DNA-TRANSKRIPSJON: PROSESS I EUKARYOTER OG PROKARYOTER - BIOLOGI - 2026

Den transkripsjon av DNA er den prosess ved hvilken informasjonen i deoksyribonukleinsyre som er kopiert en lignende molekyl, RNA, enten som et trinn for å proteinsyntese eller for dannelsen av RNA molekyler som er involvert i flere cellulære prosesser av stor betydning (regulering av genuttrykk, signalering, etc.).

Selv om det ikke er sant at alle genene i en organisme koder for proteiner, er det riktig at alle proteinene i en celle, enten eukaryotisk eller prokaryotisk, er kodet av ett eller flere gener, der hver aminosyre er representert av en sett med tre DNA-baser (kodon).

Behandling av eukaryote gener (Kilde: Leonid 2 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)

Syntese av polypeptidkjeden som tilhører et hvilket som helst cellulært protein skjer takket være to grunnleggende prosesser: transkripsjon og translasjon; begge er veldig regulert, siden de er to prosesser av stor betydning for funksjonen til enhver levende organisme.

Hva er DNA-transkripsjon?

Transkripsjon innebærer dannelse av en "mal" for et RNA-molekyl kjent som "messenger RNA" (mRNA) fra "master" -sekvensen som er kodet i DNA-regionen som tilsvarer genet som skal transkriberes.

Denne prosessen utføres av et enzym kalt RNA-polymerase, som gjenkjenner spesielle steder i DNA-sekvensen, binder seg til dem, åpner DNA-strengen og syntetiserer et RNA-molekyl ved bruk av en av disse komplementære DNA-strengene som en mal eller mønster, selv når det møter en annen spesiell stoppsekvens.

Oversettelse er derimot prosessen som proteinsyntese skjer gjennom. Det består av "lesing" av informasjonen i mRNA som ble transkribert fra et gen, "oversettelse" av DNA-kodonene til aminosyrer og dannelse av en polypeptidkjede.

Oversettelsen av nukleotidsekvensene til mRNA utføres av enzymer kjent som aminoacyl-tRNA-syntetaser, takket være deltakelsen av andre RNA-molekyler kjent som "transfer RNA" (tRNA), som er antikodoner av kodonene som er inneholdt i MRNA, som er en tro kopi av DNA-sekvensen til et gen.

Transkripsjon i eukaryoter (prosess)

Under transkripsjon i eukaryoter brukes DNA som en mal for å lage en streng med messenger-RNA ved hjelp av enzymet RNA-polymerase.

I eukaryote celler skjer transkripsjonsprosessen i kjernen, som er den viktigste intracellulære organellen der DNA er inneholdt i form av kromosomer. Det begynner med "kopien" av det kodende området av genet som blir transkribert til et enkeltbåndsmolekyl kjent som messenger RNA (mRNA).

Siden DNA er innelukket i nevnte organelle, fungerer mRNA-molekylene som mellommenn eller transportører i overføringen av den genetiske meldingen fra kjernen til cytosol, der oversettelsen av RNA forekommer og hele det biosyntetiske maskineriet for proteinsyntese ( ribosomer).

- Hvordan er eukaryote gener?

Et gen består av en DNA-sekvens hvis egenskaper bestemmer dens funksjon, siden rekkefølgen på nukleotidene i nevnte sekvens er det som bestemmer transkripsjonen og den påfølgende translasjonen (i tilfelle de som koder for proteiner).

Når et gen blir transkribert, det vil si når dets informasjon blir kopiert i form av RNA, kan resultatet være et ikke-kodende RNA (cRNA), som har direkte funksjoner i reguleringen av genuttrykk, i cellesignalering, etc. eller det kan være et messenger-RNA (mRNA), som deretter vil bli oversatt til en aminosyresekvens i et peptid.

Representasjon av strukturen til et eukaryotisk gen (Kilde: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) via Wikimedia Commons)

Om et gen har et funksjonelt produkt i form av RNA eller protein, avhenger av visse elementer eller regioner som er til stede i dets sekvens.

Gener, eukaryotisk eller prokaryotisk, har to DNA-tråder, den ene kjent som “sens” -strengen og den andre “antisense”. Enzymene som er ansvarlige for transkripsjonen av disse sekvensene "leser" bare en av de to strengene, typisk "sens" eller "kodende" streng, som har en "retning" 5'-3 '.

Hvert gen har reguleringssekvenser i endene:

- Hvis sekvensene er før kodingsområdet (den som vil bli transkribert), er de kjent som "promotorer"

- hvis de er atskilt med mange kilobaser, kan de være "lydløs" eller "forbedre"

- de sekvensene som er nærmest 3'-regionen i genene er vanligvis terminatorsekvenser, som forteller polymerasen at den må stoppe og avslutte transkripsjon (eller replikasjon, som tilfellet kan være)

Promotorregionen er delt inn i distalt og proksimalt, i henhold til dets nærhet til det kodende området. Det er ved 5'-enden av genet og er stedet som RNA-polymerase-enzymet og andre proteiner anerkjenner for å initiere transkripsjon fra DNA til RNA.

I den proksimale delen av promoterregionen kan transkripsjonsfaktorer binde seg, som har evnen til å modifisere affiniteten til enzymet til sekvensen som skal transkriberes, og dermed er de ansvarlige for positiv eller negativ regulering av transkripsjonen av gener.

Forsterker- og lyddempingsregionene er også ansvarlige for å regulere gentranskripsjon ved å modifisere "aktiviteten" til promoterregionene ved deres binding med aktivator eller repressorelementer "oppstrøms" for kodingssekvensen til genet.

Det sies at eukaryote gener alltid er "slått av" eller "undertrykt" som standard, så de trenger aktivering av promoterelementer for å bli uttrykt (transkribert).

- Hvem har ansvaret for transkripsjonen?

Uansett organisme, blir transkripsjon utført av en gruppe enzymer kalt RNA-polymeraser, som på lik linje med enzymene som har ansvar for DNA-replikasjon når en celle er i ferd med å dele seg, spesialiserer seg i syntesen av en RNA-kjede fra en av DNA-strengene til genet som blir transkribert.

RNA-polymeraser er store enzymkomplekser som består av mange underenheter. Det er forskjellige typer:

- RNA-polymerase I (Pol I): som transkriberer genene som koder for den "store" ribosomale underenheten.

- RNA-polymerase II (Pol II): som transkriberer genene som koder for proteiner og produserer mikro-RNA.

- RNA-polymerase III (Pol III): som produserer overførings-RNA-er som ble brukt under translasjon og også RNA som tilsvarer den lille underenheten til ribosomet.

- RNA-polymerase IV og V (Pol IV og Pol V): disse er typiske for planter og er ansvarlige for transkripsjon av små forstyrrende RNA-er.

- Hva er prosessen?

Eukaryotisk gentranskripsjon (Kilde: Erinp.5000 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)

Genetisk transkripsjon er en prosess som kan studeres som delt inn i tre faser: initiering, forlengelse og avslutning.

Initiering

Under igangsettelse fungerer promoterregionen promoterregionen av genet som et gjenkjennelsessted for RNA-polymerase. Det er her mesteparten av det genetiske uttrykket kontrolleres

RNA-polymerase (si RNA-polymerase II) binder seg til sekvensen av promoterregionen, som består av en 6 til 10 basepar-strekning ved 5'-enden av genet, vanligvis rundt 35 basepar av transkripsjonsstartstedet.

Forbindelsen av RNA-polymerase fører til "åpningen" av DNA-dobbeltspiral, og separerer de komplementære strengene. RNA-syntese begynner på stedet kjent som "initieringsstedet" og forekommer i 5'-3'-retningen, det vil si "nedstrøms" eller fra venstre til høyre (etter konvensjon).

Initieringen av transkripsjon formidlet av RNA-polymeraser avhenger av den samtidige tilstedeværelsen av proteintranskripsjonsfaktorer kjent som generelle transkripsjonsfaktorer, som bidrar til "lokaliseringen" av enzymet i promoterregionen.

Etter at enzymet har begynt å polymerisere, blir det "skuret" fra både promotorsekvensen og generelle transkripsjonsfaktorer.

Forlengelse

Under forlengelse glir RNA-polymerase ned kjeden som fungerer som en mal

Det forekommer når RNA-polymerase "beveger seg" langs DNA-sekvensen og tilfører ribonukleotider komplementære til DNA-strengen som fungerer som en "mal" til det voksende RNA. Når RNA-polymerase "passerer" gjennom DNA-strengen, blir den igjen med sin antisense-streng.

Polymerisasjonen utført av RNA-polymerase består av nukleofile angrep av oksygen i 3 '-posisjonen til den voksende RNA-kjeden til fosfat "alfa" til den neste nukleotidforløperen som skal tilsettes, med den påfølgende dannelse av fosfodiesterbindinger og frigjøring av en pyrofosfatmolekyl (PPi).

Settet som består av DNA-strengen, RNA-polymerasen og den begynnende RNA-strengen er kjent som en transkripsjonsboble eller -kompleks.

Avslutning

Når RNA-polymerase når den terminale regionen av genet, er det transkripsjonelle messenger-RNA komplett. Deretter dissoserer RNA-polymerase, DNA-streng og transkripsjons-messenger-RNA

Avslutning oppstår når polymerasen når termineringssekvensen, som logisk er lokalisert "nedstrøms" fra transkripsjonsinitieringsstedet. Når dette skjer, blir både enzymet og det syntetiserte RNA "løsrevet" fra DNA-sekvensen som blir transkribert.

Avslutningsregionen består normalt av en DNA-sekvens som er i stand til å "brette" seg selv, og danne en "hårnålsløyfe" -struktur.

Etter terminering er den syntetiserte RNA-streng kjent som den primære transkripsjonen, som frigjøres fra transkripsjonskomplekset, hvoretter den eventuelt kan behandles etter transkripsjon (før dens translasjon til protein, hvis aktuelt) gjennom en prosess som kalles "skjæring og skjøting".

Transkripsjon i prokaryoter (prosess)

Siden prokaryotiske celler ikke har en membran-lukket kjerne, skjer transkripsjon i cytosol, spesifikt i det "kjernefysiske" området, der kromosomalt DNA er konsentrert (bakterier har et sirkulært kromosom).

På denne måten er økningen i den cytosoliske konsentrasjonen av et gitt protein vesentlig raskere i prokaryoter enn i eukaryoter, siden transkripsjons- og translasjonsprosessene forekommer i samme rom.

- Hvordan er prokaryote gener?

Prokaryotiske organismer har gener som ligner veldig på eukaryoter: førstnevnte bruker også promoter og regulatoriske regioner for transkripsjon, selv om en viktig forskjell har å gjøre med det faktum at promoterregionen ofte er tilstrekkelig til å oppnå et "sterkt" uttrykk for gener.

I denne forstand er det viktig å nevne at prokaryote gener generelt alltid er "på" som standard.

Promotorregionen er assosiert med en annen region, vanligvis "oppstrøms", som er regulert av repressormolekyler og er kjent som "operatørregionen."

Representasjon av strukturen til et prokaryotisk gen (Kilde: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) via Wikimedia Commons)

En forskjell i transkripsjon mellom prokaryoter og eukaryoter er at normalt messenger-RNA-ene for eukaryoter er monocistronic, det vil si at hver inneholder informasjonen for å syntetisere et enkelt protein, mens i prokaryoter kan disse være monocistronic eller polycistronic, hvor en enkelt MRNA kan inneholde informasjonen for to eller flere proteiner.

Således er det velkjent at prokaryote gener som koder for proteiner med lignende metabolske funksjoner, for eksempel, finnes i grupper kjent som operoner, som samtidig blir transkribert til en enkelt molekylform av messenger-RNA.

Prokaryotiske gener er tettpakket, uten mange ikke-kodende regioner mellom dem, så når de først er transkribert til lineære messenger-RNA-molekyler, kan de oversettes til protein umiddelbart (eukaryote mRNAer trenger ofte videre prosessering).

- Hvordan er prokaryotisk RNA-polymerase?

Prokaryote organismer som bakterier, for eksempel, bruker det samme RNA-polymeraseenzymet for å transkribere alle genene deres, det vil si de som koder for ribosomale underenheter og de som koder for forskjellige cellulære proteiner.

I E. coli-bakterier er RNA-polymerase sammensatt av 5 polypeptid-underenheter, hvorav to er identiske. Under- enhetene a, α, β, β 'omfatter den sentrale delen av enzymet og monteres og demonteres under hver transkripsjonshendelse.

Α-underenhetene er de som tillater forening mellom DNA og enzymet; p-underenheten binder seg til trifosfat-ribonukleotidene som vil bli polymerisert i henhold til DNA-malen i det begynnende mRNA-molekylet, og ß-underenheten binder seg til nevnte mal-DNA-streng.

Den femte underenheten, kjent som σ, deltar i initiering av transkripsjon og er den som gir spesifisiteten til polymerasen.

- Hva er prosessen?

Transkripsjon i prokaryoter er veldig lik den for eukaryoter (den er også delt inn i initiering, forlengelse og avslutning), med noen forskjeller i forhold til identiteten til promoterregionene og transkripsjonsfaktorene som er nødvendige for RNA-polymerase utøve sine funksjoner.

Selv om promoterregionene kan variere mellom forskjellige prokaryote arter, er det to konserverte "konsensus" -sekvenser som lett kan identifiseres i -10-regionen (TATAAT) og i -35-regionen (TTGACA) oppstrøms for kodingssekvensen.

Initiering

Det avhenger av σ-underenheten til RNA-polymerase, da den formidler interaksjonen mellom DNA og enzymet, noe som gjør det i stand til å gjenkjenne promotorsekvenser. Initieringen avsluttes når noen abortifacient transkripsjoner av omtrent 10 nukleotider produseres som frigjøres.

Forlengelse

Når σ-underenheten er løsrevet fra enzymet, begynner forlengelsesfasen, som består av syntesen av et mRNA-molekyl i 5'-3 '-retningen (omtrent 40 nukleotider per sekund).

Avslutning

Avslutning i prokaryoter avhenger av to forskjellige typer signaler, det kan være Rho-avhengig og Rho-uavhengig.

Det Rho-avhengige proteinet styres av dette proteinet som "følger" polymerasen når det går fremover i RNA-syntese til sistnevnte oppnår en sekvens rik på guaniner (G), stopper og kommer i kontakt med Rho-proteinet. dissosierer fra DNA og mRNA.

Rho-uavhengig terminering styres av spesifikke sekvenser av genet, vanligvis rik på guanin-cytosin (GC) repetisjoner.

referanser

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2007). Molekylærbiologi i cellen. Garland Science. New York, 1392.
2. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). En introduksjon til genetisk analyse. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A., … & Matsudaira, P. (2008). Molekylær cellebiologi. Macmillan.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-prinsippene for biokjemi. Macmillan.
5. Rosenberg, LE, & Rosenberg, DD (2012). Mennesker og gener: vitenskap. Helse, samfunn, 317-338.
6. Shafee, T., & Lowe, R. (2017). Eukaryotisk og prokaryotisk genstruktur. Wiki Journal of Medicine, 4 (1), 2.
7. McGraw-Hill-animasjoner, youtube.com. DNA-transkripsjon og oversettelse.