DNA-TRANSKRIPTION: PROCES I EUKARYOTER OG PROKARYOTER - BIOLOGI - 2025

Den transkription af DNA- er den proces, hvorved oplysningerne i deoxyribonucleinsyre kopieres som en lignende molekyle, RNA, enten som et skridt til proteinsyntese eller til dannelse af RNA-molekyler, der er involveret i flere cellulære processer af stor betydning (regulering af genekspression, signalering osv.).

Selvom det ikke er rigtigt, at alle generne i en organisme koder for proteiner, er det rigtigt, at alle proteinerne i en celle, hvad enten eukaryot eller prokaryot, er kodet af en eller flere gener, hvor hver aminosyre er repræsenteret af en sæt af tre DNA-baser (kodon).

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

Syntesen af ​​polypeptidkæden, der hører til ethvert cellulært protein, sker takket være to grundlæggende processer: transkription og translation; begge er meget reguleret, da de er to processer af stor betydning for funktionen af ​​enhver levende organisme.

Hvad er DNA-transkription?

Transkription involverer dannelsen af ​​en "skabelon" for et RNA-molekyle kendt som "messenger RNA" (mRNA) fra den "standard" sekvens kodet i DNA-regionen svarende til det gen, der skal transkriberes.

Denne proces udføres af et enzym kaldet RNA-polymerase, som genkender specielle steder i DNA-sekvensen, binder til dem, åbner DNA-strengen og syntetiserer et RNA-molekyle ved hjælp af en af ​​disse komplementære DNA-strenge som en skabelon eller mønster, selv når det støder på en anden speciel stop-sekvens.

Oversættelse er på den anden side den proces, hvorved proteinsyntese finder sted. Det består af "læsning" af informationen indeholdt i mRNA, der blev transkribert fra et gen, "translation" af DNA-kodonerne til aminosyrer og dannelsen af ​​en polypeptidkæde.

Oversættelsen af ​​nukleotidsekvenserne af mRNA udføres af enzymer, der er kendt som aminoacyl-tRNA-syntetaser, takket være deltagelsen af ​​andre RNA-molekyler kendt som "transfer RNA" (tRNA), som er antikodoner af kodonerne indeholdt i MRNA, som er en tro kopi af et gens DNA-sekvens.

Transkription i eukaryoter (proces)

Under transkription i eukaryoter anvendes DNA som en skabelon til at skabe en streng af messenger-RNA ved hjælp af enzymet RNA-polymerase.

I eukaryotiske celler forekommer transkriptionsprocessen i kernen, som er den vigtigste intracellulære organelle, hvor DNA er indeholdt i form af kromosomer. Det begynder med "kopien" af det kodende område af genet, der transkriberes til et enkeltbåndsmolekyle kendt som messenger RNA (mRNA).

Da DNA'et er begrænset i nævnte organelle, fungerer mRNA-molekylerne som mellemmænd eller transportører i transmission af den genetiske meddelelse fra kernen til cytosol, hvor translationen af ​​RNA forekommer og hele det biosyntetiske maskineri til proteinsyntese (ribosomer).

- Hvordan er eukaryote gener?

Et gen består af en DNA-sekvens, hvis egenskaber bestemmer dens funktion, da rækkefølgen af ​​nukleotiderne i nævnte sekvens er det, der bestemmer dens transkription og efterfølgende translation (i tilfælde af dem, der koder for proteiner).

Når et gen transkriberes, det vil sige, når dets information kopieres i form af RNA, kan resultatet være et ikke-kodende RNA (cRNA), som har direkte funktioner i reguleringen af ​​genekspression, i cellesignalering osv. eller det kan være et messenger-RNA (mRNA), som derefter vil blive oversat til en aminosyresekvens i et peptid.

Repræsentation af strukturen af ​​et eukaryot gen (Kilde: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) via Wikimedia Commons)

Hvorvidt et gen har et funktionelt produkt i form af RNA eller protein, afhænger af visse elementer eller regioner, der er til stede i dets sekvens.

Gener, eukaryotisk eller prokaryotisk, har to DNA-strenge, den ene kendt som “sens” -strengen og den anden “antisense”. Enzymerne, der er ansvarlige for transkriptionen af ​​disse sekvenser "læser" kun en af ​​de to strenge, typisk "sens" eller "kodende" streng, som har en "retning" 5'-3 '.

Hvert gen har regulatoriske sekvenser ved dens ender:

- hvis sekvenserne er før det kodende område (den der vil blive transkribert), er de kendt som "promotorer"

- hvis de er adskilt af mange kilobaser, kan de være "lydløs" eller "øge"

- de sekvenser, der er tættest på 3'-regionen af ​​generne, er normalt terminatorsekvenser, der fortæller polymerasen, at det skal stoppe og afslutte transkription (eller replikation, som tilfældet kan være)

Promotorregionen er opdelt i distalt og proximalt i henhold til dets nærhed til det kodende område. Det er ved 5'-enden af ​​genet og er det sted, som RNA-polymerase-enzymet og andre proteiner genkender for at initere transkription fra DNA til RNA.

I den proksimale del af promotorregionen kan transkriptionsfaktorer binde, som har evnen til at modificere affiniteten af ​​enzymet til sekvensen, der skal transkriberes, således at de er ansvarlige for positiv eller negativ regulering af transkriptionen af ​​gener.

Forstærker- og lyddæmningsregionerne er også ansvarlige for at regulere gentranskription ved at modificere "aktiviteten" af promotorregionerne ved deres binding med aktivator eller repressorelementer "opstrøms" for genets kodende sekvens.

Det siges, at eukaryote gener altid er "slukket" eller "undertrykt" som standard, så de har brug for deres aktivering af promotorelementer for at blive udtrykt (transkribert).

- Hvem har ansvaret for transkriptionen?

Uanset hvilken organisme der er, udføres transkription af en gruppe enzymer kaldet RNA-polymeraser, som ligner de enzymer, der er ansvarlige for DNA-replikation, når en celle er ved at dele sig, specialiserer sig i syntesen af ​​en RNA-kæde fra en af ​​DNA-strenge af genet, der transkriberes.

RNA-polymeraser er store enzymkomplekser, der består af mange underenheder. Der er forskellige typer:

- RNA-polymerase I (Pol I): som transkriberer generne, der koder for den "store" ribosomale underenhed.

- RNA-polymerase II (Pol II): som transkriberer generne, der koder for proteiner og producerer mikro-RNA'er.

- RNA-polymerase III (Pol III): der producerer de overførsels-RNA'er, der blev anvendt under translation, og også RNA, der svarer til den lille underenhed af ribosomet.

- RNA-polymerase IV og V (Pol IV og Pol V): disse er typiske for planter og er ansvarlige for transkription af små interfererende RNA'er.

- Hvad er processen?

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

Genetisk transkription er en proces, der kan studeres som opdelt i tre faser: initiering, forlængelse og afslutning.

Indvielse

Under initiering fungerer promotorregionen promotorregionen af ​​genet som et genkendelsessted for RNA-polymerase. Det er her det meste af den genetiske ekspression kontrolleres

RNA-polymerase (siger RNA-polymerase II) binder til sekvensen i promotorregionen, der består af en 6 til 10 baseparstrækning ved 5'-enden af ​​genet, normalt ca. 35 basepar af transkriptionsstartstedet.

Forbindelsen af ​​RNA-polymerase fører til "åbning" af DNA-dobbelt helix, hvor de komplementære strenge adskilles. RNA-syntese begynder på det sted, der er kendt som "initieringsstedet" og forekommer i 5'-3'-retningen, det vil sige "nedstrøms" eller fra venstre til højre (ved konvention).

Initieringen af ​​transkription medieret af RNA-polymeraser afhænger af den samtidige tilstedeværelse af proteentranskriptionsfaktorer kendt som generelle transkriptionsfaktorer, som bidrager til "lokaliteten" af enzymet i promotorregionen.

Efter at enzymet er begyndt at polymerisere, "udelades" det fra både promotorsekvensen og generelle transkriptionsfaktorer.

forlængelse

Under forlængelse glider RNA-polymerase ned ad kæden, der tjener som en skabelon

Det forekommer, når RNA-polymerase "bevæger sig" langs DNA-sekvensen og tilføjer ribonukleotider komplementære til DNA-strengen, der tjener som en "skabelon" til det voksende RNA. Når RNA-polymerase "passerer" gennem DNA-strengen, forenes den igen med dens antisense-streng.

Polymerisationen, der udføres af RNA-polymerase, består af nukleofile angreb af ilt i 3'-positionen af ​​den voksende RNA-kæde til phosphatet "alfa" i den næste nukleotidforløber, der skal tilsættes, med den deraf følgende dannelse af phosphodiesterbindinger og frigivelsen af ​​en pyrophosphatmolekyle (PPi).

Sættet bestående af DNA-strengen, RNA-polymerasen og den begynnende RNA-streng er kendt som en transkriptionsboble eller -kompleks.

Afslutning

Når RNA-polymerase når den terminale region af genet, er det transkriptionelle messenger-RNA komplet. Derefter dissocierer RNA-polymerase, DNA-streng og transkription messenger RNA

Afslutning opstår, når polymerasen når termineringssekvensen, som logisk er placeret "nedstrøms" fra transkriptionsinitieringsstedet. Når dette sker, bliver både enzymet og det syntetiserede RNA "løsrevet" fra den DNA-sekvens, der transkriberes.

Termineringsregionen består normalt af en DNA-sekvens, der er i stand til at "folde" sig selv og danne en "hårnålestrop" -typestruktur.

Efter afslutning er den syntetiserede RNA-streng kendt som den primære transkription, der frigøres fra transkriptionskomplekset, hvorefter den muligvis eller ikke kan behandles post-transkriptionelt (inden dens translation til protein, hvis relevant) gennem en proces kaldet "skæring og splejsning".

Transkription i prokaryoter (proces)

Da prokaryotiske celler ikke har en membran-lukket kerne, forekommer transkription i cytosol, specifikt i det "nukleare" område, hvor kromosomalt DNA er koncentreret (bakterier har et cirkulært kromosom).

På denne måde er stigningen i den cytosoliske koncentration af et givet protein væsentligt hurtigere i prokaryoter end i eukaryoter, da transkription- og translationsprocesserne forekommer i det samme rum.

- Hvordan er prokaryote gener?

Prokaryotiske organismer har gener, der ligner meget eukaryoter: førstnævnte bruger også promotor og regulatoriske regioner til deres transkription, selvom en vigtig forskel har at gøre med det faktum, at promotorregionen ofte er tilstrækkelig til at opnå et "stærkt" udtryk af gener.

I denne forstand er det vigtigt at nævne, at prokaryote gener generelt altid er "tændt" som standard.

Promotorregionen er forbundet med en anden region, sædvanligvis "opstrøms", som reguleres af repressormolekyler og er kendt som "operatørregion."

Repræsentation af strukturen af ​​et prokaryot gen (Kilde: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) via Wikimedia Commons)

En forskel i transkription mellem prokaryoter og eukaryoter er, at normalt messenger-RNA'erne for eukaryoter er monocistroniske, dvs. at hver enkelt indeholder informationen til syntese af et enkelt protein, mens disse i prokaryoter kan være monocistroniske eller polycistroniske, hvor kun en MRNA kan indeholde oplysningerne om to eller flere proteiner.

Det er således velkendt, at prokaryote gener, der koder for proteiner med lignende metabolske funktioner, for eksempel findes i grupper kendt som operoner, som samtidig transkriberes til en enkelt molekyleform af messenger-RNA.

Prokaryotiske gener er tætpakket uden mange ikke-kodende regioner imellem, så når de først er transkribert til lineære messenger-RNA-molekyler, kan de omsættes til protein med det samme (eukaryote mRNA'er har ofte brug for yderligere behandling).

- Hvordan er prokaryot RNA-polymerase?

Prokaryotiske organismer, såsom bakterier, bruger for eksempel det samme RNA-polymeraseenzym til at transkribere alle deres gener, det vil sige dem, der koder for ribosomale underenheder, og dem, der koder for forskellige cellulære proteiner.

I E. coli-bakterier er RNA-polymerase sammensat af 5 polypeptid-underenheder, hvoraf to er identiske. Under- enhederne a, α, β, β 'omfatter den centrale del af enzymet og samles og adskilles under hver transkriptionshændelse.

A-underenhederne er dem, der tillader forening mellem DNA og enzymet; p-underenheden binder til triphosphat-ribonukleotiderne, der polymeriseres i henhold til DNA-skabelonen i det begynnende mRNA-molekyle, og ß'-underenheden binder til den nævnte skabelon-DNA-streng.

Den femte underenhed, kendt som σ, deltager i initieringen af ​​transkription og er den, der giver specificiteten til polymerasen.

- Hvad er processen?

Transkription i prokaryoter ligner meget eukaryoter (den er også opdelt i initiering, forlængelse og terminering) med nogle forskelle i identiteten af ​​promotorregionerne og de transkriptionsfaktorer, der er nødvendige for RNA-polymerase udøve deres funktioner.

Selvom promotorregionerne kan variere mellem forskellige prokaryotiske arter, er der to konserverede "konsensus" -sekvenser, der let kan identificeres i -10-regionen (TATAAT) og i -35-regionen (TTGACA) opstrøms for den kodende sekvens.

Indvielse

Det afhænger af σ-underenheden af ​​RNA-polymerase, da den formidler interaktionen mellem DNA og enzymet, hvilket gør det i stand til at genkende promotorsekvenser. Initieringen slutter, når der produceres nogle abortifacient transkripter på ca. 10 nukleotider, der frigives.

forlængelse

Når σ-underenheden løsnes fra enzymet, begynder forlængelsesfasen, der består af syntesen af ​​et mRNA-molekyle i 5'-3'-retningen (ca. 40 nukleotider pr. Sekund).

Afslutning

Afslutning i prokaryoter afhænger af to forskellige typer signaler, det kan være Rho-afhængigt og Rho-uafhængigt.

Det Rho-afhængige protein styres af dette protein, der "følger" polymerasen, når det skrider frem i RNA-syntese, indtil sidstnævnte opnår en sekvens rig på guaniner (G), stopper og kommer i kontakt med Rho-proteinet. dissocierende fra DNA og mRNA.

Rho-uafhængig terminering styres af specifikke sekvenser af genet, sædvanligvis rig på guanin-cytosin (GC) gentagelser.

Referencer

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 introduktion 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-principper for biokemi. Macmillan.
5. Rosenberg, LE, & Rosenberg, DD (2012). Mennesker og gener: Videnskab. Sundhed, samfund, 317-338.
6. Shafee, T., & Lowe, R. (2017). Eukaryotisk og prokaryot genstruktur. Wiki Journal of Medicine, 4 (1), 2.
7. McGraw-Hill-animationer, youtube.com. DNA-transkription og oversættelse.