Plik Transkrypcja DNA to proces, w którym informacja zawarta w kwasie dezoksyrybonukleinowym jest kopiowana w postaci podobnej cząsteczki, RNA, jako poprzedni etap syntezy białek lub tworzenia cząsteczek RNA, które uczestniczą w wielu procesach komórkowych o dużym znaczeniu (regulacja ekspresja genów, sygnalizacja itp.).
Chociaż nie jest prawdą, że wszystkie geny organizmu kodują białka, prawdą jest, że wszystkie białka komórki, czy to eukariotycznej, czy prokariotycznej, są kodowane przez jeden lub więcej genów, gdzie każdy aminokwas jest reprezentowany przez zestaw trzy zasady DNA (kodon).
Synteza łańcucha polipeptydowego należącego do dowolnego białka komórkowego zachodzi dzięki dwóm podstawowym procesom: transkrypcji i translacji; oba są silnie regulowane, ponieważ są dwoma procesami o wielkim znaczeniu dla funkcjonowania każdego żywego organizmu.
Indeks artykułów
Transkrypcja obejmuje tworzenie „matrycy” dla cząsteczki RNA znanej jako „informacyjny RNA” (mRNA) ze „standardowej” sekwencji kodowanej w regionie DNA odpowiadającym genowi, który ma być transkrybowany..
Proces ten jest przeprowadzany przez enzym zwany polimerazą RNA, który rozpoznaje specjalne miejsca w sekwencji DNA, wiąże się z nimi, otwiera nić DNA i syntetyzuje cząsteczkę RNA przy użyciu jednej z tych komplementarnych nici DNA jako szablonu lub wzoru, nawet jeśli napotyka inną specjalną sekwencję zatrzymania.
Z drugiej strony translacja to proces, w którym zachodzi synteza białek. Polega na „odczytaniu” informacji zawartych w mRNA, które zostało przepisane z genu, „translacji” kodonów DNA na aminokwasy i utworzeniu łańcucha polipeptydowego.
Translacja sekwencji nukleotydowych mRNA jest przeprowadzana przez enzymy znane jako syntetazy aminoacylo-tRNA, dzięki udziałowi innych cząsteczek RNA zwanych „transferowym RNA” (tRNA), które są antykodonami kodonów zawartych w MRNA, które są prawdziwą kopią sekwencji DNA genu.
W komórkach eukariotycznych proces transkrypcji zachodzi w jądrze, które jest główną wewnątrzkomórkową organellą, w której DNA jest zawarte w postaci chromosomów. Rozpoczyna się od „kopii” regionu kodującego genu, który jest przepisywany na cząsteczkę z pojedynczym prążkiem znaną jako informacyjny RNA (mRNA)..
Ponieważ DNA jest uwięzione we wspomnianych organellach, cząsteczki mRNA działają jako pośrednicy lub transportery w przekazywaniu wiadomości genetycznej z jądra do cytozolu, gdzie zachodzi translacja RNA i cała biosyntetyczna maszyneria syntezy białek (rybosomy).
Gen składa się z sekwencji DNA, której charakterystyka determinuje jego funkcję, ponieważ kolejność nukleotydów w tej sekwencji decyduje o jej transkrypcji i późniejszej translacji (w przypadku tych, które kodują białka)..
Kiedy gen jest transkrybowany, to znaczy, gdy jego informacja jest kopiowana w postaci RNA, wynikiem może być niekodujący RNA (cRNA), który pełni bezpośrednie funkcje w regulacji ekspresji genów, sygnalizacji komórkowej itp. lub może to być informacyjny RNA (mRNA), który zostanie następnie przetłumaczony na sekwencję aminokwasów w peptydzie.
To, czy gen ma funkcjonalny produkt w postaci RNA lub białka, zależy od pewnych elementów lub regionów obecnych w jego sekwencji..
Geny, eukariotyczne lub prokariotyczne, mają dwie nici DNA, jedną znaną jako nić „sensowna”, a drugą „antysensowną”. Enzymy odpowiedzialne za transkrypcję tych sekwencji „odczytują” tylko jedną z dwóch nici, zazwyczaj nić „sensowną” lub „kodującą”, która ma „kierunek” 5'-3 '.
Każdy gen ma na końcach sekwencje regulatorowe:
- jeśli sekwencje znajdują się przed regionem kodującym (tym, który będzie transkrybowany), nazywane są „promotorami”
- jeśli są oddzielone wieloma kilobazami, mogą „wyciszać” lub „wzmacniać”
- te sekwencje, które są bliżej regionu 3 'genów, są zwykle sekwencjami terminatorowymi, które nakazują polimerazie zatrzymanie i zakończenie transkrypcji (lub replikacji, w zależności od przypadku)
Region promotora jest podzielony na dystalny i proksymalny, w zależności od jego bliskości do regionu kodującego. Znajduje się na końcu 5 'genu i jest miejscem, które rozpoznaje enzym polimerazę RNA i inne białka inicjujące transkrypcję z DNA na RNA.
W proksymalnej części regionu promotorowego mogą wiązać się czynniki transkrypcyjne, które mają zdolność modyfikowania powinowactwa enzymu do transkrybowanej sekwencji, dlatego są odpowiedzialne za pozytywną lub negatywną regulację transkrypcji genów..
Regiony wzmacniające i wyciszające są również odpowiedzialne za regulację transkrypcji genów przez modyfikację „aktywności” regionów promotora poprzez ich połączenie z elementami aktywatora lub represora „w górę” sekwencji kodującej genu..
Mówi się, że geny eukariotyczne są zawsze domyślnie „wyłączone” lub „stłumione”, więc potrzebują ich aktywacji przez elementy promotorowe, aby uległy ekspresji (transkrypcji).
Niezależnie od organizmu, transkrypcja jest przeprowadzana przez grupę enzymów zwanych polimerazami RNA, które podobnie jak enzymy odpowiedzialne za replikację DNA, gdy komórka ma się podzielić, specjalizują się w syntezie łańcucha RNA z jednej z nici DNA transkrybowany gen.
Polimerazy RNA to duże kompleksy enzymatyczne składające się z wielu podjednostek. Istnieją różne typy:
- Polimeraza RNA I (Pol I): która transkrybuje geny kodujące „dużą” podjednostkę rybosomalną.
- Polimeraza RNA II (Pol II): która transkrybuje geny kodujące białka i produkuje mikro RNA.
- Polimeraza RNA III (Pol III): która wytwarza transferowe RNA używane podczas translacji, a także RNA odpowiadające małej podjednostce rybosomu.
- Polimeraza RNA IV i V (Pol IV i Pol V): są typowe dla roślin i odpowiadają za transkrypcję małych interferujących RNA.
Transkrypcja genetyczna to proces, który można badać w trzech fazach: inicjacja, elongacja i terminacja..
Polimeraza RNA (powiedzmy polimeraza RNA II) wiąże się z sekwencją regionu promotora, która składa się z odcinka 6-10 par zasad na końcu 5 'genu, zwykle około 35 par zasad. Miejsce startu transkrypcji.
Połączenie polimerazy RNA prowadzi do „otwarcia” podwójnej helisy DNA, oddzielając komplementarne nici. Synteza RNA rozpoczyna się w miejscu znanym jako „miejsce inicjacji” i zachodzi w kierunku 5'-3 ', to znaczy „w dół” lub od lewej do prawej (zgodnie z konwencją).
Inicjacja transkrypcji za pośrednictwem polimerazy RNA zależy od współistniejącej obecności białkowych czynników transkrypcyjnych zwanych ogólnymi czynnikami transkrypcyjnymi, które przyczyniają się do „lokalizacji” enzymu w regionie promotora.
Po rozpoczęciu polimeryzacji enzymu jest on „usuwany” zarówno z sekwencji promotora, jak i ogólnych czynników transkrypcyjnych..
Występuje, gdy polimeraza RNA „porusza się” wzdłuż sekwencji DNA i dodaje rybonukleotydy komplementarne do nici DNA, która służy jako „matryca” do rosnącego RNA. Gdy polimeraza RNA „przechodzi” przez nić DNA, łączy się z nić antysensowną.
Polimeryzacja prowadzona przez polimerazę RNA składa się z nukleofilowych ataków tlenu w pozycji 3 'rosnącego łańcucha RNA do fosforanu „alfa” następnego dodawanego prekursora nukleotydu, z następczym utworzeniem wiązań fosfodiestrowych i uwolnieniem pirofosforanu cząsteczka (PPi).
Zestaw składający się z nici DNA, polimerazy RNA i powstającej nici RNA jest znany jako bąbelek transkrypcyjny lub kompleks..
Terminacja następuje, gdy polimeraza osiąga sekwencję terminacji, która jest logicznie zlokalizowana „poniżej” miejsca inicjacji transkrypcji. Kiedy to nastąpi, zarówno enzym, jak i zsyntetyzowany RNA zostają „odłączone” od transkrybowanej sekwencji DNA..
Region terminacji normalnie składa się z sekwencji DNA, która jest zdolna do „fałdowania” się, tworząc strukturę typu „pętli spinki do włosów”. pętelka do włosów).
Po terminacji zsyntetyzowana nić RNA jest znana jako pierwotny transkrypt, który jest uwalniany z kompleksu transkrypcyjnego, po czym może, ale nie musi, być przetwarzany potranskrypcyjnie (przed translacją na białko, jeśli ma to zastosowanie) w procesie zwanym „ cięcie i splatanie ".
Ponieważ komórki prokariotyczne nie mają jądra otoczonego błoną, transkrypcja zachodzi w cytozolu, szczególnie w regionie „jądrowym”, w którym skoncentrowane jest chromosomalne DNA (bakterie mają kolisty chromosom).
W ten sposób wzrost stężenia cytozolowego danego białka jest znacznie szybszy u prokariotów niż u eukariontów, ponieważ procesy transkrypcji i translacji zachodzą w tym samym przedziale..
Organizmy prokariotyczne mają geny, które są bardzo podobne do eukariontów: te pierwsze wykorzystują również promotor i regiony regulatorowe do ich transkrypcji, chociaż istotna różnica wiąże się z faktem, że region promotora jest często wystarczający do osiągnięcia „silnej” ekspresji genów.
W tym sensie należy wspomnieć, że generalnie geny prokariotyczne są zawsze „włączone” domyślnie..
Region promotora jest powiązany z innym regionem, zwykle „w górę”, który jest regulowany przez cząsteczki represora i jest znany jako „region operatora”..
Różnica w transkrypcji między prokariotami i eukariotami polega na tym, że normalnie przekaźnikowe RNA eukariontów są monocistronowe, to znaczy, że każdy z nich zawiera informacje potrzebne do syntezy pojedynczego białka, podczas gdy u prokariotów mogą one być monocistronowe lub policistronowe, gdzie tylko jeden MRNA może zawierać informacje o dwóch lub więcej białkach.
Zatem dobrze wiadomo, że geny prokariotyczne, które kodują białka o podobnych funkcjach metabolicznych, na przykład, znajdują się w grupach znanych jako operony, które są jednocześnie transkrybowane do postaci jednocząsteczkowego informacyjnego RNA..
Geny prokariotyczne są gęsto upakowane, bez wielu niekodujących regionów między nimi, więc po transkrypcji na liniowe cząsteczki informacyjne RNA można je natychmiast poddać translacji do białka (eukariotyczne mRNA często wymagają dalszej obróbki).
Na przykład organizmy prokariotyczne, takie jak bakterie, używają tego samego enzymu polimerazy RNA do transkrypcji wszystkich swoich genów, to znaczy tych, które kodują podjednostki rybosomalne i te, które kodują różne białka komórkowe.
W bakteriach E coli Polimeraza RNA składa się z 5 podjednostek polipeptydowych, z których dwie są identyczne. Podjednostki α, α, β, β 'stanowią centralną część enzymu i łączą się i rozkładają podczas każdego zdarzenia transkrypcji..
Podjednostki α to te, które umożliwiają połączenie między DNA i enzymem; podjednostka β wiąże się z trifosforanowymi rybonukleotydami, które będą polimeryzowane zgodnie z matrycą DNA w powstającej cząsteczce mRNA, a podjednostka β 'wiąże się ze wspomnianą nicią matrycowego DNA.
Piąta podjednostka, znana jako σ uczestniczy w inicjacji transkrypcji i nadaje polimerazie specyficzność.
Transkrypcja u prokariotów jest bardzo podobna do transkrypcji u eukariontów (dzieli się również na inicjację, elongację i terminację), z pewnymi różnicami pod względem tożsamości regionów promotorowych i czynników transkrypcyjnych niezbędnych do wykonywania funkcji przez polimerazę RNA.
Chociaż regiony promotora mogą się różnić między różnymi gatunkami prokariotycznymi, istnieją dwie konserwatywne sekwencje „konsensusowe”, które można łatwo zidentyfikować w regionie -10 (TATAAT) i regionie -35 (TTGACA) powyżej sekwencji kodującej..
Zależy to od podjednostki σ polimerazy RNA, ponieważ pośredniczy w interakcji między DNA a enzymem, dzięki czemu jest zdolny do rozpoznawania sekwencji promotorowych. Inicjacja kończy się, gdy niektóre poronione transkrypty o długości około 10 nukleotydów są produkowane, które są uwalniane.
Po odłączeniu podjednostki σ od enzymu rozpoczyna się faza elongacji, która polega na syntezie cząsteczki mRNA w kierunku 5'-3 '(około 40 nukleotydów na sekundę).
Terminacja u prokariontów zależy od dwóch różnych typów sygnałów, może być zależna od Rho i niezależna od Rho.
Białko zależne od Rho jest kontrolowane przez to białko, które „podąża” za polimerazą w miarę postępu w syntezie RNA, aż ta ostatnia osiągnie sekwencję bogatą w guaniny (G), zwalnia i wchodzi w kontakt z białkiem Rho. Dysocjuje z DNA i mRNA.
Terminacja niezależna od Rh jest kontrolowana przez specyficzne sekwencje genu, zwykle bogate w powtórzenia guanina-cytozyna (GC)..
Jeszcze bez komentarzy