Riippumatta siitä, oletko uusi tulokas biologiassa vai pitkäaikainen harrastaja, mahdollisuudet ovat erinomaiset siihen mennessä oletuksena deoksiribonukleiinihappo (DNA) on ehkä kaikkein välttämättömin konsepti koko elämässä tiede. Ainakin olet todennäköisesti tietoinen siitä, että DNA on se, mikä tekee sinusta ainutlaatuisen miljardien ihmisten keskuudessa planeetalla, antaen sille roolin rikosoikeusmaailmassa sekä molekyylibiologian keskipisteen luentoja. Olet melkein varmasti oppinut, että DNA on vastuussa siitä, että sinulle annetaan kaikki perimäsi piirteet vanhemmiltasi ja että oma DNAsi on suora perintösi tuleville sukupolville, jos sinulla olisi lapset.
Mitä et ehkä tiedä paljoakaan, on polku, joka yhdistää soluissasi olevan DNA: n fyysisiin ominaisuuksiin, jotka ilmenevät, sekä avoimina että piilotettuina, ja sarjaan vaiheita tällä polulla. Molekyylibiologit ovat tuottaneet alallaan käsitteen "keskeinen dogma", joka voidaan tiivistää yksinkertaisesti "DNA RNA: sta proteiiniksi". Tämän prosessin ensimmäinen osa - RNA: n tai ribonukleiinihapon tuottaminen DNA: sta - tunnetaan nimellä
transkriptio, ja tämä hyvin tutkittu ja koordinoitu biokemiallisen voimistelun sarja on yhtä tyylikäs kuin tieteellisesti syvällinen.Yleiskatsaus nukleiinihappoihin
DNA ja RNA ovat nukleiinihappoja. Molemmat ovat perustavanlaatuisia koko elämälle; nämä makromolekyylit liittyvät hyvin läheisesti toisiinsa, mutta niiden toiminnot, vaikka ne ovat hienosti kietoutuneet toisiinsa, ovat hyvin erilaisia ja erikoistuneita.
DNA on polymeeri, mikä tarkoittaa, että se koostuu suuresta määrästä toistuvia alayksiköitä. Nämä alayksiköt eivät ole täsmälleen identtisiä, mutta ne ovat muodoltaan identtisiä. Harkitse pitkää helmijonoa, joka koostuu kuutioista, jotka tulevat neljään väriin ja vaihtelevat aina niin pienikokoisina, ja saat peruskäsityksen siitä, miten DNA ja RNA on järjestetty.
Nukleiinihappojen monomeerit (alayksiköt) tunnetaan nimellä nukleotidit. Itse nukleotidit koostuvat kolmen erillisen molekyylin kolmioista: fosfaattiryhmä (tai -ryhmät), a viiden hiilen sokeri ja typpipitoinen emäs ("emäs" ei "säätiön" merkityksessä, vaan "vety-ioni" tunnustaja"). Nukleiinihapoista muodostuvilla nukleotideilla on yksi fosfaattiryhmä, mutta joillakin on kaksi tai jopa kolme fosfaattia kiinnittyneenä peräkkäin. Adenosiinidifosfaatin (ADP) ja adenosiinitrifosfaatin (ATP) molekyylit ovat nukleotideja, joilla on poikkeuksellisen tärkeä merkitys soluenergian aineenvaihdunnassa.
DNA ja RNA eroavat toisistaan useilla tärkeillä tavoilla. Yksi, kun taas kumpikin näistä molekyyleistä sisältää neljä erilaista typpipitoista emästä, DNA sisältää adeniinin (A), sytosiinin (C), guaniini (G) ja tymiini (T), kun taas RNA sisältää kolme ensimmäistä näistä, mutta korvaa urasiilin (U) T. Kaksi, sokeri DNA: ssa on deoksiriboosi, kun taas RNA: ssa oleva on riboosi. Ja kolme, DNA on kaksijuosteinen energisesti vakaimmassa muodossaan, kun taas RNA on yksijuosteinen. Nämä erot ovat erittäin tärkeitä sekä spesifisesti transkriptiossa että näiden vastaavien nukleiinihappojen toiminnassa yleensä.
Emäksiä A ja G kutsutaan puriineiksi, kun taas C, T ja U luokitellaan pyrimidiiniksi. Kriittisesti A sitoutuu kemiallisesti ja vain T: hen (jos DNA) tai U: han (jos RNA); C sitoutuu ja vain G. DNA-molekyylin kaksi säiettä ovat toisiaan täydentäviä, mikä tarkoittaa, että kunkin juosteen emäkset vastaavat joka pisteessä vastakkaisen juosteen ainutlaatuista "kumppani" emästä. Siten AACTGCGTATG on täydentävä TTGACGCATAC: lle (tai UUGACGCAUAC).
DNA-transkriptio vs. Käännös
Ennen kuin syvennetään DNA-transkription mekaniikkaan, kannattaa käyttää hetki terminologian tarkistamiseen liittyy DNA: han ja RNA: han, koska niin monien samankaltaisten sanojen yhdistelmässä se voi olla helppo sekoittaa niitä.
Replikointi on teko, jolla tehdään identtinen kopio jostakin. Kun teet valokopion kirjoitetusta asiakirjasta (vanha koulu) tai käytät kopioi ja liitä -toimintoa tietokoneella (uusi koulu), kopioit sisällön molemmissa tapauksissa.
DNA replikoituu, mutta RNA, sikäli kuin nykyaikainen tiede pystyy varmistamaan, ei; se syntyy vain transkriptiosta _._ Latinalaisesta juuresta, joka tarkoittaa "yli kirjoitusta", transkriptio on tietyn viestin koodaus alkuperäisen lähteen kopiossa. Olet ehkä kuullut lääketieteellisistä transkriptiohenkilöistä, joiden tehtävänä on kirjoittaa äänitallenteeksi tehdyt lääketieteelliset muistiinpanot kirjalliseen muotoon. Ihannetapauksessa sanat ja siten viesti ovat täsmälleen samat välineen muutoksesta huolimatta. Soluissa transkriptio tarkoittaa typpeä sisältävien emässekvenssien kielellä kirjoitetun geneettisen DNA-viestin kopioimista RNA-muotoon - erityisesti lähettimen RNA: han (mRNA). Tämä RNA-synteesi tapahtuu eukaryoottisolujen ytimessä, minkä jälkeen mRNA lähtee ytimestä ja etenee ribosomiksi kutsuttuun rakenteeseen käännös.
Kun transkriptio on viestin yksinkertainen fyysinen koodaus eri välineessä, käännös biologisella tavalla on kyseisen viestin muuntaminen tarkoitukselliseksi toiminnaksi. DNA: n tai yksittäisen DNA-sanoman pituus, jota kutsutaan a geeni, johtaa lopulta soluihin, jotka valmistavat ainutlaatuisen proteiinituotteen. DNA lähettää tämän sanoman mRNA: n muodossa, joka sitten kuljettaa viestin ribosomiin, jotta se voidaan muuntaa proteiinin valmistamiseksi. Tässä näkymässä mRNA on kuin suunnitelma tai joukko ohjeita huonekalun kokoamiseksi.
Se toivottavasti poistaa kaikki salaisuutesi siitä, mitä nukleiinihapot tekevät. Mutta entä erityisesti transkriptio?
Litteraation vaiheet
DNA, melko tunnetusti, kudotaan kaksisäikeiseksi kierteeksi. Mutta tässä muodossa olisi fyysisesti vaikeaa rakentaa mitään siitä. Siksi aloittaminen transkription vaihe (tai vaihe), DNA-molekyyli kelautuu helikaaseiksi kutsuttujen entsyymien avulla. Vain yhtä kahdesta tuloksena olevasta DNA-säikeestä käytetään RNA-synteesiin kerrallaan. Tätä säiettä kutsutaan nimellä koodaamaton juoste, koska DNA- ja RNA-emäsparin muodostumisen sääntöjen ansiosta toisella DNA-juosteella on sama typpipitoisten sekvenssien sekvenssi kuin syntetisoitavalla mRNA: lla, mikä tekee tästä juosteesta koodaus säie. Aiemmin tehtyjen pisteiden perusteella voit päätellä, että DNA-juoste ja sen valmistamisesta vastaava mRNA ovat komplementaarisia.
Kun juoste on nyt toimintavalmis, DNA-osa, jota kutsutaan promoottorisekvenssiksi, osoittaa, mistä transkription on aloitettava juosetta pitkin. Entsyymi RNA-polymeraasi saapuu tähän paikkaan ja siitä tulee osa promoottorikompleksia. Kaiken tämän tarkoituksena on varmistaa, että mRNA-synteesi alkaa tarkalleen siitä, mihin sen oletetaan olevan DNA-molekyylissä, ja tämä muodostaa RNA-juosteen, jolla on haluttu koodattu viesti.
Seuraavaksi venymä faasi, RNA-polymeraasi "lukee" DNA-juosteen aloittaen promoottorisekvenssistä ja liikkuen pitkin DNA-juosetta, kuten opettaja kävelemässä riviä opiskelijoita ja jakamalla testejä lisäämällä nukleotideja vasta muodostuvan RNA: n kasvavaan päähän molekyyli.
Yhden nukleotidin fosfaattiryhmien ja seuraavan nukleotidin riboosi- tai deoksiriboosiryhmän välille muodostuneita sidoksia kutsutaan fosfodiesteri-sidokset. Huomaa, että DNA-molekyylin toisessa päässä on 3'- ("kolme alkupää") ja toisessa 5 "(" viisi alkupää ") -päätä, jolloin nämä luvut tulevat terminaaliset hiili-atomiasemat vastaavissa terminaalisissa riboosi "renkaissa". Kun RNA-molekyyli itsessään kasvaa 3'-suunnassa, se liikkuu pitkin 5'-DNA-juosetta suunta. Sinun tulisi tutkia kaavio varmistaaksesi itsesi, että ymmärrät täysin mRNA-synteesin mekaniikan.
Nukleotidien - erityisesti nukleosiditrifosfaattien (ATP, CTP, GTP ja UTP; ATP on adenosiinitrifosfaatti, CTP on sytidiinitrifosfaatti ja niin edelleen) - venyvään mRNA-juosteeseen tarvitaan energiaa. Tämän, kuten niin monen biologisen prosessin tavoin, tarjoavat itse nukleosiditrifosfaattien fosfaattisidokset. Kun suurenerginen fosfaatti-fosfaattisidos katkeaa, tuloksena oleva nukleotidi (AMP, CMP, GMP ja UMP; näissä nukleotideissa "MP" tarkoittaa "monofosfaattia") lisätään mRNA: han ja pari epäorgaanisia fosfaattimolekyylejä, yleensä kirjoitettu PPi, pudota pois.
Kun transkriptio tapahtuu, se tekee niin, kuten todettiin, pitkin yhtä DNA-ketjua. Ole kuitenkin tietoinen siitä, että koko DNA-molekyyli ei kelaa ja erotu komplementaarisiksi säikeiksi; tämä tapahtuu vain transkription välittömässä läheisyydessä. Tämän seurauksena voit visualisoida "transkriptiokuplan", joka liikkuu pitkin DNA-molekyyliä. Tämä on kuin esine, joka liikkuu vetoketjua pitkin, jota yksi mekanismi purkaa heti kohteen edessä, kun taas toinen mekanismi vetää vetoketjun takaisin objektin herätessä.
Lopuksi, kun mRNA on saavuttanut vaaditun pituuden ja muodon, irtisanominen vaihe alkaa. Kuten initiaatio, tämän vaiheen mahdollistavat spesifiset DNA-sekvenssit, jotka toimivat RNA-polymeraasin pysäytysmerkeinä.
Bakteereissa tämä voi tapahtua kahdella yleisellä tavalla. Yhdessä näistä lopetussekvenssi transkriptoidaan, mikä tuottaa mRNA: n pituuden, joka taittuu takaisin itsensä sisään ja "niputtaa", kun RNA-polymeraasi jatkaa tehtävänsä suorittamista. Näitä mRNA: n taitettuja osia kutsutaan usein hiusneulan säikeiksi, ja niihin liittyy komplementaarinen emäsparitus yksisäikeisessä mutta vääntyneessä mRNA-molekyylissä. Tästä hiusneulaosasta alavirtaan on pitkittynyt U-emästen tai tähteiden venytys. Nämä tapahtumat pakottavat RNA-polymeraasin lopettamaan nukleotidien lisäämisen ja irtoamaan DNA: sta lopettaen transkription. Tätä kutsutaan rho-riippumattomaksi lopetukseksi, koska se ei perustu proteiiniin, joka tunnetaan rho-tekijänä.
Rho-riippuvaisessa lopetuksessa tilanne on yksinkertaisempi, eikä hiusneula-mRNA-segmenttejä tai U-tähteitä tarvita. Sen sijaan rho-tekijä sitoutuu tarvittavaan kohtaan mRNA: ssa ja vetää fyysisesti mRNA: n pois RNA-polymeraasista. Se, tapahtuuko rho-riippumaton vai rho-riippuvainen terminaatio, riippuu vaikuttavan RNA-polymeraasin tarkasta versiosta DNA: lla ja mRNA: lla (erilaisia alatyyppejä on olemassa) sekä proteiineista ja muista tekijöistä välittömässä solussa ympäristössä.
Molemmat tapahtumien kaskadit johtavat lopulta mRNA: n irtoamiseen DNA: sta transkriptiokuplassa.
Prokaryootit vs. Eukaryootit
Prokaryooteissa (melkein kaikki ovat bakteereja) ja eukaryooteissa (monisoluiset organismit, kuten eläimet, kasvit ja sienet) olevien transkriptioiden välillä on lukuisia eroja. Esimerkiksi initiaatio prokaryooteissa liittyy yleensä DNA-emäsjärjestelyyn, joka tunnetaan nimellä Pribnow-laatikko emässekvenssi TATAAT, joka sijaitsi noin 10 emäsparin päässä siitä kohdasta, missä itse transkription initiaatio tapahtuu. Eukaryooteilla on kuitenkin tehostajasekvenssit, jotka on sijoitettu huomattavalle etäisyydelle aloituskohdasta, kuten samoin kuin aktivaattoriproteiinit, jotka auttavat deformoimaan DNA-molekyyliä tavalla, joka tekee siitä helpommin saavutettavissa RNA: lle polymeraasi.
Lisäksi venymä tapahtuu bakteereissa noin kaksi kertaa nopeammin (noin 42 - 54 emäsparia minuutissa, rajoittuen yhdellä sekunnissa) kuin eukaryooteilla (noin 22 - 25 emäsparia minuutissa). Lopuksi, vaikka bakteerien terminaatiomekanismit on kuvattu yllä, eukaryooteissa tämä vaihe sisältää spesifisiä lopetustekijöitä sekä poly-A: ksi kutsutun RNA-juosteen (kuten monissa adeniinipohjat peräkkäin) "häntä". Ei ole vielä selvää, aiheuttaako venymän lopettaminen mRNA: n pilkkomisen kuplasta vai lopettaako lohkaisu itsessään äkillisesti venymän prosessi.