DNA-TRANSKRIPTIO: PROSESSI EUKARYOOTEISSA JA PROKARYOOTEISSA - BIOLOGIA - 2026

DNA: n transkriptiota on prosessi, jossa tiedot sisältyvät deoksiribonukleiinihappo kopioidaan samanlainen molekyyli, RNA: ta, joko askel proteiinisynteesiä tai muodostumisen RNA-molekyylien mukana useita tärkeitä soluprosesseja (geeniekspression säätely, signalointi jne.).

Vaikka ei ole totta, että kaikki organismin geenit koodaavat proteiineja, on totta, että kaikki solun proteiinit, olivatpa ne eukaryoottisia tai prokaryoottisia, koodaavat yksi tai useampi geeni, joissa kutakin aminohappoa edustaa joukko kolme DNA-emästä (kodoni).

Eukaryoottisten geenien käsittely (Lähde: Leonid 2 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) Wikimedia Commonsin kautta)

Minkä tahansa soluproteiiniin kuuluvan polypeptidiketjun synteesi tapahtuu kahden perustavanlaatuisen prosessin avulla: transkriptio ja translaatio; molemmat erittäin säännellyt, koska ne ovat kaksi prosessia, joilla on suuri merkitys minkä tahansa elävän organismin toiminnalle.

Mikä on DNA-transkriptio?

Transkriptio käsittää "templaatin" muodostumisen RNA-molekyylille, joka tunnetaan nimellä "lähetti-RNA" (mRNA) "standardista" sekvenssistä, joka koodataan DNA-alueella, joka vastaa transkriptoitavaa geeniä.

Tämän prosessin suorittaa entsyymi, nimeltään RNA-polymeraasi, joka tunnistaa DNA-sekvenssin erityiset paikat, sitoutuu niihin, avaa DNA-juosteen ja syntetisoi RNA-molekyylin käyttämällä yhtä näistä komplementaarisista DNA-juosteista templaattina tai kuvio, jopa kun se kohtaa toisen erityisen pysäytysjakson.

Translaatio puolestaan ​​on prosessi, jonka kautta proteiinisynteesi tapahtuu. Se koostuu geenistä transkriptoidun mRNA: n sisältämän informaation "lukemisesta", DNA-kodonien "translaatiosta" aminohapoiksi ja polypeptidiketjun muodostumisesta.

MRNA: n nukleotidisekvenssien translaatio suoritetaan entsyymeillä, jotka tunnetaan aminoasyyli-tRNA-syntetaaseina, muiden "siirto-RNA: na" (tRNA) tunnettujen RNA-molekyylien osallistumisen ansiosta, jotka ovat antikoodit kodoneista, jotka sisältyvät MRNA, jotka ovat uskollinen kopio geenin DNA-sekvenssistä.

Transkriptio eukaryooteissa (prosessi)

Eukaryooteissa tapahtuvan transkription aikana DNA: ta käytetään templaattina messenger-RNA-juosteen luomiseksi RNA-entsyymi-polymeraasin avulla.

Eukaryoottisoluissa transkriptioprosessi tapahtuu ytimessä, joka on tärkein solunsisäinen organeli, jossa DNA sisältyy kromosomien muotoon. Se alkaa geenin koodaavan alueen "kopiolla", joka transkriptoidaan yksikaistaiseksi molekyyliksi, joka tunnetaan nimellä lähetti-RNA (mRNA).

Koska DNA on rajattu mainittuun organelliin, mRNA-molekyylit toimivat välittäjinä tai kuljettajina geneettisen viestin siirtämisessä ytimestä sytosoliin, missä tapahtuu RNA: n translaatio ja koko biosynteettinen kone proteiinisynteesiä varten (ribosomien).

- Millaiset ovat eukaryoottiset geenit?

Geeni koostuu DNA-sekvenssistä, jonka ominaisuudet määräävät sen toiminnan, koska mainitun sekvenssin nukleotidien järjestys on se, mikä määrää sen transkription ja myöhemmän translaation (sellaisissa, jotka koodaavat proteiineja).

Kun geeni transkriptoidaan, ts. Kun sen tietoja kopioidaan RNA: n muodossa, seurauksena voi olla ei-koodaava RNA (cRNA), jolla on suorat toiminnot geeniekspression säätelyssä, solusignaloinnissa jne. tai se voi olla lähetti-RNA (mRNA), joka sitten transloidaan aminohapposekvenssiksi peptidissä.

Eukaryoottisen geenin rakenteen esitys (Lähde: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) Wikimedia Commonsin kautta)

Se, onko geenillä funktionaalinen tuote RNA: n tai proteiinin muodossa, riippuu tietyistä sen sekvenssissä läsnä olevista elementeistä tai alueista.

Geeneillä, eukaryoottisilla tai prokaryoottisilla, on kaksi DNA-juostetta, joista toinen tunnetaan nimellä "sens"-juoste ja toinen "antisense". Näiden sekvenssien transkriptiosta vastaavat entsyymit "lukevat" vain yhden kahdesta juosteesta, tyypillisesti "senssi-" tai "koodaavan" juosteen, jolla on "suunta" 5'-3 '.

Jokaisella geenillä on säätelysekvenssit päissään:

- jos sekvenssit ovat ennen koodaavaa aluetta (se, joka transkriptoidaan), niitä kutsutaan "promoottoreiksi"

- jos ne ovat erotettu monista kilobaseista, ne voivat "vaimentaa" tai "parantaa"

- sekvenssit, jotka ovat lähinnä geenien 3'-aluetta, ovat yleensä terminaattorisekvenssejä, jotka kertovat polymeraasille, että sen on lopetettava ja lopetettava transkriptio (tai replikaatio tapauksen mukaan)

Promoottorialue on jaettu distaaliseen ja proksimaaliseen sen läheisyyden mukaan koodaavaan alueeseen. Se on geenin 5'-päässä ja on paikka, jonka RNA-polymeraasientsyymi ja muut proteiinit tunnistavat aloittavan transkription DNA: sta RNA: han.

Promoottorialueen proksimaalisessa osassa transkriptiotekijät voivat sitoutua, joilla on kyky modifioida entsyymin affiniteettia transkriptoitavaan sekvenssiin, joten ne vastaavat positiivisesti tai negatiivisesti geenien transkription säätelystä.

Voimistaja- ja äänenvaimennusalueet ovat myös vastuussa geenin transkription säätelemisestä modifioimalla promoottorialueiden "aktiivisuutta" sitoutumalla aktivaattoriin tai repressorielementteihin "ylävirtaan" geenin koodaavasta sekvenssistä.

Sanotaan, että eukaryoottiset geenit on aina "kytketty pois päältä" tai "tukahdutettu" oletuksena, joten ne tarvitsevat aktivoinnin promoottorielementeillä ekspressoimiseksi (transkriptioksi).

- Kuka vastaa transkriptiosta?

Organismista riippumatta, transkription suorittaa entsyymien ryhmä, nimeltään RNA-polymeraaseja, jotka erikoistuvat RNA-ketjun synteesiin, samoin kuin entsyymit, jotka vastaavat DNA: n replikaatiosta solun ollessa jakautumassa. yhdestä transkriptoitavan geenin DNA-juosteesta.

RNA-polymeraasit ovat suuria entsyymikomplekseja, jotka koostuvat monista alayksiköistä. On erityyppisiä:

- RNA-polymeraasi I (Pol I): jotka transkriptoivat geenejä, jotka koodaavat "suurta" ribosomaalista alayksikköä.

- RNA-polymeraasi II (Pol II): joka transkriboi proteiineja koodaavia geenejä ja tuottaa mikro-RNA: ita.

- RNA-polymeraasi III (Pol III): joka tuottaa translaation aikana käytettyjä siirto-RNA: ita ja myös RNA: ta, joka vastaa ribosomin pientä alayksikköä.

- RNA-polymeraasi IV ja V (Pol IV ja Pol V): nämä ovat tyypillisiä kasveille ja ovat vastuussa pienten häiritsevien RNA: ien transkriptiosta.

- Mikä on prosessi?

Eukaryoottisen geenin transkriptio (Lähde: Erinp.5000 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) Wikimedia Commonsin kautta)

Geneettinen transkriptio on prosessi, joka voidaan tutkia jakautuneena kolmeen vaiheeseen: aloitus, pidennys ja lopetus.

aloittamista

Aloituksen aikana promoottorialue geenin promoottorialue toimii RNA-polymeraasin tunnistuskohtana. Täällä suurin osa geneettisestä ekspressiosta hallitaan

RNA-polymeraasi (sanotaan RNA-polymeraasi II) sitoutuu promoottorialueen sekvenssiin, joka koostuu 6-10 emäsparin jaksosta geenin 5'-päässä, yleensä noin 35 emäsparin päässä transkription aloituskohdasta.

RNA-polymeraasin liitos johtaa DNA-kaksoiskierukan "aukkoon", erottaen komplementaariset juosteet. RNA-synteesi alkaa kohdasta, joka tunnetaan nimellä "aloituskohta" ja tapahtuu 5'-3'-suunnassa, ts. "Alavirtaan" tai vasemmalta oikealle (sopusoinnussa).

RNA-polymeraasien välittämän transkription aloittaminen riippuu samanaikaisesta läsnäolosta proteiinitranskriptiotekijöinä, joita kutsutaan yleisiksi transkriptiotekijöiksi, jotka edistävät entsyymin "sijaintia" promoottorialueella.

Sen jälkeen kun entsyymi on alkanut polymeroitua, se "irtoaa" sekä promoottorisekvenssistä että yleisistä transkriptiotekijöistä.

pidentäminen

Pidennysten aikana RNA-polymeraasi liukuu alas ketjunä, joka toimii templaattina

Se tapahtuu, kun RNA-polymeraasi "liikkuu" pitkin DNA-sekvenssiä ja lisää ribonukleotideja, jotka ovat komplementaarisia DNA-juosteelle, joka toimii "templaattina" kasvavaan RNA: han. Kun RNA-polymeraasi "kulkee" DNA-juosteen läpi, se liittyy uudelleen antisense-juosteeseensa.

RNA-polymeraasin suorittama polymerointi koostuu kasvavan RNA-ketjun asemassa 3 'olevista hapen nukleofiilisistä hyökkäyksistä seuraavan lisättävän nukleotidin edeltäjän fosfaatin "alfa" kanssa, minkä seurauksena muodostuu fosfodiesterisidoksia ja vapautuu pyrofosfaattimolekyyli (PPi).

Sarja, joka koostuu DNA-juosteesta, RNA-polymeraasista ja syntyvästä RNA-juosteesta, tunnetaan transkriptiokuplana tai kompleksina.

päättyminen

Kun RNA-polymeraasi saavuttaa geenin terminaalisen alueen, transkriptionaalinen lähetti-RNA on valmis. Sitten RNA-polymeraasi, DNA-juoste ja transkription välittäjä-RNA dissosioituvat

Lopetus tapahtuu, kun polymeraasi saavuttaa terminaatiosekvenssin, joka on loogisesti sijoitettu "alavirtaan" transkription aloituskohdasta. Kun tämä tapahtuu, sekä entsyymi että syntetisoitu RNA "irtoavat" transkriptoitavasta DNA-sekvenssistä.

Päätealue koostuu normaalisti DNA-sekvenssistä, joka kykenee "taittumaan" itsensä päälle muodostaen "hiusneula-silmukan" tyyppisen rakenteen.

Lopettamisen jälkeen syntetisoitu RNA-juoste tunnetaan primaarisena transkriptina, joka vapautuu transkriptiokompleksista, minkä jälkeen sitä voidaan prosessoida tai ei voida prosessoida jälkikäteen (ennen sen translaatiota proteiiniksi, jos sellainen on) prosessi nimeltään "leikkaus ja silmukointi".

Transkriptio prokaryooteissa (prosessi)

Koska prokaryoottisilla soluilla ei ole membraanilla suljettua ydintä, transkriptio tapahtuu sytosolissa, erityisesti "ytimen" alueella, jossa kromosomaalinen DNA on keskittynyt (bakteereilla on pyöreä kromosomi).

Tällä tavalla tietyn proteiinin sytosolipitoisuuden kasvu on huomattavasti nopeampaa prokaryooteissa kuin eukaryooteissa, koska transkriptio- ja translaatioprosessit tapahtuvat samassa osastossa.

- Millaiset ovat prokaryoottiset geenit?

Prokaryoottisilla organismeilla on geenejä, jotka ovat hyvin samanlaisia ​​kuin eukaryootit: entiset käyttävät myös promoottoria ja säätelyalueita niiden transkriptioon, vaikka tärkeä ero liittyy siihen tosiasiaan, että promoottorialue on usein riittävä saavuttamaan "voimakkaan" geenejä.

Tässä mielessä on tärkeätä mainita, että yleensä prokaryoottiset geenit ovat aina "päällä" oletuksena.

Promoottorialue liittyy toiseen alueeseen, yleensä "ylävirtaan", jota säätelevät repressorimolekyylit ja tunnetaan "operaattorialueena".

Prokaryoottisen geenin rakenteen esitys (Lähde: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) Wikimedia Commonsin kautta)

Ero prokaryootien ja eukaryootien välillä on, että normaalisti eukaryoottien lähetti-RNA: t ovat monokistronisia, ts. Kukin sisältää informaation yhden proteiinin syntetisoimiseksi, kun taas prokaryooteissa nämä voivat olla monokistronisia tai monisistronisia, jolloin vain yksi MRNA voi sisältää tietoja kahdesta tai useammasta proteiinista.

Siksi on hyvin tunnettua, että esimerkiksi prokaryoottiset geenit, jotka koodaavat proteiineja, joilla on samanlaisia ​​metabolisia funktioita, löytyvät ryhmistä, joita kutsutaan operoneiksi, jotka samanaikaisesti transkriptoidaan Messenger-RNA: n yksittäiseen molekyylimuotoon.

Prokaryoottiset geenit pakataan tiheästi, ilman että niiden välillä on monia koodaamattomia alueita, joten kun ne on transkriptoitu lineaarisiksi lähetti-RNA-molekyyleiksi, ne voidaan muuttaa proteiiniksi välittömästi (eukaryoottiset mRNA: t tarvitsevat usein lisäprosessointia).

- Kuinka prokaryoottinen RNA-polymeraasi on?

Prokaryoottiset organismit, kuten esimerkiksi bakteerit, käyttävät samaa RNA-polymeraasientsyymiä kaikkien niiden geenien transkriptioon, ts. Niihin, jotka koodaavat ribosomaalisia alayksiköitä, ja niihin, jotka koodaavat erilaisia ​​soluproteiineja.

E. coli -bakteereissa RNA-polymeraasi koostuu viidestä polypeptidiyksiköstä, joista kaksi on identtisiä. A, a, β, β-alayksiköt käsittävät entsyymin keskiosan ja kokoontuvat ja purkautuvat kunkin transkriptiotapahtuman aikana.

A-alayksiköt ovat sellaisia, jotka sallivat liitoksen DNA: n ja entsyymin välillä; p-alayksikkö sitoutuu trifosfaatti-ribonukleotideihin, jotka polymeroidaan syntyvän mRNA-molekyylin DNA-templaatin mukaisesti, ja β-alayksikkö sitoutuu mainittuun templaatti-DNA-juosteeseen.

Viides alayksikkö, joka tunnetaan nimellä σ, osallistuu transkription aloittamiseen ja on se, joka antaa spesifisyyden polymeraasille.

- Mikä on prosessi?

Transkriptio prokaryooteissa on hyvin samankaltainen kuin eukaryootit (se on myös jaettu aloitukseen, pidentymiseen ja lopettamiseen), jossa on joitain eroja promoottorialueiden identiteetissä ja RNA-polymeraasille välttämättömissä transkriptiotekijöissä käyttävät tehtäviään.

Vaikka promoottorialueet voivat vaihdella eri prokaryoottisten lajien välillä, on olemassa kaksi konservoitunutta "konsensus" -sekvenssiä, jotka voidaan helposti tunnistaa -10-alueella (TATAAT) ja -35-alueella (TTGACA) ylävirtaan koodaavasta sekvenssistä.

aloittamista

Se riippuu RNA-polymeraasin σ-alayksiköstä, koska se välittää DNA: n ja entsyymin vuorovaikutusta tekemällä siitä kykenevän tunnistamaan promoottorisekvenssit. Aloitus päättyy, kun tuotetaan joitain noin 10 nukleotidin abortifaktiivisia kopioita, jotka vapautuvat.

pidentäminen

Kun σ-alayksikkö irtoaa entsyymistä, pidentymisvaihe alkaa, joka koostuu mRNA-molekyylin synteesistä 5'-3'-suunnassa (suunnilleen 40 nukleotidiä sekunnissa).

päättyminen

Päättäminen prokaryooteissa riippuu kahdesta erityyppisestä signaalista, se voi olla Rho-riippuvainen ja Rho-riippumaton.

Rho-riippuvaista proteiinia säätelee tämä proteiini, joka "seuraa" polymeraasia etenemään RNA-synteesissä, kunnes viimeksi mainittu saa aikaan sekvenssin, joka on rikas guaniinien (G), hidastuu ja tulee kosketukseen Rho-proteiinin kanssa. dissosioituminen DNA: sta ja mRNA: sta.

Rho-riippumattomia terminaatioita kontrolloivat geenin spesifiset sekvenssit, yleensä rikkaat guaniinisytosiini (GC) -toistoissa.

Viitteet

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., ja Walter, P. (2007). Solun molekyylibiologia. Garland Science. New York, 1392.
2. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT ja Miller, JH (2005). Johdanto geenianalyysiin. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… ja Matsudaira, P. (2008). Molekyylisolubiologia. Macmillan.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Biokemian Lehninger-periaatteet. Macmillan.
5. Rosenberg, LE ja Rosenberg, DD (2012). Ihmisen geenit ja perimät: Tiede. Health, Society, 317-338.
6. Shafee, T., ja Lowe, R. (2017). Eukaryoottinen ja prokaryoottinen geenirakenne. Wiki Journal of Medicine, 4 (1), 2.
7. McGraw-Hill-animaatiot, youtube.com. DNA: n transkriptio ja translaatio.