TRANSKRIPSYON NG DNA: PROSESO SA MGA EUKARYOTES AT PROKARYOTES - BIOLOGY - 2024

Ang transkripsyon ng DNA ay ang proseso kung saan ang impormasyong nilalaman sa deoxyribonucleic acid ay kinopya bilang isang katulad na molekula, RNA, alinman bilang isang hakbang sa synthesis ng protina o para sa pagbuo ng mga molekula ng RNA na kasangkot sa maraming mga proseso ng cellular na may kahalagahan (regulasyon ng expression ng gene, pagbibigay ng senyas, atbp.).

Kahit na hindi totoo na ang lahat ng mga gene ng isang organismo code para sa mga protina, totoo na ang lahat ng mga protina ng isang cell, eukaryotic o prokaryotic, ay naka-encode ng isa o higit pang mga gene, kung saan ang bawat amino acid ay kinakatawan ng isang hanay ng tatlong mga base DNA (codon).

Pagproseso ng eukaryotic gen (Pinagmulan: Leonid 2 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Ang synthesis ng polypeptide chain na kabilang sa anumang protina ng cellular ay nangyayari salamat sa dalawang pangunahing mga proseso: transkripsyon at pagsasalin; kapwa mataas na kinokontrol, dahil ang mga ito ay dalawang proseso ng malaking kahalagahan para sa paggana ng anumang buhay na organismo.

Ano ang transkripsyon ng DNA?

Ang transkripsyon ay nagsasangkot sa pagbuo ng isang "template" para sa isang molekula ng RNA na kilala bilang "messenger RNA" (mRNA) mula sa "standard" na pagkakasunod-sunod na naka-encode sa rehiyon ng DNA na naaayon sa gene na mai-transcribe.

Ang prosesong ito ay isinasagawa ng isang enzyme na tinatawag na RNA polymerase, na kinikilala ang mga espesyal na lugar sa pagkakasunud-sunod ng DNA, nagbubuklod sa kanila, binubuksan ang strand ng DNA at synthesize ang isang molekula ng RNA gamit ang isa sa mga pantulong na strands na DNA bilang isang template o pattern, kahit na nakatagpo ito ng isa pang espesyal na pagkakasunud-sunod ng paghinto.

Ang pagsasalin, sa kabilang banda, ay ang proseso kung saan nangyayari ang synthesis ng protina. Binubuo ito ng "pagbabasa" ng impormasyon na nilalaman sa mRNA na na-translate mula sa isang gene, ang "pagsasalin" ng mga DNA codon sa mga amino acid at ang pagbuo ng isang polypeptide chain.

Ang pagsasalin ng mga pagkakasunud-sunod ng nucleotide ng mRNA ay isinasagawa ng mga enzyme na kilala bilang aminoacyl-tRNA synthetases, salamat sa pakikilahok ng iba pang mga RNA molecule na kilala bilang "transfer RNA" (tRNA), na mga anticodon ng mga codon na nilalaman sa Ang MRNA, na isang tapat na kopya ng pagkakasunud-sunod ng DNA ng isang gene.

Transkripsyon sa eukaryotes (proseso)

Sa panahon ng transkripsyon sa eukaryotes, ang DNA ay ginagamit bilang isang template upang lumikha ng isang strand ng messenger RNA sa tulong ng enzyme na RNA polymerase.

Sa mga eukaryotic cells ang proseso ng transkripsyon ay nangyayari sa loob ng nucleus, na siyang pangunahing intracellular organelle kung saan ang DNA ay nakapaloob sa anyo ng mga kromosom. Nagsisimula ito sa "kopya" ng rehiyon ng coding ng gene na na-transcribe sa isang solong molekula ng banda na kilala bilang messenger RNA (mRNA).

Dahil ang DNA ay nakakulong sa sinabi na organelle, ang molekula ng mRNA ay gumaganap bilang mga tagapamagitan o transportasyon sa paghahatid ng mensahe ng genetic mula sa nucleus hanggang sa cytosol, kung saan nangyayari ang pagsasalin ng RNA at ang buong biosynthetic na makinarya para sa synt synthesis (ang ribosom).

- Ano ang mga eukaryotic gen?

Ang isang gene ay binubuo ng isang pagkakasunod-sunod ng DNA na ang mga katangian ay tumutukoy sa pag-andar nito, dahil ang pagkakasunud-sunod ng mga nucleotides sa nasabing pagkakasunod-sunod ay kung ano ang tumutukoy sa transkripsyon at kasunod na pagsasalin (sa kaso ng mga code na iyon para sa mga protina).

Kapag ang isang gene ay na-transcribe, iyon ay, kapag ang impormasyon nito ay nakopya sa anyo ng RNA, ang resulta ay maaaring isang non-coding RNA (cRNA), na may direktang pag-andar sa regulasyon ng expression ng gene, sa cell signaling, atbp. o maaari itong maging isang messenger RNA (mRNA), na pagkatapos ay isalin sa isang amino acid na pagkakasunud-sunod sa isang peptide.

Ang kinatawan ng istraktura ng isang eukaryotic gene (Pinagmulan: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Kung ang isang gene ay may isang gumaganang produkto sa anyo ng RNA o protina ay nakasalalay sa ilang mga elemento o rehiyon na nasa pagkakasunud-sunod nito.

Ang mga gen, eukaryotic o prokaryotic, ay may dalawang strand ng DNA, na isa na kilala bilang strand na "sense" at ang iba pang "antisense". Ang mga enzyme na responsable para sa transkripsyon ng mga pagkakasunud-sunod na "basahin" lamang ng isa sa dalawang strands, karaniwang ang "kahulugan" o "coding" strand, na may "direksyon" 5'-3 '.

Ang bawat gene ay may mga pagkakasunud-sunod ng regulasyon sa mga dulo nito:

- kung ang mga pagkakasunud-sunod ay bago ang rehiyon ng coding (ang mai-transcribe) kilala sila bilang "promoter"

- kung sila ay pinaghiwalay ng maraming kilobases, maaari silang "silencing" o "pagpapahusay"

- ang mga pagkakasunud-sunod na pinakamalapit sa rehiyon ng 3 'ng mga gene ay karaniwang mga pagkakasunud-sunod ng terminator, na nagsasabi sa polymerase na dapat itong ihinto at wakasan ang transkripsyon (o pagtitiklop, ayon sa maaaring mangyari)

Ang rehiyon ng promoter ay nahahati sa distal at proximal, ayon sa kalapit nito sa rehiyon ng coding. Ito ay sa dulo ng gene at ang site na kinilala ng RNA polymerase enzyme at iba pang mga protina upang simulan ang transkripsyon mula sa DNA hanggang RNA.

Sa proximal na bahagi ng rehiyon ng promoter, ang mga kadahilanan ng transkrip ay maaaring magbigkis, na may kakayahang baguhin ang pagkakaugnay ng enzyme sa pagkakasunud-sunod na mai-transcribe, sa gayon sila ay namamahala sa positibo o negatibong pag-regulate ng transkripsyon ng mga gene.

Ang mga enhancer at silencing na rehiyon ay may pananagutan din sa pag-regulate ng gen transkripsyon sa pamamagitan ng pagbabago ng "aktibidad" ng mga rehiyon ng promoter sa pamamagitan ng kanilang pag-iisa sa mga elemento ng activator o pang-aapi na "upstream" ng pagkakasunud-sunod ng coding ng gene.

Sinasabing ang mga eukaryotic genes ay palaging "naka-off" o "repressed" nang default, kaya kailangan nilang i-aktibo ng mga elemento ng promoter upang maipahayag (na-transcribe).

- Sino ang namamahala sa transkripsyon?

Anuman ang organismo, transkripsyon ay isinasagawa ng isang pangkat ng mga enzyme na tinatawag na RNA polymerases, na, na katulad ng mga enzyme na responsable para sa pagtitiklop ng DNA kapag ang isang cell ay malapit na hatiin, dalubhasa sa synthesis ng isang RNA chain mula sa isa sa mga strands ng DNA ng gene na na-transcribe.

Ang mga RNA polymerases ay malalaking mga complex ng enzyme na binubuo ng maraming mga subunits. Mayroong iba't ibang mga uri:

- RNA polymerase I (Pol I): na naglalimbag ng mga gen na naka-encode ng "malaking" ribosomal subunit.

- RNA polymerase II (Pol II): na naglalarawan ng mga genes na nag-encode ng mga protina at gumawa ng mga micro RNAs.

- RNA polymerase III (Pol III): na gumagawa ng paglipat ng mga RNA na ginamit sa pagsasalin at din ang RNA na naaayon sa maliit na subunit ng ribosom.

- RNA polymerase IV at V (Pol IV at Pol V): ang mga ito ay karaniwang mga halaman at may pananagutan sa transkripsyon ng maliit na nakakasagabal na mga RNA.

- Ano ang proseso?

Transkripsyon ng eukaryotic gene (Pinagmulan: Erinp.5000 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Ang genetic transkripsyon ay isang proseso na maaaring pag-aralan bilang nahahati sa tatlong yugto: pagsisimula, pagpahaba, at pagtatapos.

Pagtanggap sa bagong kasapi

Sa panahon ng pagsisimula ang promoter na rehiyon ang promoter na rehiyon ng gene ay gumana bilang isang site ng pagkilala para sa RNA polymerase. Dito kinokontrol ang karamihan sa expression ng genetic

Ang RNA polymerase (sabihin natin na RNA polymerase II) ay nagbubuklod sa pagkakasunud-sunod ng rehiyon ng promoter, na binubuo ng isang 6-10 na pares ng kahabaan sa 5 'dulo ng gen, karaniwang tungkol sa 35 na mga pares ng base ang layo ng site ng pagsisimula ng transkripsyon.

Ang unyon ng RNA polymerase ay humahantong sa "pagbubukas" ng dobleng helix ng DNA, na naghihiwalay sa mga pantulong na strand. Ang RNA synthesis ay nagsisimula sa site na kilala bilang "site ng pagsisimula" at nangyayari sa direksyon ng 5'-3 ', iyon ay, "downstream" o mula kaliwa hanggang kanan (sa pamamagitan ng kombensyon).

Ang pagsisimula ng transkripsyon na pinagsama ng RNA polymerases ay nakasalalay sa kaakibat na pagkakaroon ng mga salik na transkripsyon na kilala bilang pangkalahatang mga salik ng transkripsyon, na nag-aambag sa "lokasyon" ng enzyme sa rehiyon ng promoter.

Matapos magsimulang mag-polymerize ang enzyme, ito ay "malaglag" mula sa parehong pagkakasunud-sunod ng promoter at pangkalahatang mga kadahilanan ng transkripsyon.

Elongation

Sa panahon ng pagpahaba, ang RNA polymerase slide down ang chain na nagsisilbing isang template

Nangyayari ito habang ang "RNA polymerase" ay gumagalaw "kasama ang pagkakasunud-sunod ng DNA at nagdaragdag ng ribonucleotides na pantulong sa strand ng DNA na nagsisilbing isang" template "sa lumalaking RNA. Habang ang "RNA polymerase" ay pumasa "sa pamamagitan ng strand ng DNA, sinamahan nito ang antisense strand nito.

Ang polymerization na isinasagawa ng RNA polymerase ay binubuo ng mga pag-atake ng nucleophilic ng oxygen sa posisyon ng 3 'ng lumalaking chain ng RNA sa pospeyt na "alpha" ng susunod na nucleotide precursor na idaragdag, kasama ang mga resulta ng pagbuo ng mga bono ng phosphodiester at pagpapalabas ng isang molekula ng pyrophosphate (PPi).

Ang set na binubuo ng strand ng DNA, ang RNA polymerase at ang nascent RNA strand ay kilala bilang isang transkripula na bubble o kumplikado.

Pagwawakas

Kapag naabot ang RNA polymerase sa terminal na rehiyon ng gene, kumpleto ang transcriptional messenger na RNA. Pagkatapos ang RNA polymerase, DNA strand, at transkrip messenger na RNA ay nag-iisa

Ang pagwawakas ay nangyayari kapag ang polimerase ay umaabot sa pagkakasunud-sunod ng pagwawakas, na kung saan ay lohikal na matatagpuan "downstream" mula sa site ng pagsisimula ng transkripsyon. Kapag nangyari ito, ang parehong enzyme at ang synthesized RNA ay nagiging "hiwalay" mula sa pagkakasunud-sunod ng DNA na na-transcribe.

Ang rehiyon ng pagtatapos ay karaniwang binubuo ng isang pagkakasunud-sunod ng DNA na may kakayahang "natitiklop" sa sarili nito, na bumubuo ng isang istraktura ng uri ng "hairpin loop".

Matapos ang pagwawakas, ang synthesized RNA strand ay kilala bilang pangunahing transcript, na pinakawalan mula sa transcript complex, pagkatapos nito ay maaaring o hindi maaaring maiproseso ang post-transcriptionally (bago ang pagsasalin nito sa protina, kung naaangkop) sa pamamagitan ng isang proseso na tinatawag na "paggupit at pagwawasak".

Transkripsyon sa prokaryotes (proseso)

Yamang ang mga prokaryotic cells ay walang isang membrane-enclosed na nucleus, ang transkripsyon ay nangyayari sa cytosol, partikular sa "nuclear" na rehiyon, kung saan ang DNA ng kromosomal ay puro (ang bakterya ay may isang circular chromosome).

Sa ganitong paraan, ang pagtaas ng konsentrasyon ng cytosolic ng isang naibigay na protina ay higit na mas mabilis sa prokaryotes kaysa sa eukaryotes, dahil ang mga proseso ng transkrip at pagsasalin ay nangyayari sa parehong kompartimento.

- Ano ang mga prokaryotic gen?

Ang mga prokaryotic na organismo ay may mga genes na halos kapareho sa mga eukaryote: ang dating ay gumagamit din ng mga promoter at regulasyon ng rehiyon para sa kanilang transkripsyon, bagaman ang isang mahalagang pagkakaiba ay may kinalaman sa katotohanan na ang rehiyon ng promoter ay madalas na sapat upang makamit ang isang "malakas" na expression ng mga gene.

Sa kahulugan na ito, mahalagang banggitin na, sa pangkalahatan, ang mga prokaryotic gen ay palaging "on" nang default.

Ang rehiyon ng promoter ay nauugnay sa isa pang rehiyon, kadalasang "upstream", na kinokontrol ng mga molekulang pang-upak at kilala bilang "rehiyon ng operator."

Ang kinatawan ng istraktura ng isang prokaryotic gene (Pinagmulan: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Ang pagkakaiba sa transkripsyon sa pagitan ng prokaryotes at eukaryotes ay na karaniwang ang messenger RNA ng eukaryotes ay monocistronic, iyon ay, ang bawat isa ay naglalaman ng impormasyon upang synthesize ang isang solong protina, habang sa prokaryotes ang mga ito ay maaaring maging monocistronic o polycistronic, kung saan isa lamang. Maaaring maglaman ng MRNA ang impormasyon para sa dalawa o higit pang mga protina.

Sa gayon, kilalang-kilala na ang mga prokaryotic genes na nag-encode ng mga protina na may magkakatulad na mga function na metabolic, halimbawa, ay matatagpuan sa mga pangkat na kilala bilang mga operons, na sabay-sabay na na-transcribe sa isang solong molekulang form ng messenger RNA.

Ang mga prokaryotic genes ay walang tigil na naka-pack, nang walang maraming mga hindi-coding na mga rehiyon sa pagitan nila, kaya't sa sandaling na-transcribe sa linear messenger RNA molecules, maaari silang isalin sa protina agad (eukaryotic mRNAs ay madalas na nangangailangan ng karagdagang pagproseso).

- Paano ang prokaryotic RNA polymerase?

Ang mga prokaryotic na organismo tulad ng bakterya, halimbawa, ay gumagamit ng parehong RNA polymerase enzyme upang ma-transcribe ang lahat ng kanilang mga gen, iyon ay, ang mga code para sa mga ribosomal subunits at ang mga code para sa iba't ibang mga cellular protein.

Sa E. coli bacteria, ang RNA polymerase ay binubuo ng 5 polypeptide subunits, dalawa ang magkapareho. Ang mga sub, α, β, β 'ay binubuo ng gitnang bahagi ng enzyme at tipunin at i-disassemble sa bawat kaganapan sa transkripsyon.

Ang mga subunits ng α ay ang mga nagpapahintulot sa unyon sa pagitan ng DNA at ng enzyme; ang unit subunit ay nagbubuklod sa triphosphate ribonucleotides na bubuuin ayon sa template ng DNA sa molestra ng mRNA at ang mga subunit ay nagbubuklod sa sinabi na template ng strand na DNA.

Ang ikalimang subunit, na kilala bilang σ ay nakikilahok sa pagsisimula ng transkrip at ito ang nagbibigay ng pagtukoy sa polimerase.

- Ano ang proseso?

Ang transkripsyon sa prokaryotes ay katulad ng sa eukaryotes (nahahati din ito sa pagsisimula, pagpahaba, at pagtatapos), na may ilang pagkakaiba sa pagkakakilanlan ng mga rehiyon ng promoter at ang mga salik na transkripsyon na kinakailangan para sa RNA polymerase gamitin ang kanilang mga function.

Kahit na ang mga rehiyon ng promoter ay maaaring magkakaiba sa pagitan ng iba't ibang mga prokaryotic species, mayroong dalawang magkakasunod na "consensus" na pagkakasunud-sunod na madaling matukoy sa -10 na rehiyon (TATAAT) at sa -35 na rehiyon (TTGACA) na pag-agos ng pagkakasunod-sunod ng coding.

Pagtanggap sa bagong kasapi

Ito ay nakasalalay sa unit subunit ng RNA polymerase, dahil pinapamagitan nito ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng DNA at ng enzyme, na ginagawang may kakayahang makilala ang mga pagkakasunud-sunod ng promoter. Natapos ang pagsisimula kapag ang ilang mga abortifacient transcript na halos 10 mga nucleotide ay ginawa na pinakawalan.

Elongation

Kapag ang unit subunit ay natanggal mula sa enzyme, nagsisimula ang yugto ng pagpahaba, na binubuo ng synthesis ng isang molekula ng mRNA sa direksyon ng 5'-3 '(humigit-kumulang 40 na mga nucleotides bawat segundo).

Pagwawakas

Ang pagwawakas sa prokaryote ay nakasalalay sa dalawang magkakaibang uri ng mga senyas, maaari itong maging Rho-dependant at Rho-independent.

Ang protina na nakasalalay sa Rho ay kinokontrol ng protina na ito na "sumusunod" sa polymerase habang sumusulong ito sa synty ng RNA hanggang sa huli makamit ang isang pagkakasunud-sunod na mayaman sa guanines (G), bumabagal at nakikipag-ugnay sa protina ng Rho. naghihiwalay mula sa DNA at mRNA.

Ang rho-independiyenteng pagwawakas ay kinokontrol ng mga tiyak na pagkakasunud-sunod ng gene, kadalasang mayaman sa guanine-cytosine (GC) na umuulit.

Mga Sanggunian

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2007). Molekular na biyolohiya ng cell. Garland Science. New York, 1392.
2. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Isang pagpapakilala sa genetic analysis. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A., … & Matsudaira, P. (2008). Biology ng molekular na cell. Macmillan.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Mga prinsipyo ng Lehninger ng biochemistry. Macmillan.
5. Rosenberg, LE, & Rosenberg, DD (2012). Human Gen and Genomes: Science. Kalusugan, Lipunan, 317-338.
6. Shafee, T., & Lowe, R. (2017). Eukaryotic at prokaryotic na istraktura ng gene. Wiki Journal of Medicine, 4 (1), 2.
7. Mga Animation ng McGraw-Hill, youtube.com. Ang pagsalin at pagsalin ng DNA.