DNA-transkription: Proces og mekanisme for DNA-transkription

Læs denne artikel for at lære om DNA-transkription: Process og mekanisme for DNA-transkription

Processen til kopiering af genetisk information fra antisense eller template streng af DNA til RNA hedder transkription. Det er beregnet til at tage den kodede information fra DNA til stedet, hvor det er nødvendigt for proteinsyntese. Principper for komplementaritet anvendes selv i transkription.

Undtagelsen er, at (i) Uracil er inkorporeret i stedet for thymin-modsat adenin af skabelon, (ii) Kun DNA-skabelonstrengen er transkriberet. Både DNA-strengene kan ikke kopieres i transkription, fordi det vil producere to typer proteiner, en med korrekt sekvens af aminosyrer og den anden med omvendt sekvens af aminosyrer.

Yderligere, hvis to komplementære RNA'er produceres samtidigt, ville de have en tendens til at danne dobbeltstrenget RNA, hvilket resulterer i ikke-translatering af kodet information i proteiner. Hele udførelsen af ​​transkription ville så fremstå forgæves.

Transskriptionsenhed:

Segmentet af DNA, der deltager i transkription, kaldes transkriptionsenhed (figur 6.16). Den har tre komponenter (i) en promotor, (ii) strukturgenet og (iii) en terminator. Udover en promotor kræver eukaryoter også en forstærker. Promoter er placeret opstrøms for strukturgener. Ved konvention kaldes den 5'-enden (af kodende streng, som er 3'-enden af ​​skabelonstrengen). Terminator-regionen er til stede nedstrøms for strukturgenet ved 3'-enden (af kodende streng, som faktisk er 5'-enden af ​​template-strengen). Promoter har forskellige dele til vedhæftning til forskellige transkriptionsfaktorer.

I mange tilfælde har promotoren en AT-rig region kaldet TATA-boks. Området har en rille, som specifikke proteinkomponenter kan kombinere. TATA-indeholdende region kaldes også Pribnow-boksen efter navnet på dens opdagelsesvirksomhed.

Strukturelt gen er en komponent af den DNA-streng, som har 3 '→ 5' polaritet (da transskription kun kan forekomme i 5 '→ 3' retning). Denne streng af DNA kaldes template streng eller master streng eller antisense eller (-) streng. Den anden streng, som har en polaritet på 5 '→ 3', forskydes under transkription. Denne nontemplate streng, der ikke deltager i transkription, kaldes også sense eller kodende streng eller plus (+) streng, fordi den genetiske kode til stede i denne streng svarer til genetisk kode (baseret på mRNA) bortset fra at uracil erstattes af thymin.

Transskriptionsmekanisme:

I eukaryoter forekommer transkription i hele I-fase i differentierede celler, men mere i G ₁ og G ₂ faser af cellecyklus inde i kernen. Afhængigt af kravet kan et strukturgen gen transkribe en til mange RNA-molekyler. Transkriptionsprodukterne flytter ud i cytoplasma til oversættelse.

I prokaryoter forekommer transkription i kontakt med cytoplasmaen, da deres DNA ligger i cytoplasmaet. Transskription kræver en DNA-afhængig RNA-polymerase. Eukaryoter har tre RNA-polymeraser, Pol I (Pol A) (til riboso- mal eller rRNA'er bortset fra 5S rRNA), Pol II (til mRNA, snRNS) og Pol III (til overførsel eller tRNA, 5S rRNA og nogle snRNA'er). Eukaryotiske RNA-polymeraser kræver også transkriptionsfaktorer til initiering.

Forskellige dele af DNA er involveret i transkription af forskellige ribonukleinsyrer. Prokaryoter har kun en RNA-polymerase, som syntetiserer alle typer af RNA'er. Rna-polymerase af Escherichia coli har fem polypeptidkæder p, p ', a, a' og en a (sigma) faktor. Holoenzymet har en molekylvægt på 4, 50, 000. Sigma eller en faktor genkender startsignalet eller promotorregionen (TATA-boksen) af DNA.

Den del af polymerasenzymet minus с-faktor kaldes kerneenzym (fig. 6.17). a og a'-polypeptider er beskyttende, mens p og p 'er katalytiske af natur.

En termineringsfaktor kaldet Rho (p) faktor er nødvendig for afslutning af transkription. Der kræves også en række andre faktorer - til afvikling af DNA-duplex, stabilisering af unwound DNA-streng, baseparering, separation og behandling af transkriberet RNA.

1. Aktivering af ribo-nucleotider:

Ribonukleotider adskiller sig fra deoxyribonukleotider med at have ribosukker i stedet for deoxyribosesukker. Thymidinmonophosphat erstattes af uridinmonophosphat. De fire typer af ribonukleotider er adenosinmonophosphat (AMP), guanosinmonophosphat (GMP), uridinmonosfosfat (UMP) og cytidinmonophosphat (CMP). De forekommer frit i nukleoplasmaet. Inden transkriptionen aktiveres nucleotiderne gennem phosphorylering. Enzymphosphorylase er påkrævet sammen med energi. De aktiverede eller phosphorylerede ribonukleotider er adenosintrifosfat (ATP), guanosintrifosfat (GTP), uridintriphosphat (UTP) og cytidintriphosphat (CTP).

2. DNA-skabelon:

På specifikke signaler bliver segmenter af DNA svarende til en eller flere cistrons de-undertrykt og klar til at transkribe. Hvert sådant DNA-transkriptionssegment har en promotorregion, initieringssted, kodningsregion og en terminatorregion. Transskription begynder på startstedet og slutter ved terminatorregionen. En promotorregion har RNA-polymerase-genkendelsessted og RNA-polymerasebindingssted.

Kædeåbning forekommer i regionen optaget af TATAATG-nukleotider (TATA-kasse) i de fleste prokaryoter. Enzymer, der kræves til kædeseparation, er unwindaser, gyraser og enkeltstrengede bindingsproteiner. Terminator-regionen har enten poly A-basesekvens eller palindromisk sekvens (identisk basesekvens der kører i modsatte retninger i de to DNA-kæder).

RNA-polymerase (almindelig i prokaryoter og specifikke i eukaryoter) binder sig til promotorregionen. De to tråde af DNA aflader progressivt fra stedet for polymerasebinding. En af de to tråde af DNA (3'- »5 ') virker som en skabelon til transkription af RNA. Det hedder master, skabelon eller antisense streng. Transskriptionsdannelse sker i 5'-> 3'-retningen.

3. Base Pairing:

Ribonukleosidtrifosfater, der er til stede i det omgivende medium, kommer til at ligge over for nitrogenbaserne af DNA-skabelonen (Antisense-streng). De danner komplementære par, U modsat A, En modsat T, С modsat G og G modsat C. Et pyrophosphat frigives fra hvert ribonucleosidtriphosphat til dannelse af ribonukleotid. Pyrophosphatet hydrolyseres ved hjælp af enzym pyrophosphatase. Det frigiver energi.

4. Kædeformation:

Ved hjælp af RNA-polymerase forbindes de tilstødende ribo-nukleotider over DNA-template til dannelse af RNA-kæde. I prokaryoter genkender en enkelt polymerase promotor- og initieringsområdet. I eukaryoter er der separate transkriptionsfaktorer og RNA-polymerase til aktivering af transkription. Når RNA-kædeformationen initieres, separerer sigma (a) -faktoren for den prokaryote RNA-polymerase. RNA-polymerase (kerneenzym) bevæger sig langs DNA-skabelonen forårsager forlængelse af RNA-kæde med en hastighed på ca. 30 nukleotider pr. Sekund. RNA-syntese stopper, så snart polymerase når terminatorregionen. Rho faktor (p) er påkrævet for dette. Terminator regionen har et stop signal. Det besidder også 4-8 A-nukleotider.

5. Separation af RNA:

Afslutning eller rho faktor har ATP-ase aktivitet (Roberts, 1976). Det hjælper i frigivelsen af ​​den færdige RNA-kæde. Det frigivne RNA hedder primært transkript. Den behandles til dannelse af funktionelle RNA'er. I mange prokaryoter grupperes nogle af de strukturelle gener af beslægtede funktioner sammen i operoner. En operon transkriberes som en enkelt enhed. En sådan transkriptionsenhed producerer et polykistronisk mRNA. I eukaryoter giver transkriptionsenheden et monokistronisk mRNA.

6. Duplexformation. Efter frigivelsen af ​​primært transkript etablerer de to tråde af DNA bindinger blandt komplementære basepar. Gyrter, unwindaser og SSB proteiner frigives. Følgelig genoptages den dobbelte spiralformede DNA-form.

7. Eftertransskriptionsbehandling:

Primær transkription er ofte større end de funktionelle RNA'er. Dette primære transkript kaldes heterogent nukleært RNA eller hnRNA, især i tilfælde af mRNA. Eftertransskriptionsbehandling er påkrævet for at omdanne primærtranskript af alle typer af RNA'er til funktionelle RNA'er (figur 6.18). Det er af fire typer:

(i) spaltning:

Større RNA-forstadier spaltes for at danne mindre RNA'er. Primær transkription af rRNA er 45 S i eukaryoter. Det spaltes for at danne følgende:

Primær transkript spaltes også af rfoonuclease-P (et RNA-enzym). Et primært transkript kan danne 5-7 tRNA-forstadier.

(ii) Splejsning:

Eukaryotiske transkripter besidder ekstra segmenter kaldet introner eller intervenerende sekvenser eller ikke-kodende sekvenser. De vises ikke i modne eller forarbejdede RNA. De funktionelle kodningssekvenser kaldes exoner. Splejsning er fjernelse af introner og fusion af exoner til dannelse af funktionelle RNA'er. Hver intron starter med dinukleotid GU og slutter med dinukleotid AG (GU-AG-regel).

De genkendes af komponenter af splejsningsapparater af Sn-RNP'er (udtales som snurps) eller små nukleare ribonukleoproteiner (viz-Ul, U2, U4, U5, U6). Et kompleks kaldet spliceosome dannes mellem 5'-enden (GU) og 3'-enden (AG) af intron. Energi opnås fra ATR Det fjerner intronen. De tilstødende exoner er bragt sammen. Enderne er forseglet af RNA ligase (Fig. 6.18).

Introns er ikke nyere udvikling. De optrådte, da RNA-centreret genetisk maskineri var på plads. Derfor er splittede gener og splittet transkrips er gamle træk ved det genetiske system. Splejsning er fortsat RNA-medieret katalytisk funktion. Mange flere sådanne RNA-afhængige processer kommer til lys.

(iii) Terminal Additions (Capping and Tailing):

Yderligere nukleotider tilsættes til enderne af RNA'er til specifikke funktioner, fx CCA-segment i tRNA, cap-nukleotider ved 5'-enden af ​​mRNA eller poly-A-segmenter (200-300 rester) ved 3'-enden af ​​mRNA. Hætten dannes ved modifikation af GTP i 7-methyl guanosin eller 7mG.

(iv) Nukleotid Modifikationer:

De er mest almindelige ved tRNA-methylering (f.eks. Methylcytosin, methylguanosin), deaminering (f.eks. Inosin fra adenin), dihydrouracil, pseudouracil osv.

I prokaryoter kræver mRNA ikke nogen udførlig behandling til at blive aktiv. Endvidere forekommer transkription og oversættelse i samme region. Det resulterer i begyndelsen af ​​oversættelse, selv før mRNA er fuldt dannet.

In vitro-syntese af RNA blev først udført af Ochoa (1967).