مواضيع المحاضرة: The flow of genetic information
background image

1

 

 

lesson                                 Medical students                           Medical Biology

 

nd

2

 
 

The flow of genetic information 

 

It is a remarkable fact that an organism’s characteristics are encoded by a four-

letter alphabet,  defining a language of three-letter words. The letters  of this  alphabet 

are the nitrogenous bases adenine (A), guanine (G), cytosine (C), and thymine (T). So 

how do these bases enable cells to function? The expression of genetic information is 

achieved ultimately via   proteins, particularly the enzymes that catalyse the reactions 

of  metabolism.  Proteins  are  condensation  heteropolymers  synthesized  from  amino 

acids,  of  which  20  are  used  in  natural  proteins.  Given  that  a  protein  may  consist  of 

several hundred amino acid residues.  

The flow of genetic information is unidirectional, from DNA to protein,  with 

messenger RNA  (mRNA) as  an intermediate. The copying of DNA-encoded genetic 

information  into  RNA  is  known  as  transcription  (TC),  with  the  further  conversion 

into  protein  being  termed  translation  (TL).  This  concept  of  information  flow  is 

known as the Central Dogma of molecular biology and is an underlying theme in all 

studies of gene expression. 

Transcription and translation 

These  two  processes  are  the  critical  steps  involved  in  producing  functional 

proteins in the cell. Transcription involves synthesis of RNA from the DNA template 

provided by the non-coding strand of the transcriptional unit in question. The enzyme 

responsible  is  RNA  polymerase.  In  prokaryotes  there  is  a  single  RNA  polymerase 

enzyme,  but  in  eukaryotes  there  are  three  types  of  RNA  polymerase  (I,  II,  and  III). 

These  synthesize  ribosomal,  messenger,  and  transfer  RNAs,  respectively.  When  the 

RNA  molecule  is  released,  it  may  be  immediately  available  for  translation  (as  in 

prokaryotes) or it may be processed and exported to the cytoplasm (as in eukaryotes) 

before  translation  occurs.  Translation  requires  an  mRNA  molecule,  a  supply  of 

charged  tRNAs  (tRNA  molecules  with  their  associated  amino  acid  residues),  and 

ribosomes (composed of rRNA and ribosomal proteins). The ribosomes are the sites 

where  protein  synthesis  occurs;  in  prokaryotes,  ribosomes  are  composed  of  three 

rRNAs  and  some  52  different  ribosomal  proteins.  The  ribosome  is  a  complex 

structure that  essentially  acts  as  hold  the  mRNA in  place  so  that the  codons  may  be 

matched  up  with  the  appropriate  anticodon  on  the  tRNA,  thus  ensuring  that  the 


background image

2

 

 

correct  amino  acid  is  inserted  into  the  growing  polypeptide  chain.The  mRNA 

molecule is translated in a 5'→3' direction. 

 

Transcription (RNA synthesis):

 

Transfer of genetic information from DNA by the synthesis of a complementary RNA 

molecule under the direction of RNA polymerase

 

 

Transcription occurs in three stages: 

 

1- Initiation: 

 

Transcription begins when transcription factors help RNA polymerase bind to the   

 promoter (which is a special sequence that signals the start of the gene).  

Transcription factor regulate which genes are transcriped in a particular cell type.

 

 

 

 

 

Figure: Setting the stage for transcription to begin: a- Proteins that initiate recognize 

specific sequences in the promoter region of a gene. b-A binding protein recognizes 

the TATA region and binds to the DNA. This allows other transcription factors to 

bind. c- The bound transcription factors form a pocket that allows RNA-polymerase 

to bind and begin making RNA. 

 

 

 


background image

3

 

 

2- Elongation :

 

RNA polymerase unwind the DNA double helix locally, RNA polymerase then adds 

RNA nucleotides to a growing chain, in a sequence complementary to the DNA 

template strand . RNA is transcribed from the template strand of DNA. 

 

 

The other DNA strand is called the coding strand.

 

3- Termination: 

 

   A termination sequence in the gene signals the end of transcription.

 

 

 

Figure: Transcription: Initiation is the control point that determines which genes are 

transcribed. RNA nucleotides are added during elongation. A termination sequence in 

the gene signals the end transcription.

 

)(لالطالع

 

 

mRNA Processing in Eukaryotes

 

In the nucleus, a gene composed of Exons (coding sequences) and Introns 

(noncoding sequences). Both of these are transcriped to pre- mRNA or primary 

transcripts (primary mRNA). Pre mRNA undergoes 3 major modifications prior to 

their transport to the cytoplasm for translation: 

 

1) 7-Methyl guanosine caps are added to the 5' ends of the primary transcripts.

 


background image

4

 

 

2) Poly (A) tails (a series of adenine molecules) are added to the 3 ends of the 

transcripts. It is important for RNA stability and translation of polypeptide. 

 

3) Processing involves spliceosomes consist of snRNAs and protein subunits in the 

nucleus to remove the intron and splice together the exon into mRNA. Mature 

mRNA transmits to the cytoplasm where it directs protein synthesis. Transcription 

and RNA processing occur in the nucleus while translation occurs in the cytoplasm 

(in Eukaryote).

 

 

Translation (Protein Synthesis) 

 

The Process which the genetic information (which is stored in the sequence of  

nucleotides in an mRNA molecule ) is translated , according to the specification of the 

genetic code into the sequence of amino acids in the polypeptide gene product. A 

ribosome has two subunits (each composed of rRNA and various proteins) small 

subunit and large subunit. Eukaryotic ribosome (80 S) has small subunit (40 S) and 

large subunit (60 S). 

 

 

Protein synthesis consists of 3 phases: 

 

1- Initiation Phase: 

 

 

A small ribosomal subunit binds to mRNA: an initiator tRNA with the 

anticodon UAC pairs with the start codon AUG. 

 

 

The large ribosomal subunit completes the ribosome; initiator tRNA carry 

methionine occupies the P-site. The A-site is ready for the second tRNA 

 

 

The small and large subunit together form two tRNA binding sites P (Peptidyl) 

site and A (Aminoacyl ) site .

 

 

 

)(لالطالع

 


background image

5

 

 

2- Elongation Phase: Elongation consists of 3 steps: 

 

 

 

with an anticodon complementary to the second

 

harged tRNA

c

A second 

 

st

1

 

codon on mRNA binds to A-site.

 

of the large ribosomal

 

(part

transferase 

Peptidyl

 

formation:

Peptide bond 

 

-

nd

2

 

 

subunit) can catalyze formation of peptide bond between the amino acids 

carried by the two tRNAs . This bond forming reaction connects the methionine at the 

P-site to the amino acid carried by the tRNA at the A-site. It also disconnects 

methionine from the initiation tRNA as a result the tRNA at the A-site now carries 

two amino acids.

 

 

anslocation:

Tr

 

-

rd

3

 

 

Three concerted movements occur, collectively called translocation. 

 

1- Uncharged -tRNA leaves the P-site. 

 

2- The dipeptide-tRNA in the A-site moves to the P-site. 

 

3- The ribosome moves a long the mRNA by three nucleotides (codon) to place the 

next codon in the A-site.

 

The empty A-site now receives another tRNA whose identity is determined by the 

next codon in the mRNA and the (peptide bond formation and translocation) occurs 

once again.

 

 

)(لالطالع

 

3- Termination Phase: 

 

 

Termination of protein synthesis occurs when one of 3 stop codons (UAG, 

UAA, and UGA) appears in A-site of the ribosome. A protein called release factor 

recognizes stop codons and hydrolysis the bond between the last tRNA at the P-site 

and the polypeptide releasing them. The ribosomal subunits dissociate. 

 


background image

6

 

 

 

The resultant polypeptide chain may be enzyme, hormone, antibody, or 

structural proteins. 

 

 

 

)(لالطالع

 

 

 

Features of the genetic code:

 

1- Genetic code is Triplet: AAA code for lysine.   

 

2- Unambiguous: each Triplet codon has only one meaning. 

 

3- The genetic code has started and stop signals. There is one start signals (AUG).  

and there is 3 stop signals ( UAA , UAG , UGA ) .

 

4- Universal: the code is the same and stable in all living organisms.

 

5- The genetic code is non-overlapping and degenerate.

 

 

 

Up By Fahad A.

 




رفعت المحاضرة من قبل: Fahad Ahmed
المشاهدات: لقد قام 10 أعضاء و 109 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل