برای تأمین مواد ژنتیکی برای فرزندان هر سلولی (چه سلول سوماتیک و چه سلول‌های تولیدمثلی) انجام شود، می‌توان گفت کپی‌برداری از DNA به DNA گام اساسی در انتقال اطلاعات است.
یک گروه پیچیده از پروتئین‌ها به نام Replisome، تکثیر اطلاعات از رشته والد به رشته دختر مکمل را انجام می‌دهد.

رونویسی (Transcription)

رونویسی فرآیندی است که طی آن اطلاعات موجود در بخشی از DNA به‌صورت یک قطعه جدید از RNA پیام‌رسان (mRNA) کپی می‌شود.
آنزیم‌هایی که این فرآیند را تسهیل می‌کنند شامل RNA پلیمراز و فاکتورهای رونویسی هستند.
در سلول‌های یوکاریوت، رونویسی اولیه به‌عنوان pre-mRNA تولید می‌شود. برای ادامه ترجمه، pre-mRNA باید پردازش شود.
این پردازش شامل افزودن یک کلاهک ۵’ (5' cap) و یک دُم پلی-A به زنجیره pre-mRNA و سپس اسپلیسینگ (حذف اینترون‌ها) است.
اسپلیسینگ جایگزین (Alternative Splicing) زمانی که لازم باشد انجام می‌شود و باعث افزایش تنوع پروتئین‌هایی می‌شود که هر mRNA می‌تواند تولید کند.

محصول کل فرآیند رونویسی (که با تولید زنجیره pre-mRNA آغاز شد)، یک زنجیره mRNA بالغ است.

ترجمه (Translation)

mRNA بالغ راه خود را به سمت ریبوزوم پیدا می‌کند، جایی که ترجمه انجام می‌شود.
در سلول‌های پروکاریوتی که فاقد بخش هسته هستند، فرآیندهای رونویسی و ترجمه می‌توانند به‌طور همزمان و بدون جدایی مشخص انجام شوند.
اما در سلول‌های یوکاریوتی، محل رونویسی (هسته سلول) معمولاً از محل ترجمه (سیتوپلاسم) جداست، بنابراین mRNA باید از هسته به سیتوپلاسم منتقل شود، جایی که می‌تواند توسط ریبوزوم‌ها شناسایی و متصل شود.

ریبوزوم کدون‌های سه‌تایی mRNA را می‌خواند، که معمولاً با کدون AUG (آدنین-یوراسیل-گوانین) یا کدون آغازگر متیونین که بعد از محل اتصال ریبوزوم قرار دارد، آغاز می‌شود. کمپلکس‌های فاکتورهای آغازگر (Initiation Factors) و فاکتورهای طویل‌کننده (Elongation Factors) tRNAهای آمینواسیددار (aminoacylated tRNAs) را به کمپلکس ریبوزوم-mRNA می‌آورند و کدون موجود در mRNA را با آنتی‌کدون موجود در tRNA جفت می‌کنند.

هر tRNA حامل اسید آمینه مناسب برای اضافه شدن به زنجیره پلی‌پپتیدی در حال ساخته شدن است.
با پیوستن اسیدهای آمینه به زنجیره پلی‌پپتیدی در حال رشد، زنجیره شروع به تا شدن به شکل صحیح خود می‌کند.
ترجمه با رسیدن به یک کدون پایان که می‌تواند یکی از سه‌تایی‌های UAA، UGA یا UAG باشد، به پایان می‌رسد.

mRNA حاوی تمام اطلاعات لازم برای تعیین ماهیت پروتئین بالغ نیست. زنجیره پلی‌پپتیدی تازه تولیدشده از ریبوزوم معمولاً نیاز به فرآیندهای پردازشی اضافی قبل از تبدیل شدن به محصول نهایی دارد.
از جمله، فرآیند تا شدن صحیح بسیار پیچیده و حیاتی است و برای اکثر پروتئین‌ها نیاز به پروتئین‌های کمکی (Chaperone) برای کنترل شکل نهایی دارد. برخی پروتئین‌ها سپس بخش‌های داخلی خود را از زنجیره پلی‌پپتیدی خارج کرده و دو انتهای آزاد را به هم متصل می‌کنند؛ این بخش‌های داخلی که حذف می‌شوند «این‌تین (Intein)» نام دارند. برخی پروتئین‌ها باید به بخش‌های متعددی تقسیم شوند بدون اینکه بهم متصل شوند. برخی زنجیره‌های پلی‌پپتیدی نیاز به پیوند عرضی دارند و برخی دیگر باید به کوفاکتورهایی مانند هم (heme) متصل شوند تا به‌صورت عملکردی درآیند.

انتقال‌های اضافی اطلاعات توالی زیستی

رونویسی معکوس (Reverse Transcription)

انتقال غیرمعمول اطلاعات با رنگ سبز مشخص شده است.

رونویسی معکوس به انتقال اطلاعات از RNA به DNA (برعکس رونویسی معمول) گفته می‌شود. این فرآیند در رتروویروس‌ها مانند HIV رخ می‌دهد، همچنین در یوکاریوت‌ها در رتروترانسپوزون‌ها و سنتز تلومر دیده می‌شود.
این فرآیندی است که در آن اطلاعات ژنتیکی از RNA به DNA جدید رونویسی می‌شود.
خانواده آنزیم‌هایی که در این فرآیند نقش دارند، «رونویسی معکوس (Reverse Transcriptase)» نامیده می‌شوند.

تکثیر RNA (RNA replication)

تکثیر RNA فرآیند کپی‌برداری از یک RNA به RNA دیگر است. بسیاری از ویروس‌ها به این روش تکثیر می‌شوند. آنزیم‌هایی که RNA را به RNA جدید کپی می‌کنند، «RNA-dependent RNA polymerase» نام دارند و در بسیاری از یوکاریوت‌ها نیز یافت می‌شوند، جایی که در فرآیند «خاموش‌سازی RNA (RNA silencing)» نقش دارند. [11]

ویرایش RNA (RNA editing) که در آن توالی RNA توسط مجموعه‌ای از پروتئین‌ها و یک «RNA راهنما (guide RNA)» تغییر می‌یابد، نیز می‌تواند به‌عنوان نوعی انتقال RNA به RNA در نظر گرفته شود.

فعالیت‌های غیرمرتبط با اصل مرکزی

اصل مرکزی زیست‌شناسی مولکولی بیان می‌کند که زمانی که اطلاعات توالی از اسید نوکلئیک به پروتئین منتقل شد، نمی‌تواند از پروتئین به اسید نوکلئیک بازگردد. برخی افراد معتقدند که فعالیت‌های زیر با اصل مرکزی در تضاد هستند:

اصلاحات پس از ترجمه (Post-translational modification)

پس از اینکه توالی اسید آمینه پروتئین‌ها از زنجیره‌های اسید نوکلئیک ترجمه شد، می‌تواند توسط آنزیم‌های مناسب ویرایش شود. این یک نوع اثر پروتئین بر توالی پروتئین است، نه انتقال اطلاعات از پروتئین به اسید نوکلئیک.

سنتز پپتید غیرریبوزومی (Nonribosomal peptide synthesis)

برخی پروتئین‌ها توسط سنتتازهای پپتید غیرریبوزومی (NRPS) ساخته می‌شوند که می‌توانند کمپلکس‌های پروتئینی بزرگی باشند و هر یک در سنتز یک نوع پپتید خاص تخصص دارند.
پپتیدهای غیرریبوزومی اغلب دارای ساختارهای حلقوی و/یا شاخه‌دار هستند و می‌توانند اسیدهای آمینه غیرپروتئوژنی (غیر استاندارد) داشته باشند، که این دو ویژگی آن‌ها را از پروتئین‌های ساخته‌شده توسط ریبوزوم متمایز می‌کند.
نمونه‌ای از پپتیدهای غیرریبوزومی برخی آنتی‌بیوتیک‌ها هستند.

این‌تین‌ها (Inteins)

این‌تین یک بخش «انگلی» از پروتئین است که قادر است خودش را از زنجیره اسید آمینه‌ها هنگام خروج از ریبوزوم خارج کند و بخش‌های باقی‌مانده را به‌گونه‌ای با پیوند پپتیدی به هم متصل کند که ساختار اصلی پروتئین از هم نپاشد.
این یک مثال از تغییر توالی اولیه پروتئین توسط خود پروتئین از توالی اصلی کدگذاری شده توسط DNA است.

علاوه بر این، اکثر این‌تین‌ها حاوی یک دامنه «اندونوکلئاز هومینگ (homing endonuclease) یا HEG» هستند که قادر به یافتن یک نسخه از ژن والد است که فاقد توالی نوکلئوتیدی این‌تین باشد.
هنگامی که با نسخه فاقد این‌تین تماس پیدا می‌کند، دامنه HEG مکانیزم ترمیم شکست دو رشته‌ای DNA را آغاز می‌کند. این فرآیند باعث می‌شود توالی این‌تین از ژن منبع اصلی به ژن فاقد این‌تین کپی شود.
این یک مثال از ویرایش مستقیم توالی DNA توسط پروتئین و همچنین افزایش انتشار ارثی این توالی است.

پریون‌ها (Prions)

پریون‌ها پروتئین‌هایی با توالی اسید آمینه خاص در ساختارهای فضایی خاص هستند.
آن‌ها با ایجاد تغییرات ساختاری در سایر مولکول‌های پروتئین با همان توالی اسید آمینه اما ساختار متفاوت، خود را در سلول‌های میزبان تکثیر می‌کنند، این ساختار متفاوت می‌تواند از نظر عملکردی برای ارگانیسم مهم یا مضر باشد.

زمانی که پروتئین به ساختار پریونی تبدیل می‌شود، عملکردش تغییر می‌کند. به‌نوبه خود، می‌تواند اطلاعات را به سلول‌های جدید منتقل کرده و مولکول‌های عملکردی بیشتری از آن توالی را به شکل پریونی تغییر دهد. در برخی انواع پریون در قارچ‌ها، این تغییر به‌صورت مستقیم و پیوسته است و جریان اطلاعات پروتئین → پروتئین خواهد بود.

برخی دانشمندان مانند Alain E. Bussard و Eugene Koonin معتقدند که وراثت توسط پریون‌ها با اصل مرکزی زیست‌شناسی مولکولی مغایرت دارد. [12][13]
با این حال، Rosalind Ridley در کتاب «آسیب‌شناسی مولکولی پریون‌ها» (2001) نوشته است:

«فرضیه پریون با اصل مرکزی زیست‌شناسی مولکولی – که اطلاعات لازم برای ساخت پروتئین‌ها در توالی نوکلئوتیدی اسید نوکلئیک رمزگذاری شده – مغایرت ندارد، زیرا ادعا نمی‌کند که پروتئین‌ها تکثیر می‌شوند، بلکه بیان می‌کند که منبعی از اطلاعات در داخل مولکول‌های پروتئین وجود دارد که در عملکرد زیستی آن‌ها نقش دارد و این اطلاعات می‌تواند به سایر مولکول‌ها منتقل شود.»

فرانسیس کریک در زندگی‌نامه خود با عنوان «چه پیگیری دیوانه‌واری» (What Mad Pursuit) درباره انتخاب واژه dogma و مشکلاتی که برای او ایجاد کرد، نوشته است:

«من این ایده را اصل مرکزی (Central Dogma) نامیدم، به دو دلیل، فکر می‌کنم. من قبلاً از واژه واضح فرضیه (hypothesis) در فرضیه توالی (sequence hypothesis) استفاده کرده بودم و علاوه بر این، می‌خواستم نشان دهم که این فرض جدید، مرکزی‌تر و قدرتمندتر است. ... همان‌طور که مشخص شد، استفاده از واژه dogma تقریباً دردسر بیشتری نسبت به ارزشش داشت. سال‌ها بعد، ژاک مونو (Jacques Monod) به من اشاره کرد که من ظاهراً استفاده صحیح از واژه dogma را درک نکرده‌ام، چرا که dogma به معنای باوری است که قابل تردید نیست. من این موضوع را به‌نوعی مبهم درک کرده بودم اما از آنجا که فکر می‌کردم همه باورهای مذهبی بی‌پایه هستند، واژه dogma را همان‌طور که خودم فکر می‌کردم، استفاده کردم، نه آن‌طور که بیشتر مردم جهان استفاده می‌کنند، و آن را به **یک فرضیه بزرگ اطلاق کردم که با وجود قابل قبول بودن، شواهد مستقیم تجربی کمی داشت.»

به‌طور مشابه، هوریس فریلند جادسون (Horace Freeland Judson) در کتاب روز هشتم آفرینش (The Eighth Day of Creation) ثبت کرده است: 

«برداشت من این بود که dogma یعنی ایده‌ای که هیچ مدرک معقولی برای آن وجود ندارد. متوجه می‌شوید؟!» و کریک با صدای بلند خندید. «من واقعاً نمی‌دانستم dogma چه معنایی دارد. و می‌توانستم به‌خوبی آن را "فرضیه مرکزی (Central Hypothesis)" بنامم، یا... می‌دانید. این همان چیزی بود که می‌خواستم بگویم. dogma فقط یک عبارت تبلیغاتی بود.»

مقایسه با سد ویسمان (Weismann barrier)

در نظریه پلاسم ژرم آگوست ویسمان (August Weismann)، مواد وراثتی، یعنی پلاسم ژرم (germ plasm)، محدود به غدد جنسی است. سلول‌های سوماتیک (سلول‌های بدن) در هر نسل به‌صورت تازه از پلاسم ژرم توسعه می‌یابند.
هر اتفاقی که برای این سلول‌ها (سلول‌های سوماتیک) بیفتد، بر نسل بعدی تأثیری ندارد.

سد ویسمان (Weismann barrier) که توسط آگوست ویسمان در سال 1892 پیشنهاد شد، بین دودمان‌های سلول‌های ژرمی «جاودانه» (پلاسم ژرم) که گامت‌ها را تولید می‌کنند و سلول‌های سوماتیک «قابل حذف» تمایز قائل می‌شود.
اطلاعات وراثتی فقط از سلول‌های ژرمی به سلول‌های سوماتیک منتقل می‌شود (یعنی جهش‌های سوماتیک به ارث نمی‌رسند).

این نظریه، قبل از کشف نقش یا ساختار DNA، اصل مرکزی زیست‌شناسی مولکولی را پیش‌بینی نمی‌کند، اما دیدگاه ژن-محور در مورد زندگی را که اصل مرکزی بر آن تأکید دارد، به شکلی غیرمولکولی و ابتدایی پیش‌بینی کرده است.

اصل مرکزی زیست‌شناسی مولکولی (Central Dogma of Molecular Biology)

اصل مرکزی زیست‌شناسی مولکولی یک مدل است که نحوه تبدیل اطلاعات ذخیره‌شده در DNA ما به یک محصول عملکردی، مانند پروتئین، را توصیف می‌کند.
این مدل برای اولین بار در سال ۱۹۵۸ توسط فرانسیس کریک (Francis Crick)، که ساختار DNA را به همراه واتسون کشف کرد، مطرح شد.

DNA ما دستورالعمل‌های ژنتیکی مورد نیاز سلول‌ها برای ساخت پروتئین‌ها را حمل می‌کند.
برای ساخت این پروتئین‌ها، سلول‌ها ابتدا دستورالعمل ژنتیکی خاص موجود در DNA را به یک مولکول پیام‌رسان به نام RNA کپی می‌کنند. سپس این RNA به محصول نهایی یعنی پروتئین تبدیل می‌شود. این فرآیند بیان ژن (Gene Expression) نامیده می‌شود.

اصل مرکزی، مدلی است که «جریان» اطلاعات ژنتیکی را توصیف می‌کند – اطلاعات ژنتیکی معمولاً از کد DNA به پیام‌رسان RNA و سپس به محصول نهایی یعنی پروتئین منتقل می‌شود.

بیان ژن (Gene Expression)

بیان ژن در دو مرحله رخ می‌دهد که رونویسی (Transcription) و ترجمه (Translation) نام دارند.

• رونویسی در داخل هسته سلول اتفاق می‌افتد. اطلاعات ژنتیکی DNA به پیام‌های کوچک و قابل حمل به نام RNA کپی می‌شود.

• RNA از هسته خارج می‌شود و این پیام‌ها را به ریبوزوم‌ها – کارخانه‌های تولید پروتئین سلول – می‌رساند.

• در طی ترجمه، ریبوزوم‌ها پیام‌های موجود در کد RNA را به محصول نهایی – که معمولاً یک پروتئین است – ترجمه می‌کنند.

اصل مرکزی (The Central Dogma)

اصل مرکزی بیان می‌کند که اطلاعات ژنتیکی در مسیرهای مشخصی جریان پیدا می‌کند:

✅ از DNA موجود برای ساخت DNA جدید (این فرآیند تکثیر DNA یا DNA replication نامیده می‌شود).
✅ از DNA برای ساخت RNA جدید (رونویسی یا Transcription).
✅ از RNA برای ساخت پروتئین‌های جدید (ترجمه یا Translation).

تصویری از جریان اطلاعات بین DNA، RNA و پروتئین

(این تصویر توسط Laura Olivares Boldú از Wellcome Connecting Science طراحی شده است.)

آیا «اصل مرکزی» همیشه صادق است؟

هرچند ترتیب رویدادهایی که در اصل مرکزی توصیف شده، برای عملکرد حیات ضروری است، اما این تنها جهتی نیست که اطلاعات ژنتیکی می‌تواند در آن جریان یابد.

به‌عنوان مثال، در رونویسی معکوس (Reverse Transcription)، اطلاعات ژنتیکی از RNA برای ساخت DNA جدید استفاده می‌شود. این فرآیند اغلب در رتروویروس‌ها (مانند HIV) رخ می‌دهد.

تا همین اواخر، دانشمندان فکر می‌کردند که RNA صرفاً مرحله واسط بین DNA و پروتئین است.
اما به لطف تحقیقات، اکنون بیشتر در مورد «RNAهای غیررمزگذار» (non-coding RNAs) یاد می‌گیریم. این RNAها از DNA کپی می‌شوند اما هرگز به پروتئین ترجمه نمی‌شوند. به نظر می‌رسد این RNAهای غیررمزگذار نقش مهمی در عملکرد سلول دارند و ما هنوز در حال یادگیری درباره آن‌ها هستیم.

همچنین RNA می‌تواند بخش‌های خاصی از اطلاعات ژنتیکی موجود در DNA را «خاموش کند»، در فرآیندی که تداخل RNA یا RNA interference نامیده می‌شود. 

اصل مرکزی زیست‌شناسی مولکولی (Central Dogma of Molecular Biology)

آخرین بروزرسانی: ۲۷ فوریه ۲۰۲۴

اصل مرکزی زیست‌شناسی مولکولی توسط فرانسیس کریک ارائه شد.
اصل مرکزی ژنتیک توضیح می‌دهد چگونه اطلاعات ژنتیکی از DNA به RNA و سپس به پروتئین‌ها در موجودات زنده جریان پیدا می‌کند.
این اصل چارچوبی را توصیف می‌کند که در آن اطلاعات ژنتیکی در یک سیستم زیستی جریان می‌یابد. اصل مرکزی مراحل متوالی انتقال اطلاعات ژنتیکی درون سلول را تشریح می‌کند.

در این مقاله، به‌طور کامل مراحل اصل مرکزی، عملکردها و کشفیات جدید مرتبط با آن را بررسی خواهیم کرد.

فهرست مطالب

• اصل مرکزی چیست؟

• مراحل اصل مرکزی

• اصل مرکزی – تکثیر (Replication)

• اصل مرکزی – رونویسی (Transcription)

• اصل مرکزی – ترجمه (Translation)

• عملکردهای DNA و RNA در اصل مرکزی

• کشفیات جدید در اصل مرکزی

• کد ژنتیکی

• نتیجه‌گیری

اصل مرکزی چیست؟

تعریف:
اصل مرکزی، یک نظریه خاص است که بیان می‌کند اطلاعات ژنتیکی فقط در یک جهت جریان می‌یابد، یعنی از DNA به RNA و سپس به پروتئین، یا مستقیماً از RNA به پروتئین.
به زبان ساده مسیر اصل مرکزی به این شکل است:

✅ DNA → RNA → پروتئین، یا
✅ DNA → RNA → پروتئین.

اصل مرکزی زیست‌شناسی مولکولی جریان اطلاعات ژنتیکی را این‌گونه توصیف می‌کند:
DNA تکثیر می‌شود، RNA کد ژنتیکی را رونویسی می‌کند و سپس پروتئین‌ها از طریق فرآیند ترجمه ساخته می‌شوند.
این اصل، فرآیندهای اساسی انتقال دستورالعمل‌های ژنتیکی در سلول‌های زنده را تشریح می‌کند.

اصل مرکزی یک فرآیند یک‌طرفه برای سنتز پروتئین است، که در آن DNA دستورالعمل‌های لازم برای ساخت یک محصول عملکردی (پروتئین) را با انتقال پیام ژنتیکی در خود دارد.

در این فرآیند:

• DNA تمام اطلاعات لازم برای ساخت پروتئین‌ها را در خود دارد.

• RNA به‌عنوان پیام‌رسان عمل کرده و اطلاعات را به ریبوزوم‌ها منتقل می‌کند.

• ریبوزوم‌ها کارخانه‌های سلول هستند که اطلاعات رمزگذاری‌شده را به پروتئین تبدیل می‌کنند.

مراحل اصل مرکزی

اصل مرکزی زیست‌شناسی مولکولی، جریان اطلاعات ژنتیکی را در یک سیستم زیستی تشریح می‌کند. مراحل کلیدی این اصل شامل موارد زیر است:

1️⃣ تکثیر (Replication):
فرآیندی که در آن DNA یک کپی مشابه از خود می‌سازد تا اطلاعات ژنتیکی را در هنگام تقسیم سلولی به نسل بعدی منتقل کند.

2️⃣ رونویسی (Transcription):
ساخت RNA (به‌ویژه mRNA) از روی قالب DNA. این مرحله در هسته سلول اتفاق می‌افتد و یک نسخه موقت از اطلاعات ژنتیکی برای سنتز پروتئین ایجاد می‌کند.

3️⃣ ترجمه (Translation):
فرآیندی که در آن اطلاعات رمزگذاری‌شده در mRNA برای ساخت پروتئین استفاده می‌شود. این فرآیند در ریبوزوم‌های سیتوپلاسم انجام می‌شود، جایی که tRNA اسیدهای آمینه را به ریبوزوم می‌آورد و زنجیره پلی‌پپتیدی ساخته می‌شود.

اصل مرکزی یک کشف انقلابی و مهم در زیست‌شناسی مولکولی بود، زیرا برای اولین بار تصویر روشنی از جریان اطلاعات از DNA تا فنوتیپ‌ها ارائه داد که با وراثت مرتبط است.

اصل مرکزی – تکثیر (Replication)

در این مرحله، DNA از خود کپی‌برداری می‌کند تا اطمینان حاصل شود که هر سلول دختر یک کپی مشابه از ماده ژنتیکی دریافت کند.

مراحل:

🔹 شروع (Initiation):
فرآیند تکثیر با باز شدن مارپیچ دوگانه DNA آغاز می‌شود. آنزیم‌هایی مانند هلیکاز DNA (DNA Helicase) در این فرآیند نقش دارند.

🔹 طویل‌سازی (Elongation):
DNA پلیمراز نوکلئوتیدها را به رشته‌های تک اضافه می‌کند و دو DNA مشابه ایجاد می‌شود. این فرآیند در جهت 5' به 3' انجام می‌شود.

🔹 پایان (Termination):
پس از کپی‌برداری از کل DNA، فرآیند تکثیر به پایان می‌رسد. در پایان، هر DNA شامل یک رشته قدیمی از DNA قبلی و یک رشته جدید سنتز شده است.

اصل مرکزی – رونویسی (Transcription)

رونویسی فرآیند سنتز mRNA از روی قالب DNA است.
RNA پلیمراز به ناحیه پروموتر DNA متصل می‌شود و یک رشته RNA مکمل با قوانین جفت‌سازی بازها (A-U، C-G) سنتز می‌کند.

مراحل:

🔹 شروع (Initiation):
RNA پلیمراز به ناحیه پروموتر DNA متصل می‌شود و رشته‌های DNA باز می‌شوند تا قالب نمایان شود.

🔹 طویل‌سازی (Elongation):
RNA پلیمراز نوکلئوتیدها را اضافه می‌کند و RNA مکمل را در جهت 5' به 3' می‌سازد و RNA رشد می‌کند.

🔹 پایان (Termination):
هنگامی که RNA پلیمراز به ناحیه پایان می‌رسد، رونویسی به پایان می‌رسد و RNA ساخته‌شده آزاد می‌شود و رشته‌های DNA دوباره به شکل مارپیچ دوگانه باز می‌گردند.

اصل مرکزی – ترجمه (Translation)

ترجمه فرآیندی است که در آن رشته mRNA به یک پروتئین خاص ترجمه می‌شود. این فرآیند در سیتوپلاسم و در ریبوزوم‌ها اتفاق می‌افتد. tRNA اسیدهای آمینه را طبق کدون‌های mRNA به ریبوزوم می‌آورد و اسیدهای آمینه به هم متصل می‌شوند تا زنجیره پلی‌پپتیدی ساخته شود.

مراحل:

🔹 شروع (Initiation):
مولکول‌های mRNA به زیرواحدهای ریبوزومی متصل می‌شوند و tRNA به‌عنوان آغازگر فرآیند با حمل اسیدهای آمینه به mRNA متصل می‌شود.

🔹 طویل‌سازی (Elongation):
tRNA به ترتیب اسیدهای آمینه را طبق کدون‌های mRNA به ریبوزوم می‌آورد و بین اسیدهای آمینه پیوند پپتیدی ایجاد می‌شود تا زنجیره پلی‌پپتیدی ساخته شود.

🔹 پایان (Termination):
زمانی که کدون پایان به mRNA می‌رسد، فرآیند به پایان می‌رسد و زنجیره پلی‌پپتیدی از ریبوزوم جدا می‌شود.

عملکردهای DNA و RNA در اصل مرکزی

عملکردهای DNA:

• ذخیره‌سازی اطلاعات ژنتیکی.

• در فرآیند تکثیر، به‌عنوان قالب برای ساخت یک کپی مشابه عمل می‌کند تا اطلاعات ژنتیکی به‌طور دقیق به سلول بعدی منتقل شود.

• در مرحله رونویسی، به‌عنوان مرکز فرماندهی برای سنتز پروتئین عمل می‌کند و قالب RNA را فراهم می‌کند.

عملکردهای RNA:

• در مرحله رونویسی، دستورالعمل‌های رمزگذاری شده در DNA را برای سنتز پروتئین حمل می‌کند.

• در مرحله ترجمه:

  • mRNA کدهای ژنتیکی را حمل می‌کند.

  • tRNA اسیدهای آمینه را حمل می‌کند.

  • rRNA فرآیند سنتز پروتئین را با ایجاد پیوندهای پپتیدی بین اسیدهای آمینه انجام می‌دهد.

کشفیات جدید در اصل مرکزی

کد ژنتیکی (Genetic Code)

کد ژنتیکی مجموعه قوانینی در زیست‌شناسی است که بر اساس آن، اطلاعات رمزگذاری شده در DNA و RNA به پروتئین‌ها ترجمه می‌شود.
این فرآیند برای عملکرد بدن ما حیاتی است. این دستورالعمل‌ها با استفاده از رمزهایی ساخته‌شده از گروه‌های کوچک مولکول به نام کدون‌ها (Codons) نوشته می‌شوند. هر کدون به سلول می‌گوید از کدام بلوک سازنده (اسید آمینه) برای ساخت پروتئین استفاده کند.

این کد شامل توالی خاصی از نوکلئوتیدها است که ترتیب اسیدهای آمینه در یک پروتئین را تعیین می‌کند.
در کد ژنتیکی:

• ۲۰ اسید آمینه استاندارد وجود دارد.

• ۶۴ کدون ممکن وجود دارد.
  کد ژنتیکی در بسیاری از موجودات زنده مشابه است و بخش مهمی از ارتباط تمام زندگی روی زمین محسوب می‌شود.
  درک این کد به دانشمندان کمک می‌کند بیشتر در مورد عملکرد بدن و ارتباط موجودات زنده با یکدیگر بیاموزند.

نتیجه‌گیری – اصل مرکزی

اصل مرکزی زیست‌شناسی مولکولی، جریان یک‌طرفه اطلاعات ژنتیکی از DNA به RNA به پروتئین را تشریح می‌کند.
این مفهوم به‌عنوان یک چارچوب برای درک فرآیندهای اساسی انتقال دستورالعمل‌های ژنتیکی در سلول‌ها عمل می‌کند.
از طریق تکثیر، رونویسی و ترجمه:

• DNA اطلاعات ژنتیکی را ذخیره می‌کند.

• RNA به‌عنوان پیام‌رسان برای سنتز پروتئین عمل می‌کند.

• پروتئین‌ها بر اساس کد ژنتیکی رمزگذاری‌شده سنتز می‌شوند.

این فرآیندها انتقال دقیق اطلاعات ژنتیکی را تضمین می‌کنند و برای ساختار، عملکرد و تنظیم موجودات زنده ضروری هستند.
مطالعه اصل مرکزی به ما کمک می‌کند چگونگی عملکرد سلول‌ها و نحوه کنترل زندگی توسط ژن‌ها را درک کنیم.
این دانش برای پیشرفت در ژنتیک و زیست‌شناسی حیاتی است.