הדוגמה המרכזית של הביולוגיה המולקולרית

הדּוֹגְמָה המרכזית של הביולוגיה המולקולרית היא תאוריה מדעית לפיה קיים רק כיוון אחד עיקרי של תעתוק של חומר תורשתי והוא מ-DNA ל-RNA ומ-RNA לחלבון. את הדוגמה (שלא במובן המקובל של המילה) הציג לראשונה פרנסיס קריק ב-1958 והיא הועלתה מחדש במגזין "Nature" שפורסם ב-1970. לפי הדוגמה החומר התורשתי מתועתק מ-DNA ל-RNA ומשם לחלבון. לפי הדוגמה כאשר מולקולה הופכת לחלבון, לא ניתן להפכה חזרה לחומצת גרעין. קיימות שלוש קבוצות של ביופולימרים: DNA‏, RNA וחלבון. קיימים 9 כיוונים של תיעתוק בין אלה, אותם מחלקת הדוגמה לשלוש קבוצות ובכל אחת שלוש אפשרויות; תעתוק כללי (מתקיים רוב הזמן ובמרבית היצורים), תעתוק מיוחד (מתקיים אך בתנאים מיוחדים ורק בנגיפים או בתנאי מעבדה) ותעתוק שלא ידוע שקיים. התעתיק הכללי מתאר את התהליך הרגיל של העברת המידע: דנ"א משוכפל ואז מתועתק ל-mRNA וה-mRNA משמש כתבנית לתרגום ולסינתוז החלבון. ערך מורחב – שכפול DNA אחד השלבים שעובר ה-DNA הוא שכפול המידע הגנטי והעברתו מדור ההורים לדור הצאצאים. התהליך מתבצע כאשר קבוצות חלבונים גורמים להפרדה של הסליל הכפול של ה-DNA ולאחר מכן DNA פולימראז משלים את כל אחד מהגדילים ונוצר זוג חדש של DNA דו-סלילי. ערך מורחב – שעתוק (ביולוגיה) התעתוק הוא תהליך שבו חלק מולקולת mRNA נוצרת לפי המידע הגנטי שה-DNA מכיל. התהליך מתבצע בעזרת RNA פולימראז וגורם שעתוק. בתאים של איקריוטיים, לעיתים נוצר mRNA ראשוני (pre-mRNA) שרק לאחר מכן עובר שחבור, בתהליך שמכונה שחבור חליפי. כתוצאה מהתהליך הזה, נוצרות מולקולות mRNA שונות מאותו קטע DNA. ערך מורחב – תרגום (ביולוגיה) לאחר תהליך התעתוק, ה-mRNA מגיע אל הריבוזום ושם הוא מתורגם. בתאים פרוקריוטיים, בהם לא קיים גרעין תא, תהליך התרגום והתעתוק יכולים להיקשר יחדיו ולהתבצע במקום אחד. באיקריוטיים, אזור התעתוק (גרעין התא) בדרך כלל מופרד מאזור התרגום (הציטופלזמה), כך שה-mRNA מועבר מחוץ לגרעין אל תוך הציטופלזמה, שם הוא נקשר על ידי ריבוזומים. הריבוזומים קוראים את ה-mRNA בשלשות של נוקלאוטידים המכונים קודונים. בסופו של תהליך התרגום נפרד החלבון החדש מהריבוזום. ערך מורחב – רוורס טרנסקריפטאז רוורס טרנסקריפטאציה (Reverse transcription) הוא תיעתוק של המידע התורשתי מ-RNA ל-DNA. הכינוי ניתן לו משום שזהו תהליך הפוך מהתהליך הרגיל שקורה בו DNA מתועתק ל-RNA. התהליך מתרחש ברטרו וירוסים, כדוגמת HIV, וכן באיקריוטיים במקרה של רטרוטרנספוזון ושל טלומרים סינתזיים. שעתוק RNA‏ (RNA replication) הוא תהליך של שכפול מולקולת RNA למולקולה RNA נוספת. בצורה זו נגיפים רבים מתרבים. האנזים שמשכפל RNA על בסיס RNA, מכונה RNA-dependent RNA polymerase, נמצא גם באיקריוטיים שם הוא משמש להשתקת RNA‏ (RNA silencing), משפחה של גנים משתיקים (gene silencing) שגורמים לירידה או הפסקה של התבטאות גנים. תעתוק ישיר מ-DNA לחלבון הוצג במערכת ללא תא, כלומר במערכת בתנאי מעבדה, בה השתמשו בקטעים מחיידקי E.coli שהכילו ריבוזומים אך לא תאים שלמים. קטעי התא הללו יצרו חלבונים מתבניות DNA זרות. נמצא ש-neomycin יכול לשמש כזרז של תהליך זה. ערך מורחב – פריון פריונים הם חלבונים שמפיצים עצמם על ידי עשיית "שינויים הסתגלותיים" במולקולות אחרות של אותו סוג חלבון. שינויים אלה משפיעים על תפקודו של החלבון. בפטריות שינויים אלה עוברים מדור אחד למישנהו כלומר שאכן קורה המקרה של חלבון ← חלבון. אף על פי כן, מקרה זה איננו יוצא מהכלל של הדוגמה היות שמדובר על רצף של חלבונים שאיננו משתנה ורק מבנהו משתנה. מחסום וייסמן קודון שחבור חליפי מדיה וקבצים בנושא הדוגמה המרכזית של הביולוגיה המולקולרית בוויקישיתוף http://www.sciencegateway.org/resources/biologytext/dogma/history2.html (באנגלית) ארז גרטי, ריכוז סרטונים – כל השלבים מגן לחלבון, במדור "מאגר המדע" באתר של מכון דוידסון לחינוך מדעי, 10 ינואר 2012