Det DNA-transkription er den proces, hvormed informationen indeholdt i deoxyribonukleinsyre kopieres i form af et lignende molekyle, RNA, enten som et tidligere trin til proteinsyntese eller til dannelse af RNA-molekyler, der deltager i flere cellulære processer af stor betydning (regulering af genekspression, signalering osv.).
Selvom det ikke er sandt, at alle gener i en organisme koder for proteiner, er det sandt, at alle proteinerne i en celle, hvad enten de er eukaryote eller prokaryote, er kodet af et eller flere gener, hvor hver aminosyre er repræsenteret af et sæt tre DNA-baser (codon).
Syntesen af polypeptidkæden, der hører til ethvert cellulært protein, sker takket være to grundlæggende processer: transkription og translation; begge stærkt regulerede, da de er to processer af stor betydning for funktionen af enhver levende organisme.
Artikelindeks
Transkription involverer dannelsen af en "skabelon" for et RNA-molekyle kendt som "messenger-RNA" (mRNA) fra den "standard" -sekvens, der er kodet i det område af DNA, der svarer til genet, der skal transkriberes..
Denne proces udføres af et enzym kaldet RNA-polymerase, der 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-tråde som en skabelon eller et mønster, selv når det møder en anden speciel stopsekvens.
Oversættelse er derimod den proces, gennem hvilken proteinsyntese finder sted. Den består af "læsning" af informationen indeholdt i mRNA'et, der blev transkriberet fra et gen, "translation" af DNA-kodonerne til aminosyrer og dannelsen af en polypeptidkæde.
Translationen af nukleotidsekvenserne af mRNA'et udføres af enzymer kendt som aminoacyl-tRNA-syntetaser takket være deltagelse af andre RNA-molekyler kendt som "transfer RNA" (tRNA), som er antikodoner for kodonerne indeholdt i MRNA'erne, som er en ægte kopi af DNA-sekvensen af et gen.
I eukaryote 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 er begrænset i nævnte organelle, fungerer mRNA-molekylerne som mellemled eller transportører i transmission af den genetiske besked fra kernen til cytosolen, hvor translationen af RNA forekommer og hele det biosyntetiske maskineri til proteinsyntese (ribosomer).
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 transskriberes, dvs. 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.
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, eukaryote eller prokaryote, har to DNA-tråde, en kendt som "sense" -strengen og den anden "antisense". Enzymerne, der er ansvarlige for transkriptionen af disse sekvenser "læser" kun en af de to strenge, typisk den "sense" eller "kodende" streng, som har en "retning" 5'-3 '.
Hvert gen har regulatoriske sekvenser ved sine ender:
- hvis sekvenserne er før den kodende region (den der vil blive transskriberet) er de kendt som "promotorer"
- hvis de adskilles af mange kilobaser, kan de "dæmpe" eller "booste"
- de sekvenser, der er tættere på 3'-regionen af gener, er normalt terminatorsekvenser, som fortæller polymerasen at stoppe og afslutte transkription (eller replikation, alt efter omstændighederne)
Promotorregionen er opdelt i distal og proximal i henhold til dens nærhed til den kodende region. Det er i 5'-enden af genet og er stedet, der genkender enzymet RNA-polymerase og andre proteiner til at initiere transkription fra DNA til RNA.
I den proximale del af promotorregionen kan transkriptionsfaktorer binde, som har evnen til at ændre affiniteten af enzymet til sekvensen, der skal transskriberes, derfor er de ansvarlige for at regulere transkriptionen af gener positivt eller negativt..
Forstærker- og dæmpningsregionerne er også ansvarlige for at regulere gentranskription ved at modificere "aktiviteten" af promotorregionerne ved deres forening med aktivator- eller repressorelementer "opstrøms" af den kodende sekvens af genet..
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 (transkriberet).
Uanset organismen udføres transskription af en gruppe enzymer kaldet RNA-polymeraser, der i lighed med de enzymer, der er ansvarlige for DNA-replikation, når en celle er ved at dele sig, specialiserer sig i syntese af en RNA-kæde fra en af DNA-strengene af genet transkriberes.
RNA-polymeraser er store enzymkomplekser, der består af mange underenheder. Der er forskellige typer:
- RNA-polymerase I (Pol I): som transkriberer de gener, der koder for den "store" ribosomale underenhed.
- RNA-polymerase II (Pol II): der transkriberer proteinkodende gener og producerer mikro-RNA'er.
- RNA-polymerase III (Pol III): der producerer de overførsels-RNA'er, der anvendes under translation, og også det RNA, der svarer til den lille underenhed af ribosomet.
- RNA-polymerase IV og V (Pol IV og Pol V): er typiske for planter og er ansvarlige for transkriptionen af små interfererende RNA'er.
Genetisk transkription er en proces, der kan studeres opdelt i tre faser: indledning, forlængelse og afslutning..
RNA-polymerase (f.eks. RNA-polymerase II) binder til promotorregionsekvensen, som består af en 6-10 baseparstrækning ved 5'-enden af genet, sædvanligvis ca. 35 basepar væk..
Foreningen af RNA-polymerase fører til "åbningen" af DNA-dobbelthelixen, der adskiller de komplementære tråde. RNA-syntese begynder ved stedet kendt som "initieringsstedet" og forekommer i 5'-3'-retning, det vil sige "nedstrøms" eller fra venstre mod højre (ved konvention).
Initiering af transkription medieret af RNA-polymeraser afhænger af den samtidige tilstedeværelse af proteintranskriptionsfaktorer kendt som generelle transkriptionsfaktorer, som bidrager til "placeringen" af enzymet i promotorregionen.
Efter at enzymet er begyndt at polymerisere, "udstødes" det fra både promotorsekvensen og generelle transkriptionsfaktorer..
Det forekommer, når RNA-polymerase "bevæger sig" langs DNA-sekvensen og tilføjer ribonukleotider, der er komplementære til DNA-strengen, der fungerer som en "skabelon" til det voksende RNA. Når RNA-polymerase "passerer" gennem DNA-strengen, slutter den sig til sin antisense-streng igen.
Polymerisationen udført af RNA-polymerase består af nukleofile angreb af oxygen i position 3 'i den voksende RNA-kæde til phosphat "alfa" i den næste nukleotidforløber, der skal tilsættes, med den deraf følgende dannelse af phosphodiesterbindinger og frigivelsen af et pyrophosphat molekyle (PPi).
Sættet, der består af DNA-streng, RNA-polymerase og den spirende RNA-streng, er kendt som en transkriptionsboble eller -kompleks..
Termination opstår, når polymerasen når terminationssekvensen, som er logisk placeret "nedstrøms" fra transkriptionsinitieringsstedet. Når dette sker, bliver både enzymet og det syntetiserede RNA "løsrevet" fra DNA-sekvensen, der transskriberes..
Termineringsregionen består normalt af en DNA-sekvens, der er i stand til at "folde" sig selv og danne en "hårnålsløjfe" -struktur. hårnålsløjfe).
Efter afslutning er den syntetiserede RNA-streng kendt som den primære transkription, der frigives fra transkriptionskomplekset, hvorefter den måske eller måske ikke behandles posttranskriptionelt (før dets translation til protein, hvis relevant) gennem en proces kaldet skæring og splejsning ".
Da prokaryote celler ikke har en membran-lukket kerne, forekommer transkription i cytosolen, 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 transkriptions- og translationsprocesserne forekommer i det samme rum..
Prokaryote organismer har gener, der minder meget om eukaryoter: førstnævnte bruger også promotor- og reguleringsregioner til deres transkription, selvom en vigtig forskel har at gøre med det faktum, at promotorregionen ofte er tilstrækkelig til at opnå en "stærk" ekspression af generne.
I denne forstand er det vigtigt at nævne, at prokaryote gener generelt generelt er "tændt" som standard..
Promotorregionen er associeret med en anden region, sædvanligvis "opstrøms", som er reguleret af repressormolekyler og er kendt som "operatørregionen.".
En forskel i transkription mellem prokaryoter og eukaryoter er, at messenger-RNA'erne af eukaryoter normalt er monocistroniske, det vil sige, hver indeholder informationen til at syntetisere et enkelt protein, medens disse i prokaryoter kan være monocistronic eller polycistronic, hvor kun et MRNA kan indeholde information om to eller flere proteiner.
Således er det velkendt, at prokaryote gener, der koder for proteiner med lignende metaboliske funktioner, for eksempel findes i grupper kendt som operoner, som samtidig transskriberes til en enkeltmolekyleform af messenger-RNA..
Prokaryote gener er tæt pakket uden mange ikke-kodende regioner imellem dem, så når de er transkriberet til lineære messenger-RNA-molekyler, kan de straks oversættes til protein (eukaryote mRNA'er har ofte brug for yderligere behandling).
Prokaryote 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 bakterierne E coli RNA-polymerase består af 5 polypeptidunderenheder, hvoraf to er identiske. Α, α, β, β 'underenhederne omfatter den centrale del af enzymet og samles og skilles ad under hver transkriptionshændelse..
Α-underenhederne er dem, der tillader foreningen mellem DNA'et og enzymet; β-underenheden binder til triphosphatribonukleotiderne, der vil blive polymeriseret i overensstemmelse med DNA-skabelonen i det spirende mRNA-molekyle, og β'-underenheden binder til skabelon-DNA-streng.
Den femte underenhed, kendt som σ deltager i initieringen af transkription og er det, der giver polymerasen specificitet.
Transkription i prokaryoter svarer meget til eukaryoter (den er også opdelt i initiering, forlængelse og afslutning) med nogle forskelle med hensyn til identiteten af promotorregionerne og transkriptionsfaktorerne, der er nødvendige for, at RNA-polymerase kan udøve dine funktioner.
Selvom promotorregionerne kan variere mellem forskellige prokaryote 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..
Det afhænger af σ-underenheden af RNA-polymerase, da den formidler interaktionen mellem DNA og enzymet, hvilket gør den i stand til at genkende promotorsekvenser. Initieringen slutter, når der produceres nogle abortfacient-udskrifter af ca. 10 nukleotider, der frigives.
Når σ-underenheden er løsrevet fra enzymet, begynder forlængelsesfasen, som består af syntesen af et mRNA-molekyle i 5'-3'-retning (ca. 40 nukleotider pr. Sekund).
Afslutning i prokaryoter afhænger af to forskellige typer signaler, den kan være Rho-afhængig og Rho-uafhængig.
Det Rho-afhængige protein styres af dette protein, der "følger" polymerasen, når det udvikler sig i RNA-syntese, indtil sidstnævnte opnår en sekvens rig på guaniner (G), sænker og kommer i kontakt med Rho-proteinet. mRNA.
Rho-uafhængig afslutning styres af specifikke sekvenser af genet, som regel rige på gentagelser af guanin-cytosin (GC)..
Endnu ingen kommentarer