DNS TRANSKRIPCIJA: PROCESS EIKARIOTOS UN PROKARIOTOS - BIOLOĢIJA - 2025

DNS transkripcijas ir process, kurā ietvertā dezoksiribonukleīnskābes informācija tiek pārkopēts kā līdzīgu molekulas, RNS, vai nu kā soli uz proteīnu sintēzi vai veidošanās RNS molekulu, kas iesaistītas daudzkārtīgi šūnu procesi, kuriem ir liela nozīme (gēnu ekspresijas regulēšana, signalizācija utt.).

Lai arī nav taisnība, ka visi organisma gēni kodē olbaltumvielas, tā ir taisnība, ka visus šūnas proteīnus, neatkarīgi no tā, vai tie ir eikarioti vai prokarioti, kodē viens vai vairāki gēni, kur katru aminoskābi apzīmē trīs DNS bāzu (kodona) komplekts.

Eikariotu gēnu apstrāde (Avots: Leonīds 2 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0), izmantojot Wikimedia Commons)

Polipeptīdu ķēdes, kas pieder jebkuram šūnu proteīnam, sintēze notiek, pateicoties diviem pamatprocesiem: transkripcijai un translācijai; abi ir stingri regulēti, jo tie ir divi procesi, kuriem ir liela nozīme jebkura dzīvā organisma darbībā.

Kas ir DNS transkripcija?

Transkripcija ietver "matricas" veidošanos RNS molekulai, kas pazīstama kā "Messenger RNS" (mRNS) no "standarta" sekvences, kas kodēta DNS reģionā, kas atbilst transkribējamajam gēnam.

Šo procesu veic enzīms, ko sauc par RNS polimerāzi, kurš atpazīst īpašas vietas DNS secībā, saistās ar tiem, atver DNS virkni un sintezē RNS molekulu, izmantojot vienu no šīm komplementārajām DNS virknēm kā šablonu vai modelis, pat ja tas sastopas ar citu īpašu apstāšanās secību.

Savukārt tulkošana ir process, kurā notiek olbaltumvielu sintēze. Tas sastāv no mRNS ietvertās informācijas "nolasīšanas", kas tika transkribēta no gēna, DNS kodonu "tulkošana" aminoskābēs un polipeptīdu ķēdes veidošana.

MRNS nukleotīdu secību tulkošanu veic enzīmi, kas pazīstami kā aminoacil-tRNS sintēzes, pateicoties citu RNS molekulu, kas pazīstamas kā "transfer RNS" (tRNS), kas ir kodonu antikodoni, kas atrodas MRNA, kas ir gēna DNS secības precīza kopija.

Transkripcija eikariotos (process)

Transkripcijas laikā eikariotos DNS tiek izmantota kā veidne, lai ar fermenta RNS polimerāzes palīdzību izveidotu RNS kurjeru.

Eikariotu šūnās transkripcijas process notiek kodolā, kas ir galvenā intracelulārā organelle, kurā DNS atrodas hromosomu formā. Tas sākas ar gēna kodētā reģiona "kopiju", kas tiek pārrakstīts vienas joslas molekulā, kas pazīstama kā Messenger RNS (mRNA).

Tā kā DNS ir norobežota minētajā organellā, mRNS molekulas darbojas kā starpnieki vai transportētāji ģenētiskā ziņojuma pārnešanā no kodola uz citozītu, kur notiek RNS translācija un visa olbaltumvielu sintēzes biosintētiskā iekārta ( ribosomas).

- Kādi ir eikariotu gēni?

Gēns sastāv no DNS sekvences, kuras īpašības nosaka tā funkciju, jo nukleotīdu secība minētajā secībā nosaka tā transkripciju un turpmāko translāciju (tiem, kas kodē olbaltumvielas).

Kad gēns tiek transkribēts, tas ir, kad tā informācija tiek kopēta RNS formā, rezultāts var būt nekodējoša RNS (cRNS), kurai ir tiešas funkcijas gēna ekspresijas regulēšanā, šūnu signalizācijā utt. vai arī tā var būt Messenger RNS (mRNA), kas pēc tam tiks pārveidota aminoskābju secībā peptīdā.

Eikariotu gēna struktūras attēlojums (Avots: Tomass Šafejs / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0), izmantojot Wikimedia Commons)

Tas, vai gēnam ir funkcionāls produkts RNS vai olbaltumvielu veidā, ir atkarīgs no noteiktiem elementiem vai reģioniem, kas atrodas tā secībā.

Gēniem, eikariotu vai prokariotu, ir divi DNS virzieni, viens ir pazīstams kā “jutekļu” un otrs “antisense”. Fermenti, kas ir atbildīgi par šo sekvenču transkripciju, "lasa" tikai vienu no diviem virzieniem, parasti "sensu" vai "kodējošu" virkni, kurai ir "virziens" 5'-3 '.

Katra gēna galos ir regulējošās sekvences:

- ja sekvences atrodas pirms kodēšanas apgabala (tā, kas tiks transkribēts), tās ir zināmas kā "promotori"

- ja tos atdala daudzas kilobāzes, tie var "klusināt" vai "uzlabot"

- tās sekvences, kas ir vistuvāk gēnu 3 'reģionam, parasti ir terminatora sekvences, kas pasaka polimerāzei, ka tai jāpārtrauc un jābeidz transkripcija (vai atkarībā no gadījuma replikācija)

Promoderes reģions ir sadalīts distālajā un proksimālajā atbilstoši tā tuvumam kodējošajam reģionam. Tas atrodas gēna 5 'galā un ir vieta, ko atpazīst RNS polimerāzes enzīms un citi proteīni, lai sāktu transkripciju no DNS uz RNS.

Producētāja reģiona proksimālajā daļā var saistīties transkripcijas faktori, kuriem piemīt spēja modificēt enzīma afinitāti pret transkribējamo secību, tādējādi tie ir atbildīgi par gēnu transkripcijas pozitīvu vai negatīvu regulēšanu.

Pastiprinātājs un klusinošie reģioni ir atbildīgi arī par gēna transkripcijas regulēšanu, modificējot promocijas reģionu "aktivitāti", saistoties ar aktivatora vai represora elementiem "augšpus" no gēna kodēšanas sekvences.

Mēdz teikt, ka eikariotu gēni pēc noklusējuma vienmēr ir "izslēgti" vai "represēti", tāpēc tos nepieciešams aktivizēt ar promotoru elementiem, lai tos varētu ekspresēt (pārrakstīt).

- Kas atbild par transkripciju?

Neatkarīgi no organisma, transkripciju veic enzīmu grupa, ko sauc par RNS polimerāzēm, kuras, līdzīgi kā fermenti, kas ir atbildīgi par DNS replikāciju, kad šūna gatavojas dalīties, specializējas RNS ķēdes sintēzē. no viena no transkribētā gēna DNS virzieniem.

RNS polimerāzes ir lieli enzīmu kompleksi, kas sastāv no daudzām apakšvienībām. Ir dažādi veidi:

- RNS polimerāze I (Pol I): kas pārraksta gēnus, kas kodē "lielo" ribosomu subvienību.

- RNS polimerāze II (Pol II): kas transkribē gēnus, kas kodē olbaltumvielas, un rada mikro RNS.

- RNS polimerāze III (Pol III): kas veido transplantācijas laikā izmantotās pārnešanas RNS un arī RNS, kas atbilst mazajai ribosomas subvienībai.

- RNS polimerāze IV un V (Pol IV un Pol V): tās ir raksturīgas augiem un ir atbildīgas par mazu traucējošu RNS transkripciju.

- Kāds ir process?

Eikariotu gēna transkripcija (Avots: Erinp.5000 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0), izmantojot Wikimedia Commons)

Ģenētiskā transkripcija ir process, ko var izpētīt, sadalot trīs fāzēs: iniciācija, pagarināšana un beigu posms.

Iniciācija

Iniciācijas laikā reklamētāja reģions gēna promocijas reģions darbojas kā RNS polimerāzes atpazīšanas vieta. Šeit tiek kontrolēta lielākā daļa ģenētiskās ekspresijas

RNS polimerāze (teiksim RNS polimerāze II) saistās ar promotora reģiona sekvenci, kas sastāv no 6 līdz 10 bāzes pāriem, kas stiepjas gēna 5 'galā, parasti apmēram 35 bāzes pāri no transkripcijas sākuma vietas.

RNS polimerāzes savienība noved pie DNS dubultās spirāles "atvēršanas", atdalot komplementāros virzienus. RNS sintēze sākas vietā, ko sauc par "iniciācijas vietu", un notiek 5'-3 'virzienā, tas ir, "pa straumi" vai pa kreisi uz labo pusi (pēc vienošanās).

RNS polimerāžu mediētās transkripcijas uzsākšana ir atkarīga no vienlaicīgas olbaltumvielu transkripcijas faktoru, kas pazīstami kā vispārīgi transkripcijas faktori, klātbūtnes, kas veicina fermenta "atrašanās vietu" promotora reģionā.

Pēc tam, kad ferments ir sācis polimerizēties, tas tiek “izdalīts” gan no promotora sekvences, gan no vispārējiem transkripcijas faktoriem.

Paildzinājums

Paildzināšanas laikā RNS polimerāze slīd pa ķēdi, kas kalpo kā veidne

Tas notiek, kad RNS polimerāze "pārvietojas" pa DNS sekvenci un pievieno ribonukleotīdus, kas papildina DNS virkni, kas kalpo par "veidni" augošajai RNS. Tā kā RNS polimerāze "iziet" caur DNS virkni, tā atkal pievienojas savai antisenses virknei.

RNS polimerāzes veiktā polimerizācija sastāv no nukleofīliem skābekļa uzbrukumiem augošās RNS ķēdes 3 'pozīcijā līdz nākamā pievienojamā nukleotīda prekursora fosfāta "alfa" veidošanās procesam, no kā izriet fosfodiestera saišu veidošanās un pirofosfāta molekula (PPi).

Komplekts, kas sastāv no DNS virknes, RNS polimerāzes un topošās RNS virknes, ir pazīstams kā transkripcijas burbulis vai komplekss.

Izbeigšana

Kad RNS polimerāze sasniedz gēna terminālo reģionu, transkripcijas kurjera RNS ir pabeigta. Tad RNS polimerāze, DNS virkne un transkripcijas kurjers RNS disociējas

Izbeigšana notiek, kad polimerāze sasniedz beigu secību, kas loģiski atrodas "lejup pa straumi" no transkripcijas iniciācijas vietas. Kad tas notiek, gan ferments, gan sintezētā RNS "atdalās" no transkribētās DNS sekvences.

Terminālais reģions parasti sastāv no DNS sekvences, kas spēj "salocīt" sevi, veidojot "matadata cilpas" tipa struktūru.

Pēc izbeigšanas sintezētā RNS virkne ir zināma kā primārais transkripts, kas izdalās no transkripcijas kompleksa, pēc tam to var vai nevar pārstrādāt pēc transkripcijas (pirms translācijas olbaltumvielās, ja piemērojams) caur process, ko sauc par "griešanu un savienošanu".

Transkripcija prokariotos (process)

Tā kā prokariotu šūnām nav membrānas slēgta kodola, transkripcija notiek citozolā, īpaši "kodolā" reģionā, kur koncentrējas hromosomu DNS (baktērijām ir apļveida hromosoma).

Tādā veidā noteiktā proteīna citosola koncentrācijas palielināšanās prokariotos ir ievērojami ātrāka nekā eikariotos, jo transkripcijas un translācijas procesi notiek vienā un tajā pašā nodalījumā.

- Kādi ir prokariotu gēni?

Prokariotu organismiem ir gēni, kas ir ļoti līdzīgi eikariotiem: pirmie arī transkripcijai izmanto promoterus un regulējošos reģionus, lai gan būtiska atšķirība ir saistīta ar faktu, ka promotora reģions bieži ir pietiekams, lai sasniegtu “spēcīgu” gēni.

Šajā ziņā ir svarīgi pieminēt, ka parasti prokariotu gēni pēc noklusējuma vienmēr ir "ieslēgti".

Promoperators ir saistīts ar citu reģionu, parasti "augšpus", kuru regulē represoru molekulas un kas ir pazīstams kā “operatora reģions”.

Prokariotu gēna struktūras attēlojums (Avots: Tomass Šafejs / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0), izmantojot Wikimedia Commons)

Prokariotu un eikariotu transkripcijas atšķirība ir tāda, ka parasti eikariotu messenger RNS ir monokistroniskas, tas ir, katrā no tām ir informācija, lai sintezētu atsevišķu olbaltumvielu, savukārt prokariotos tie var būt monokistroniski vai policistristroni, kur tikai viens MRNS var saturēt informāciju par diviem vai vairākiem proteīniem.

Tādējādi ir labi zināms, ka prokariotu gēni, kas kodē olbaltumvielas ar līdzīgām metabolisma funkcijām, piemēram, ir sastopami grupās, kuras sauc par operoniem un kuras vienlaikus tiek transkribētas kā vienas RZ molekulu formas.

Prokariotu gēni ir blīvi iesaiņoti, un starp tiem nav daudz nekodējošu reģionu, tāpēc pēc transkripcijas RNS molekulu lineārajā formā tos var nekavējoties pārveidot olbaltumvielās (eikariotu mRNS bieži ir jāturpina apstrādāt).

- Kā notiek prokariotu RNS polimerāze?

Prokariotu organismi, piemēram, baktērijas, izmanto to pašu RNS polimerāzes enzīmu, lai transkribētu visus to gēnus, tas ir, tos, kas kodē ribosomu apakšvienības, un tos, kas kodē dažādas šūnu olbaltumvielas.

E. coli baktērijās RNS polimerāze sastāv no 5 polipeptīdu subvienībām, no kurām divas ir identiskas. Α, α, β, β 'apakšvienības satur enzīma centrālo daļu un saliek un izjaucas katra transkripcijas gadījumā.

Α apakšvienības ir tās, kas ļauj savienoties starp DNS un fermentu; β subvienība saistās ar trifosfāta ribonukleotīdiem, kas tiks polimerizēti atbilstoši DNS šablonam topošajā mRNS molekulā, un β 'apakšvienība saistās ar minēto matricas DNS virkni.

Piektā subvienība, kas pazīstama kā σ, piedalās transkripcijas uzsākšanā un ir tā, kas piešķir polimerāzei specifiskumu.

- Kāds ir process?

Transkripcija prokariotos ir ļoti līdzīga eikariotiem (tā tiek sadalīta arī iniciācijā, pagarināšanā un terminācijā), ar dažām atšķirībām promocijas reģionu identitātē un RNS polimerāzei nepieciešamajiem transkripcijas faktoriem veikt savas funkcijas.

Lai arī promocijas reģioni var atšķirties starp dažādām prokariotu sugām, pastāv divas konservētas "vienprātības" secības, kuras var viegli identificēt -10 reģionā (TATAAT) un -35 reģionā (TTGACA) augšpus kodējošās sekvences.

Iniciācija

Tas ir atkarīgs no RNS polimerāzes σ apakšvienības, jo tas mediē mijiedarbību starp DNS un fermentu, padarot to spējīgu atpazīt promotoru sekvences. Iniciācija beidzas, kad tiek izlaisti daži abortifaktivi transkripti, kas satur apmēram 10 nukleotīdus.

Paildzinājums

Kad σ apakšvienība tiek atdalīta no fermenta, sākas pagarināšanas fāze, kas sastāv no mRNS molekulas sintēzes 5'-3 'virzienā (aptuveni 40 nukleotīdi sekundē).

Izbeigšana

Termiņu pārtraukšana prokariotos ir atkarīga no divu dažādu signālu veidiem: tā var būt atkarīga no Rho un Rho.

Rho atkarīgo proteīnu kontrolē šis proteīns, kas "seko" polimerāzei, virzoties uz priekšu RNS sintēzē, līdz tā iegūst secību, kas bagāta ar guanīniem (G), apstājas un nonāk saskarē ar Rho proteīnu. atdaloties no DNS un mRNS.

Rho neatkarīgo izbeigšanu kontrolē specifiskas gēna sekvences, parasti bagātas ar guanīna-citozīna (GC) atkārtojumiem.

Atsauces

1. Alberts, B., Džonsons, A., Lūiss, J., Rafs, M., Roberts, K., un Valters, P. (2007). Šūnas molekulārā bioloģija. Garland zinātne. Ņujorka, 1392. gads.
2. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Ievads ģenētiskajā analīzē. Makmillans.
3. Lodish, H., Berks, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). Molekulāro šūnu bioloģija. Makmillans.
4. Nelsons, DL, Lehingers, AL, & Cox, MM (2008). Lehingera bioķīmijas principi. Makmillans.
5. Rozenbergs, LE un Rozenbergs, DD (2012). Cilvēka gēni un genomi: zinātne. Veselība, sabiedrība, 317-338.
6. Šafejs, T., un Lowe, R. (2017). Eikariotu un prokariotu gēnu struktūra. Wiki Journal of Medicine, 4 (1), 2.
7. McGraw-Hill Animations, youtube.com. DNS transkripcija un tulkošana.