TRANSKRIPCIJA DNK: PROCES U EUKARIOTA I PROKARIOTA - BIOLOGIJA - 2025

Transkripcija DNK je proces u kojem se informacija sadržana u deoksiribonukleinske kiseline kopira kao sličnim molekule RNA, bilo kao korak za sintezu proteina, ili za oblikovanje RNA molekula uključenih u više stanični procesi od velike važnosti (regulacija ekspresije gena, signalizacija itd.).

Iako nije istina da svi geni organizma kodiraju proteine, istina je da su svi proteini stanice, bilo eukariotski ili prokariotski, kodirani jednim ili više gena, pri čemu je svaka aminokiselina predstavljena s set od tri baze DNA (kodon).

Obrada eukariotskih gena (Izvor: Leonid 2 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) putem Wikimedia Commonsa)

Sinteza polipeptidnog lanca koji pripada bilo kojem staničnom proteinu događa se zahvaljujući dva temeljna procesa: transkripciji i prevođenju; oba su regulirana jer su to dva procesa od velike važnosti za funkcioniranje bilo kojeg živog organizma.

Što je transkripcija DNK?

Transkripcija uključuje formiranje "predloška" za RNA molekulu poznatu kao "mesna RNA" (mRNA) iz "standardnog" slijeda kodiranog u regiji DNA koja odgovara genu koji će se prepisati.

Taj proces provodi enzim nazvan RNA polimeraza, koji prepoznaje posebna mjesta u slijedu DNK, veže se na njih, otvara lanac DNA i sintetizira molekulu RNA koristeći jedan od tih komplementarnih nizova DNA kao predložak ili uzorak, čak i kada naiđe na još jedan poseban zaustavni niz.

Prevođenje je, s druge strane, proces kroz koji se odvija sinteza proteina. Sastoji se od "čitanja" informacija sadržanih u mRNA koja je prepisana iz gena, "prevođenja" DNK kodona u aminokiseline i stvaranja polipeptidnog lanca.

Prevođenje nukleotidnih sekvenci mRNA vrši se enzimima poznatim kao sintetaze aminoacil-tRNA, zahvaljujući sudjelovanju drugih molekula RNA poznatih kao "prijenosna RNA" (tRNA), koji su antikodi kodona sadržanih u MRNA, koji su vjerna kopija DNA sekvence gena.

Transkripcija u eukariote (postupak)

Tijekom transkripcije u eukariote, DNA se koristi kao predložak za stvaranje lanca messenger RNA uz pomoć enzima RNA polimeraze.

U eukariotskim stanicama proces transkripcije odvija se unutar jezgre, koja je glavna unutarćelijska organela gdje se DNA nalazi u obliku kromosoma. Započinje s "kopijom" kodirajućeg područja gena koji je transkribiran u molekulu jednog pojasa, poznat kao glasnik RNA (mRNA).

Budući da je DNA ograničena u spomenutom organeli, molekule mRNA funkcioniraju kao posrednici ili prijenosnici u prijenosu genetske poruke iz jezgre do citosola, gdje se događa prevođenje RNK i čitave biosintetske mašinerije za sintezu proteina (ribosoma).

- Kako izgledaju eukariotski geni?

Gen se sastoji od DNK sekvence čije karakteristike određuju njegovu funkciju, jer je redoslijed nukleotida u spomenutom slijedu ono što određuje njegovu transkripciju i naknadnu translaciju (u slučaju onih koji kodiraju proteine).

Kada se gen prepisuje, tj. Kada se njegove informacije kopiraju u obliku RNA, rezultat može biti nekodirajuća RNA (cRNA), koja ima izravne funkcije u regulaciji ekspresije gena, u staničnoj signalizaciji, itd. ili to može biti glasnička RNA (mRNA), koja će se zatim prevesti u aminokiselinski slijed u peptidu.

Zastupljenost strukture eukariotskog gena (Izvor: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) putem Wikimedia Commonsa)

Da li gen ima funkcionalan proizvod u obliku RNA ili proteina, ovisi o određenim elementima ili regijama koji su prisutni u njegovom slijedu.

Geni, eukariotski ili prokariotski, imaju dva lanca DNK, jedan poznati kao lanac "čula", a drugi "antisense". Enzimi odgovorni za transkripciju ovih nizova "čitaju" samo jedan od dva lanca, tipično pravac "smisla" ili "kodiranja" koji ima "smjer" 5'-3 '.

Svaki gen ima regulatorne sekvence na svojim krajevima:

- ako su sekvence prije kodirajuće regije (one koja će se prepisati), oni su poznati kao "promotori"

- ako ih je razdvojilo više kilobaza, mogu se "utišati" ili "pojačati"

- one sekvence koje su najbliže 3 'regiji gena obično su terminatorske sekvence, koje polimerazi govore da se mora zaustaviti i završiti transkripciju (ili replikaciju, ovisno o slučaju)

Promotorsko područje je podijeljeno na udaljeno i proksimalno, u skladu sa blizinom područja kodiranja. Na kraju 5 gena nalazi se enzim RNA polimeraza i drugi proteini koji iniciraju transkripciju iz DNK u RNA.

U proksimalnom dijelu promotorske regije mogu se vezati transkripcijski faktori koji imaju mogućnost modificiranja afiniteta enzima prema slijedu koji će se prepisati, stoga su odgovorni za regulaciju transkripcije gena pozitivno ili negativno.

Područja pojačivača i prigušivanja također su odgovorna za reguliranje transkripcije gena modificirajući "aktivnost" promotorskih regija vezanjem na aktivatorne ili represivne elemente "uzvodno" kodirajuće sekvence gena.

Kaže se da su eukariotski geni prema zadanim postavkama uvijek "isključeni" ili "potisnuti", pa ih trebaju aktivirati promotorski elementi da bi se mogli izraziti (prepisati).

- Tko je zadužen za transkripciju?

Bez obzira na organizam, transkripciju provodi skupina enzima nazvana RNA polimeraza, koji su se slični enzimima zaduženim za umnožavanje DNK kad se stanica treba podijeliti, specijalizirati za sintezu lanca RNA s jednog od DNA lanaca gena koji se prepisuje.

RNA polimeraze su veliki enzimski kompleksi sačinjeni od mnogih podjedinica. Postoje različite vrste:

- RNA polimeraza I (Pol I): koji prepisuju gene koji kodiraju "veliku" ribosomalnu podjedinicu.

- RNA polimeraza II (Pol II): koja prepisuje gene koji kodiraju proteine ​​i proizvode mikro RNA.

- RNA polimeraza III (Pol III): koja proizvode prijenosne RNK korištene tijekom transformacije i RNA koja odgovara maloj podjedinici ribosoma.

- RNA polimeraza IV i V (Pol IV i Pol V): tipični su za biljke i odgovorni su za transkripciju malih interferirajućih RNA.

- Kakav je postupak?

Eukariotska transkripcija gena (Izvor: Erinp.5000 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) putem Wikimedia Commonsa)

Genetska transkripcija je proces koji se može proučavati podijeljen u tri faze: inicijacija, produžetak i prestanak.

iniciranje

Tijekom inicijacije, promotorska regija, promotorska regija gena, funkcionira kao mjesto prepoznavanja RNA polimeraze. Ovdje se kontrolira najveći dio genetske ekspresije

RNA polimeraza (recimo RNA polimeraza II) veže se za sekvenciju promotorskih regija, koja se sastoji od 6-10 proteza baznog para na 5 'kraju gena, obično udaljenih oko 35 baznih parova mjesta početka transkripcije.

Spajanje RNA polimeraze dovodi do "otvaranja" dvostruke spirale DNA, razdvajajući komplementarne niti. Sinteza RNA započinje na mjestu koje je poznato kao "mjesto inicijacije" i odvija se u smjeru 5'-3 ', tj. "Nizvodno" ili slijeva udesno (prema konvenciji).

Pokretanje transkripcije posredovane RNA polimerazima ovisi o istodobnoj prisutnosti faktora transkripcije proteina poznatih kao opći faktori transkripcije, koji doprinose "položaju" enzima u promotorskoj regiji.

Nakon što je enzim počeo polimerizirati, on se "prolijeva" iz promotorne sekvence i od općih faktora transkripcije.

produženje

Tijekom produženja, RNA polimeraza klizi niz lanac koji služi kao predložak

Javlja se dok se RNA polimeraza "kreće" duž DNK sekvence i dodaje ribonukleotide komplementarne lancu DNA koji služi kao "predložak" rastućoj RNA. Kako RNA polimeraza "prolazi" kroz pramen DNK, ponovno se pridružuje svojoj antisenskoj struci.

Polimerizacija provedena RNA polimerazom sastoji se od nukleofilnih napada kisika u položaju 3 'rastućeg lanca RNA do fosfata "alfa" sljedećeg nukleotidnog prekursora koji se dodaje, s posljedičnim stvaranjem fosfodiesterskih veza i oslobađanjem a molekula pirofosfata (PPi).

Skup koji se sastoji od DNA lanaca, RNA polimeraze i matičnog lanca RNA poznat je kao transkripcijski mjehurić ili kompleks.

završetak

Kad RNA polimeraza dosegne terminalnu regiju gena, transkripcijska glasnica RNA je gotova. Tada se RNA polimeraza, lanac DNA i transkripcijski glasnik RNA disociraju

Prekid nastaje kada polimeraza dođe do terminacijske sekvence koja se logično nalazi "nizvodno" od mjesta inicijacije transkripcije. Kad se to dogodi, i enzim i sintetizirana RNA postaju "odvojeni" od DNA sekvence koja se prepisuje.

Završna regija obično se sastoji od DNK sekvence koja se može "presavijati" na sebi, formirajući strukturu tipa "petlje za kosu".

Nakon prestanka, sintetizirani lanac RNA poznat je kao primarni transkript, koji se oslobađa iz kompleksa transkripcije, nakon čega se može ili ne mora post-transkripcijsko obraditi (prije njegovog prevođenja u protein, ako je primjenjivo) kroz postupak nazvan "rezanje i spajanje".

Transkripcija u prokariote (postupak)

Budući da prokariotske stanice nemaju jezgru zatvorenu membranom, transkripcija se događa u citosolu, točnije u "nuklearnoj" regiji, gdje je koncentrirana kromosomska DNK (bakterije imaju kružni kromosom).

Na ovaj je način porast koncentracije citosola određenog proteina u prokariota znatno brži nego u eukariota, budući da se procesi transkripcije i prevođenja događaju u istom odjeljku.

- Kakvi su prokariotski geni?

Prokariotski organizmi imaju gene koji su vrlo slični eukariotima: prvi također koriste promotorne i regulatorne regije za svoju transkripciju, iako je važna razlika povezana s činjenicom da je promotorska regija često dovoljna za postizanje "snažnog" izraza geni.

U tom je smislu važno spomenuti da su, općenito, prokariotski geni uvijek "uključeni".

Promotorska regija povezana je s drugom regijom, obično "uzvodno", koja je regulirana represorskim molekulama i poznata je kao "operacijsko područje".

Zastupljenost strukture prokariotskog gena (Izvor: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) putem Wikimedia Commonsa)

Razlika u transkripciji između prokariota i eukariota je ta što su normalno glasnik RNA eukariota monokistronski, to jest da svaka sadrži informaciju za sintezu jednog jedinog proteina, dok u prokariotu oni mogu biti monokistronski ili polikistronski, gdje samo jedan MRNA može sadržavati informacije za dva ili više proteina.

Stoga je dobro poznato da se, na primjer, prokariotski geni koji kodiraju proteine ​​sa sličnim metaboličkim funkcijama, nalaze u skupinama poznatim kao operoni, koje se istovremeno transkribiraju u oblik molekule RNA s jednim molekulom.

Prokariotski geni su gusto upakirani, bez mnogo nekodirajućih područja između njih, tako da se jednom transkribiraju u linearne molekule RNA molekule, mogu odmah prevesti u protein (eukariotske mRNA često je potrebno daljnju obradu).

- Kako je prokariotska RNA polimeraza?

Prokariotski organizmi poput bakterija, na primjer, koriste isti enzim RNA polimeraza da bi prepisali sve svoje gene, to jest one koji kodiraju ribosomalne podjedinice i one koji kodiraju različite stanične proteine.

U bakterijama E. coli, RNA polimeraza sastoji se od 5 polipeptidnih podjedinica, od kojih su dvije identične. Podjedinice α, α, β, β 'čine središnji dio enzima i sastavljaju se i rastavljaju za vrijeme svakog događaja prepisivanja.

A podjedinice su one koje omogućuju sjedinjenje DNA i enzima; β podjedinica se veže na trifosfatni ribonukleotid koji će biti polimeriziran u skladu s DNK obrascem u urođenoj molekuli mRNA, a β 'podjedinica se veže na navedeni niz DNK predloška.

Peta podjedinica, poznata kao σ, sudjeluje u pokretanju transkripcije i ona daje specifičnost polimerazi.

- Kakav je postupak?

Transkripcija u prokariote vrlo je slična onoj u eukariota (također je podijeljena na inicijaciju, produženje i završetak), s određenim razlikama u identitetu promotorskih regija i transkripcijskih faktora potrebnih za RNA polimerazu vrše svoje funkcije.

Iako promotorske regije mogu varirati između različitih vrsta prokariota, postoje dvije sačuvane "konsenzusne" sekvence koje se mogu lako identificirati u -10 regiji (TATAAT) i u -35 regiji (TTGACA) uzvodno od kodirajuće sekvence.

iniciranje

To ovisi o σ podjedinici RNA polimeraze, jer posreduje interakciju između DNK i enzima, čineći ga sposobnim prepoznati promotorske sekvence. Inicijacija se završava kada nastanu neki abortusni transkripti od oko 10 nukleotida.

produženje

Kada se σ podjedinica odvoji od enzima, započinje faza izduženja koja se sastoji od sinteze molekule mRNA u smjeru 5'-3 '(otprilike 40 nukleotida u sekundi).

završetak

Prekid u prokariotima ovisi o dvije različite vrste signala, može biti Rho-ovisan i Rho-neovisan.

Protein ovisan o Rho kontrolira ovaj protein koji "prati" polimerazu kako napreduje u sintezi RNK dok ona ne postigne niz bogat ganinima (G), uspori i dođe u kontakt s proteinom Rho. disocirajući od DNA i mRNA.

Rho-neovisni završetak kontroliran je specifičnim sekvencama gena, obično bogatim gvanin-citozin (GC) ponavljanjima.

Reference

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2007). Molekularna biologija stanice. Garland Science. New York, 1392.
2. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, i Miller, JH (2005). Uvod u genetsku analizu. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, Kalifornija, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). Molekularna stanična biologija. Macmillan.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehningerovi principi biokemije. Macmillan.
5. Rosenberg, LE, i Rosenberg, DD (2012). Ljudski geni i genomi: znanost. Zdravlje, društvo, 317-338.
6. Shafee, T., & Lowe, R. (2017). Eukariotska i prokariotska struktura gena. Wiki časopis za medicinu, 4 (1), 2.
7. McGraw-Hill Animations, youtube.com. Transkripcija i prijevod DNA.