DNR TRANSKRIPCIJA: PROCESAS EUKARIOTUOSE IR PROKARIOTUOSE - BIOLOGIJA - 2025

DNR transkripcijos yra procesas, kurio metu esančius deoksiribonukleorūgšties informacija nukopijuojama, nes panašaus molekulės, RNR, arba kaip žingsnį į baltymų sintezę arba RNR molekulių, dalyvaujančių formuojant daugybiniai ląsteliniai procesai, turintys didelę reikšmę (genų ekspresijos reguliavimas, signalizavimas ir kt.).

Netiesa, kad visi organizmo genai koduoja baltymus, tačiau tiesa, kad visus ląstelės baltymus, nesvarbu, ar tai būtų eukariotiniai, ar prokariotiniai, užkoduoja vienas ar keli genai, kur kiekviena aminorūgštis yra žymima trijų DNR bazių (kodono) rinkinys.

Eukariotinių genų apdorojimas (Šaltinis: Leonidas 2 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) per „Wikimedia Commons“)

Bet kurio ląstelinio baltymo polipeptidinės grandinės sintezė vyksta dėl dviejų pagrindinių procesų: transkripcijos ir transliacijos; abu yra labai reguliuojami, nes jie yra du procesai, turintys didelę reikšmę bet kurio gyvo organizmo funkcionavimui.

Kas yra DNR transkripcija?

Transkripcija apima RNR molekulės, vadinamos „pasiuntinio RNR“ (mRNR), „šablono“ susidarymą iš „standartinės“ sekos, užkoduotos DNR regione, atitinkančiame transkriptuojamą geną.

Šį procesą vykdo fermentas, vadinamas RNR polimeraze, kuris atpažįsta specialias DNR sekos vietas, jungiasi prie jų, atidaro DNR grandinę ir sintezuoja RNR molekulę, naudodamas vieną iš šių komplementarių DNR grandžių kaip šabloną arba modelis, net kai susiduria su kita ypatinga sustojimo seka.

Kita vertus, vertimas yra baltymų sintezės procesas. Tai susideda iš informacijos, skaitytos mRNR, kuri buvo perrašyta iš geno, „nuskaitymo“, DNR kodonų „vertimo“ į aminorūgštis ir polipeptido grandinės formavimo.

MRNR nukleotidų sekų vertimas atliekamas fermentų, žinomų kaip aminoacil-tRNR sintetazės, dėka kitų RNR molekulių, vadinamų „perdavimo RNR“ (tRNR), kurios yra antikodonai kodonų, esančių MRNR, kurios yra ištikima geno DNR sekos kopija.

Transkripcija eukariotuose (procesas)

Transkripcijos metu eukariotuose DNR naudojama kaip šablonas, kuriant enzimo RNR polimerazės pagalba pasiuntinės RNR grandinę.

Eukariotų ląstelėse transkripcijos procesas vyksta branduolyje, kuris yra pagrindinė tarpląstelinė organelė, kurioje DNR yra chromosomų pavidalu. Jis prasideda geno, koduojančio vienos juostos molekulę, vadinamą pasiuntinio RNR (mRNR), koduojančios srities „kopija“.

Kadangi DNR yra ribojama minėtuose organeliuose, mRNR molekulės veikia kaip tarpininkai ar pernešėjai perduodant genetinę žinią iš branduolio į citozolį, kur įvyksta RNR vertimas ir visa biosintetinė baltymų sintezės mašina ( ribosomos).

- Kaip yra eukariotiniai genai?

Geną sudaro DNR seka, kurios savybės lemia jo funkciją, nes minėtos sekos nukleotidų eiliškumas lemia jo transkripciją ir vėlesnį vertimą (tais atvejais, kai koduojami baltymai).

Kai genas perrašomas, tai yra, kai jo informacija yra nukopijuota RNR pavidalu, rezultatas gali būti nekoduojanti RNR (cRNR), turinti tiesiogines funkcijas reguliuojant genų ekspresiją, signalizuojant ląsteles ir kt. arba tai gali būti pasiuntinioji RNR (mRNR), kuri vėliau bus perteikta į aminorūgščių seką peptide.

Eukariotų geno struktūros vaizdavimas (Šaltinis: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) per „Wikimedia Commons“)

Ar genas turi funkcinį produktą RNR ar baltymo pavidalu, priklauso nuo tam tikrų jo sekos elementų ar regionų.

Genuose, eukariotiniuose arba prokariotiniuose, yra dvi DNR grandinės, viena vadinama „juslinė“ grandine, o kita - „antisense“. Fermentai, atsakingi už šių sekų transkripciją, „skaito“ tik vieną iš dviejų sruogų, paprastai „prasminę“ arba „koduojančią“ grandinę, turinčią 5'– 3 ’„ kryptį “.

Kiekvieno geno galai turi reguliavimo sekas:

- jei sekos yra prieš kodavimo sritį (tą, kuri bus transkribuota), jos yra žinomos kaip „promotoriai“

- jei juos skiria daugybė kilobazių, jie gali „nutildyti“ arba „sustiprinti“

- tos sekos, kurios yra arčiausiai 3 'srities genų, paprastai yra terminatorių sekos, kurios nurodo polimerazei, kad ji turi sustoti ir baigti transkripciją (arba, atsižvelgiant į atvejį, replikaciją).

Promotoriaus sritis yra padalinta į distalinę ir proksimalinę, atsižvelgiant į artumą koduojančiam regionui. Būtent 5 'geno gale yra vieta, kurią atpažįsta RNR polimerazės fermentas ir kiti baltymai, norėdami inicijuoti transkripciją iš DNR į RNR.

Proksimalinėje promotoriaus dalyje gali jungtis transkripcijos veiksniai, kurie turi galimybę modifikuoti fermento afinitetą transkribuotai sekai, taigi jie yra atsakingi už teigiamą arba neigiamą genų transkripcijos reguliavimą.

Enhanceris ir triukšmo slopinimo regionai taip pat yra atsakingi už geno transkripcijos reguliavimą modifikuodami promotoriaus regionų „aktyvumą“ juos jungdamiesi su aktyvatoriais arba represoriaus elementais „prieš srovę“ nuo koduojančios geno sekos.

Sakoma, kad eukariotiniai genai visada yra „išjungiami“ arba „represuojami“ pagal nutylėjimą, todėl norint juos ekspresuoti (perrašyti), juos reikia aktyvuoti pagal promotoriaus elementus.

- Kas atsakingas už transkripciją?

Kad ir koks būtų organizmas, transkripciją vykdo fermentų grupė, vadinama RNR polimerazėmis, kurios, panašiai kaip fermentai, atsakingi už DNR replikaciją, kai ląstelė ruošiasi dalintis, specializuojasi RNR grandinės sintezėje. iš vienos iš transkribuoto geno DNR grandžių.

RNR polimerazės yra dideli fermentų kompleksai, sudaryti iš daugelio subvienetų. Yra įvairių tipų:

- RNR polimerazė I (Pol I): kurie perrašo genus, koduojančius „didįjį“ ribosomų subvienetą.

- RNR polimerazė II (Pol II): kurie perrašo genus, koduojančius baltymus, ir gamina mikro RNR.

- RNR polimerazė III (Pol III): sukuriančios pernešimo RNR, naudojamas transliacijos metu, taip pat RNR, atitinkančią mažą ribosomos subvienetą.

- RNR polimerazė IV ir V (Pol IV ir Pol V): jie būdingi augalams ir yra atsakingi už mažų trukdančių RNR transkripciją.

- Koks yra procesas?

Eukariotų geno transkripcija (Šaltinis: Erinp.5000 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) per „Wikimedia Commons“)

Genetinė transkripcija yra procesas, kurį galima ištirti padalinus į tris fazes: iniciacija, pailgėjimas ir pabaiga.

Iniciacija

Iniciacijos metu promotoriaus regionas geno promotoriaus regionas veikia kaip RNR polimerazės atpažinimo vieta. Čia kontroliuojama didžioji dalis genetinės išraiškos

RNR polimerazė (tarkime, RNR polimerazė II) jungiasi prie promotoriaus srities, susidedančios iš 6-10 bazių porų, esančių 5 'geno gale, sekos, paprastai apie 35 bazės porų. transkripcijos pradžios svetainės.

RNR polimerazės sąjunga lemia DNR dvigubos spiralės „atsidarymą“, atskiriančią papildomas gijas. RNR sintezė prasideda toje vietoje, kuri vadinama „iniciacijos vieta“, ir vyksta 5'-3 'kryptimi, tai yra „pasroviui“ arba iš kairės į dešinę (pagal susitarimą).

RNR polimerazių tarpininkaujamos transkripcijos pradžia priklauso nuo to, ar tuo pačiu metu yra baltymų transkripcijos veiksnių, žinomų kaip bendrieji transkripcijos veiksniai, kurie prisideda prie fermento „išsidėstymo“ promotoriaus regione.

Kai fermentas pradeda polimerizuotis, jis „išsiskiria“ iš promotoriaus sekos ir bendrų transkripcijos veiksnių.

Pailgėjimas

Pailgėjimo metu RNR polimerazė slenka žemyn grandine, kuri tarnauja kaip šablonas

Tai įvyksta, kai RNR polimerazė „juda“ palei DNR seką ir prideda ribonukleotidus, papildančius DNR grandinę, kuri tarnauja kaip „šablonas“ augančioje RNR. Kai RNR polimerazė „praeina“ per DNR grandinę, ji vėl prisijungia prie savo antisense grandinės.

RNR polimerazės vykdoma polimerizacija susideda iš nukleofilinių deguonies išpuolių augančios RNR grandinės 3 'padėtyje prie kito pridedamo nukleotido pirmtako fosfato "alfa", susidarant fosfodiesteriniams ryšiams ir išlaisvinant pirofosfato molekulė (PPi).

Rinkinys, kurį sudaro DNR grandinė, RNR polimerazė ir susidaranti RNR grandinė, yra žinomas kaip transkripcijos burbulas ar kompleksas.

Nutraukimas

Kai RNR polimerazė pasiekia galinę geno sritį, transkripcijos pasiuntinio RNR yra baigta. Tada RNR polimerazė, DNR grandinė ir transkripcijos pasiuntinio RNR išsiskiria

Nutraukimas įvyksta, kai polimerazė pasiekia terminų seką, kuri logiškai yra „pasroviui“ nuo transkripcijos inicijavimo vietos. Kai tai įvyksta, tiek fermentas, tiek sintezuota RNR „atsiskiria“ nuo perrašomos DNR sekos.

Baigimo sritį paprastai sudaro DNR seka, galinti „sulankstyti“ save, sudarydama „plaukų segtuko kilpos“ tipo struktūrą.

Po nutraukimo susintetinta RNR grandinė yra žinoma kaip pirminis nuorašas, kuris išsiskiria iš transkripcijos komplekso, po to jis gali būti perdirbtas po transkripcijos (prieš transliaciją į baltymą, jei taikytina) per procesas, vadinamas „pjovimu ir sujungimu“.

Transkripcija prokariotuose (procesas)

Kadangi prokariotinės ląstelės neturi membranos uždaryto branduolio, transkripcija vyksta citozolyje, konkrečiai „branduoliniame“ regione, kuriame yra sukoncentruota chromosomų DNR (bakterijos turi apvalią chromosomą).

Tokiu būdu tam tikrame baltyme citozolinė koncentracija padidėja žymiai greičiau prokariotuose nei eukariotuose, nes transkripcijos ir transliacijos procesai vyksta tame pačiame skyriuje.

- Kaip atrodo prokariotiniai genai?

Prokariotiniai organizmai turi genus, kurie yra labai panašūs į eukariotus: pirmieji taip pat naudoja transkripcijai promotorius ir reguliuojančius regionus, nors svarbų skirtumą turi tas faktas, kad promotoriaus regiono dažnai pakanka norint „stipriai“ išreikšti genai.

Šia prasme svarbu paminėti, kad paprastai prokariotiniai genai visada yra „įjungti“ pagal nutylėjimą.

Promotoriaus regionas yra susijęs su kitu regionu, paprastai „prieš srovę“, kurį reguliuoja represoriaus molekulės ir kuris yra žinomas kaip „operatoriaus regionas“.

Prokariotų geno struktūros vaizdavimas (Šaltinis: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) per „Wikimedia Commons“)

Prokariotų ir eukariotų transkripcijos skirtumas yra tas, kad paprastai eukariotų pasiuntinių RNR yra monocistroniškos, tai yra, kiekvienoje iš jų yra informacija, skirta sintetinti vieną baltymą, tuo tarpu prokariotuose tai gali būti monokistroniniai arba policistristriniai, kai tik vienas MRNR gali būti informacija apie du ar daugiau baltymų.

Taigi, gerai žinoma, kad prokariotiniai genai, koduojantys baltymus, turinčius panašias metabolines funkcijas, pavyzdžiui, randami grupėse, žinomose kaip operonai, kurie tuo pat metu yra perrašomi į vienos molekulės formą pasiuntinės RNR.

Prokariotiniai genai yra tankiai supakuoti, be daugybės nekoduojančių regionų tarp jų, taigi, kai jie bus perrašyti į linijinės pasiuntinės RNR molekules, juos būtų galima nedelsiant paversti baltymais (eukariotines mRNR dažnai reikia toliau apdoroti).

- Kaip yra prokariotų RNR polimerazė?

Prokariotiniai organizmai, tokie kaip bakterijos, pavyzdžiui, naudoja tą patį RNR polimerazės fermentą, kad perrašytų visus savo genus, tai yra tuos, kurie koduoja ribosomų subvienetus, ir tuos, kurie koduoja skirtingus ląstelių baltymus.

E. coli bakterijose RNR polimerazę sudaro 5 polipeptido subvienetai, iš kurių du yra identiški. Α, α, β, β subvienetai sudaro centrinę fermento dalį ir susirenka bei išardomi kiekvieno transkripcijos metu.

Α subvienetai yra tie, kurie leidžia sujungti DNR ir fermentą; β subvienetas jungiasi su trifosfato ribonukleotidais, kurie bus polimerizuojami pagal DNR šabloną besiformuojančioje mRNR molekulėje, o β subvienetas jungiasi prie minėtos šablono DNR grandinės.

Penktasis subvienetas, žinomas kaip σ, dalyvauja inicijuojant transkripciją ir yra tas, kuris suteikia polimerazei specifiškumą.

- Koks yra procesas?

Prokariotų transkripcija yra labai panaši į eukariotų transkripciją (ji taip pat skirstoma į iniciaciją, pailgėjimą ir pabaigą), turint tam tikrų skirtumų tarp promotoriaus regionų tapatumo ir transkripcijos veiksnių, reikalingų RNR polimerazei, tapatumo vykdyti savo funkcijas.

Nors promotoriaus regionai gali skirtis tarp skirtingų prokariotų rūšių, yra dvi konservuotos „konsensuso“ sekos, kurias galima lengvai atpažinti -10 srityje (TATAAT) ir –35 srityje (TTGACA) prieš kodavimo seką.

Iniciacija

Tai priklauso nuo RNR polimerazės σ subvieneto, nes ji tarpininkauja DNR ir fermento sąveikai, todėl ji gali atpažinti promotoriaus sekas. Iniciacija pasibaigia, kai išsiskiria kai kurie maždaug 10 nukleotidų abortą sukeliantys nuorašai, kurie išsiskiria.

Pailgėjimas

Kai σ subvienetas atsiskiria nuo fermento, prasideda pailgėjimo fazė, kurią sudaro mRNR molekulės sintezė 5'-3 'kryptimi (maždaug 40 nukleotidų per sekundę).

Nutraukimas

Nutraukimas prokariotuose priklauso nuo dviejų skirtingų tipų signalų. Tai gali būti priklausoma nuo Rho ir Rho.

Nuo Rho priklausomą baltymą kontroliuoja šis baltymas, kuris „seka“ polimerazę, vykstant RNR sintezei, kol pastaroji gauna seką, kurioje gausu guaninų (G), sustoja ir susiliečia su Rho baltymu. atsiribojant nuo DNR ir mRNR.

Nuo Rho nepriklausomas pasibaigimas kontroliuojamas specifinėmis genų sekomis, paprastai turinčiomis daug guanino-citozino (GC) pakartojimų.

Nuorodos

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. ir Walter, P. (2007). Ląstelės molekulinė biologija. Girlianda mokslas. Niujorkas, 1392 m.
2. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT ir Miller, JH (2005). Įvadas į genetinę analizę. Macmillanas.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… ir Matsudaira, P. (2008). Molekulinių ląstelių biologija. Macmillanas.
4. Nelsonas, D. L., Lehningeris, AL ir „Cox“, MM (2008). Lehningerio biochemijos principai. Macmillanas.
5. Rosenberg, LE ir Rosenberg, D. D. (2012). Žmogaus genai ir genomai: mokslas. Sveikata, visuomenė, 317-338.
6. Shafee, T., ir Lowe, R. (2017). Eukariotų ir prokariotų genų struktūra. „Wiki Journal of Medicine“, 4 (1), 2.
7. „McGraw-Hill Animations“, youtube.com. DNR transkripcija ir vertimas.