Центральная догма объясняет поток генетической информации от нуклеотидов ДНК к аминокислотной последовательности белков.

РНК – недостающее звено между ДНК и белками

В начале 1900-х годов ученые обнаружили, что ДНК хранит всю информацию, необходимую для клеточных функций, и что белки выполняют большую часть этих функций. Однако механизмы преобразования генетической информации в функциональные белки оставались неизвестными в течение многих лет. Первоначально считалось, что один ген напрямую преобразуется в кодируемый им белок. Два важных открытия в эукариотических клетках поставили под сомнение эту теорию. Во-первых, производство белка происходит не в ядре. Во-вторых, ДНК не присутствует вне ядра. Эти результаты послужили толчком к поиску промежуточной молекулы, которая связывает ДНК с производством белка. Было обнаружено, что этой промежуточной молекулой является РНК.

РНК синтезируется в ядре с использованием ДНК в качестве матрицы. Вновь синтезированная РНК похожа по последовательности на цепь ДНК, за исключением того, что тимин заменен урацилом. У эукариот этот первичный транскрипт подвергается дальнейшей обработке, удаляя некодирующие участки белка, закрывая 5'-конец и добавляя 3'-поли-А хвост для создания зрелой мРНК, которая затем экспортируется в цитоплазму.

Генетический код является избыточным

В эукариотах белки создаются из 20 аминокислот. Объединение четырех нуклеотидов в наборы по три дает 64 (43) возможных кодона. Это означает, что более одного кодона могут кодировать отдельную аминокислоту. Таким образом, генетический код считается избыточным или вырожденным. Часто, но не всегда, кодоны, указывающие на одни и те же аминокислоты, отличаются только третьим нуклеотидом триплета. Например, кодоны GUU, GUC, GUA и GUG представляют собой аминокислоту валин. Тем не менее, AUG является единственным кодоном, который представляет аминокислоту метионин. Кодон AUG также является кодоном, с которого начинается синтез белка, и поэтому его называют стартовым кодоном. Избыточность в системе сводит к минимуму вредные последствия мутаций. Например, изменение в третьем положении кодона не обязательно может изменить кодируемую аминокислоту, тем самым не вызывая никаких изменений в функциональности белка.

Генетический код универсален

За некоторыми исключениями, большинство прокариотических и эукариотических организмов используют один и тот же генетический код для синтеза белка. Эта универсальность генетического кода сделала возможным прогресс в научных исследованиях в области сельского хозяйства и медицины. Например, человеческий инсулин теперь может быть произведен в больших масштабах в бактериях с использованием технологии рекомбинантной ДНК. Технология рекомбинантной ДНК предполагает использование генетического материала разных видов. Гены, кодирующие человеческий инсулин, соединяются с бактериальной ДНК и встраиваются в бактериальную клетку. Затем бактериальная клетка выполняет транскрипцию и трансляцию для производства белка человеческого инсулина, который может лечить диабет у пациентов.