Bez obzira jeste li novopridošli u biologiji ili dugogodišnji obožavatelj, šanse su izvrsne prema zadanim postavkama, deoksiribonukleinsku kiselinu (DNA) smatrate možda najneophodnijim konceptom u cijelom životu znanost. Najmanje ste vjerojatno svjesni da je DNK ono što vas čini jedinstvenim među milijardama ljudi na svijetu planeta, dajući mu ulogu u svijetu kaznenog pravosuđa, kao i središnjem mjestu u molekularnoj biologiji predavanja. Gotovo ste sigurno naučili da je DNK odgovorna za to što vas obdaruje svim osobinama koje ste naslijedili od roditelja i da je vaš vlastiti DNK vaše izravno nasljeđe budućim generacijama ako biste trebali djeco.
Ono o čemu možda ne znate puno jest put koji povezuje DNK u vašim stanicama s fizičkim osobinama koje manifestirate, kako očiglednim tako i skrivenim, te niz koraka na tom putu. Molekularni biolozi stvorili su koncept "središnje dogme" u svom području, koji se može sažeti jednostavno kao "DNA u RNA u protein." Prvi dio ovog postupka - generiranje RNA ili ribonukleinske kiseline iz DNA - poznat je pod nazivom
transkripcija, a ova dobro proučena i koordinirana serija biokemijske gimnastike jednako je elegantna koliko i znanstveno duboka.Pregled nukleinskih kiselina
DNA i RNA su nukleinske kiseline. Obje su temeljne za sav život; ove su makromolekule vrlo usko povezane, ali njihove su funkcije, premda izvrsno isprepletene, vrlo različite i specijalizirane.
DNA je polimer, što znači da se sastoji od velikog broja podjedinica koje se ponavljaju. Te podjedinice nisu točno identične, ali su identične u obliku. Razmislite o dugačkom nizu zrnaca koji se sastoje od kockica koje dolaze u četiri boje i uvijek se malo razlikuju u veličini, a vi steknete osnovni osjećaj o rasporedu DNA i RNA.
Monomeri (podjedinice) nukleinskih kiselina poznati su kao nukleotidi. Sami nukleotidi sastoje se od trijada triju različitih molekula: fosfatne skupine (ili skupine), a šećer s pet ugljika i baza bogata dušikom ("baza" ne u smislu "temelja", već što znači "vodikov ion akceptor "). Nukleotidi koji čine nukleinske kiseline imaju jednu fosfatnu skupinu, ali neki imaju dva ili čak tri fosfata spojena u nizu. Molekule adenozin difosfata (ADP) i adenozin trifosfata (ATP) nukleotidi su od izuzetne važnosti u staničnom metabolizmu energije.
DNA i RNA razlikuju se na nekoliko važnih načina. Jedna, dok svaka od ovih molekula uključuje četiri različite dušične baze, DNA uključuje adenin (A), citozin (C), gvanin (G) i timin (T), dok RNA uključuje prva tri od njih, ali zamjenjuje uracil (U) za T. Drugo, šećer u DNK je deoksiriboza, dok je u RNK riboza. I treće, DNA je dvolančana u svom energetski najstabilnijem obliku, dok je RNA jednolančana. Te su razlike od velike važnosti kako za transkripciju, tako i općenito za funkciju tih nukleinskih kiselina.
Baze A i G nazivaju se purini, dok su C, T i U klasificirani kao pirimidini. Kritično je da se A kemijski veže na i samo za T (ako je DNA) ili U (ako je RNA); C se veže na i samo na G. Dva lanca molekule DNA komplementarna su, što znači da se baze u svakom lancu u svakoj točki podudaraju s jedinstvenom bazom "partnera" u suprotnom lancu. Stoga je AACTGCGTATG komplementaran TTGACGCATAC (ili UUGACGCAUAC).
Transkripcija DNA vs. Prijevod
Prije nego što se pozabavite mehanikom transkripcije DNK, vrijedi odvojiti trenutak i pregledati terminologiju povezane s DNA i RNA, jer s toliko riječi sličnog zvuka u smjesi, lako je zbuniti ih.
Replikacija je čin izrade identične kopije nečega. Kada napravite fotokopiju pisanog dokumenta (stara škola) ili koristite funkciju kopiranja i lijepljenja na računalu (nova škola), replicirate sadržaj u oba slučaja.
DNA se podvrgava replikaciji, ali RNA, koliko moderna znanost može utvrditi, ne; proizlazi samo iz transkripcije _._ Iz latinskog korijena koji znači "prepisivanje", transkripcija je kodiranje određene poruke u kopiji izvornog izvora. Možda ste čuli za medicinske transkripcioniste, čiji je posao prepisati medicinske bilješke izrađene u obliku audio zapisa. U idealnom slučaju, riječi, a time i poruka, bit će potpuno iste unatoč promjeni medija. U stanicama transkripcija uključuje kopiranje genetske DNA poruke, napisane jezikom sljedova dušičnih baza, u RNA oblik - posebno, glasničku RNA (mRNA). Ova sinteza RNA događa se u jezgri eukariotskih stanica, nakon čega mRNA napušta jezgru i kreće prema strukturi zvanoj ribosom koja će proći prijevod.
Dok je transkripcija jednostavno fizičko kodiranje poruke u drugom mediju, prijevod je, u biološkom smislu, pretvaranje te poruke u svrhovito djelovanje. Duljina DNA ili pojedinačna DNK poruka, nazvana a gen, u konačnici rezultira da stanice proizvode jedinstveni proteinski proizvod. DNA ovu poruku šalje u obliku mRNA, koja zatim prenosi poruku u ribosom da bi se ona pretočila u stvaranje proteina. U ovom pogledu, mRNA je poput nacrta ili skupa uputa za sastavljanje komada namještaja.
To će, nadamo se, razjasniti sve vaše tajne o tome što rade nukleinske kiseline. Ali što je s transkripcijom posebno?
Koraci transkripcije
DNA je, poprilično čuveno, utkana u dvolančanu zavojnicu. Ali u ovom bi obliku bilo fizički teško iz toga bilo što izgraditi. Stoga je u inicijacija faze (ili koraka) transkripcije, molekulu DNA odmotavaju enzimi zvani helikaze. Za sintezu RNA odjednom se koristi samo jedan od dva rezultirajuća lanca DNA. Ovaj se pramen naziva nekodiranje jer, zahvaljujući pravilima sparivanja baza DNA i RNA, drugi lanac DNA ima isti slijed dušičnih baza kao i mRNA koja se sintetizira, čineći ovaj lanac kodiranje nasukati. Na temelju prethodno izrečenih stavova možete zaključiti da se lanac DNA i mRNA koji je odgovoran za proizvodnju komplementarni.
Kad je lanac sada spreman za akciju, dio DNA koji se naziva promotorska sekvenca pokazuje gdje transkripcija treba započeti duž lanca. Enzim RNA polimeraza stiže na ovo mjesto i postaje dijelom promotorskog kompleksa. Sve je to kako bi se osiguralo da sinteza mRNA započne točno tamo gdje treba na molekuli DNA, a to generira RNA lanac koji sadrži željenu kodiranu poruku.
Dalje, u produljenje faze, RNA polimeraza "očitava" DNA lanac, počevši od promotorske sekvence i krećući se duž DNA lanca, poput učitelj šeće redom učenika i dijeli testove, dodajući nukleotide na rastući kraj novonastajuće RNA molekula.
Veze stvorene između fosfatnih skupina jednog nukleotida i ribozne ili deoksiribozne skupine na sljedećem nukleotidu nazivaju se fosfodiesterske veze. Imajte na umu da molekula DNA ima ono što se na kraju naziva 3 '("tri premijera"), a na drugom kraju 5' ("pet glavnica"), s tim da ovi brojevi dolaze iz krajnji položaji atoma ugljika u odgovarajućim terminalnim riboznim "prstenovima". Kako sama molekula RNA raste u smjeru 3 ', ona se kreće duž lanca DNA u 5' smjer. Trebali biste ispitati dijagram kako biste se uvjerili da u potpunosti razumijete mehaniku sinteze mRNA.
Dodatak nukleotida - posebno nukleozidnih trifosfata (ATP, CTP, GTP i UTP; ATP je adenozin trifosfat, CTP je citidin trifosfat i tako dalje) - za produljenje lanca mRNA potrebna je energija. To, kao i toliki biološki procesi, osiguravaju fosfatne veze u samim nukleozidnim trifosfatima. Kad se visokoenergetska veza fosfat-fosfat prekine, rezultirajući nukleotid (AMP, CMP, GMP i UMP; u tim nukleotidima, "MP" znači "monofosfat") dodaje se mRNA i par anorganskih molekula fosfata, obično napisano PPi, otpasti.
Kako se događa transkripcija, čini to, kako je rečeno, na jednom lancu DNA. Međutim, imajte na umu da se cijela molekula DNA ne odvija i ne razdvaja u komplementarne niti; to se događa samo u neposrednoj blizini transkripcije. Kao rezultat, možete vizualizirati "mjehurić transkripcije" koji se kreće duž molekule DNA. Ovo je poput predmeta koji se kreće duž patentnog zatvarača koji se jednim mehanizmom rastvara tik ispred objekta, dok drugi mehanizam ponovno zatvara patentni zatvarač u kretanju predmeta.
Napokon, kada mRNA dosegne potrebnu duljinu i oblik, raskid faza započinje. Poput inicijacije, i ovu fazu omogućuju specifične sekvence DNA koje funkcioniraju kao znakovi zaustavljanja RNA polimeraze.
Kod bakterija se to može dogoditi na dva opća načina. U jednom od njih, terminacijski slijed se transkribira, generirajući duljinu mRNA koja se nabraja na sebi i na taj način "skuplja" dok RNA polimeraza nastavlja raditi svoj posao. Ovi presavijeni dijelovi mRNA često se nazivaju nitima ukosnice i uključuju komplementarno uparivanje baza unutar jednolančane, ali zgrčene molekule mRNA. Nizvodno od ovog dijela ukosnice nalazi se dugotrajno protezanje U baza ili ostataka. Ovi događaji prisiljavaju RNK polimerazu da prestane dodavati nukleotide i odvaja se od DNK, završavajući transkripciju. Ovo se naziva rho-neovisnim završetkom jer se ne oslanja na protein poznat kao rho faktor.
Kod prekida ovisnog o rho-u situacija je jednostavnija i nisu potrebni segmenti mRNA ukosnice ili U ostaci. Umjesto toga, rho faktor veže se na traženo mjesto na mRNA i fizički odvlači mRNA od RNA polimeraze. Hoće li se dogoditi neovisnost o rho ili o ovisnosti o rho ovisi o točnoj verziji RNA polimeraze koja djeluje na DNA i mRNA (postoje razni podtipovi), kao i na proteine i druge čimbenike u neposrednoj stanici okoliš.
Obje kaskade događaja u konačnici dovode do toga da se mRNA oslobodi DNA na mjehuriću transkripcije.
Prokarioti vs. Eukarioti
Postoje brojne razlike između transkripcije u prokariota (od kojih su gotovo svi bakterije) i eukariota (višećelijski organizmi kao što su životinje, biljke i gljive). Na primjer, inicijacija u prokariotima obično uključuje raspored DNA baze poznat kao Pribnow-ova kutija, sa sekvenca baze TATAAT nalazi se otprilike 10 parova baza daleko od mjesta na kojem se događa sama inicijacija transkripcije. Međutim, eukarioti imaju pojačivačke sekvence smještene na značajnoj udaljenosti od mjesta inicijacije, kao kao i proteini aktivatora koji pomažu u deformiranju molekule DNA na način koji je čini dostupnijom RNA polimeraza.
Uz to, produljenje se događa otprilike dvostruko brže kod bakterija (oko 42 do 54 baznih parova u minuti, graniči s jednim u sekundi) nego kod eukariota (oko 22 do 25 baznih parova u minuti). Konačno, dok su gore opisani bakterijski mehanizmi prestanka, u eukariotima ova faza uključuje specifične čimbenike prestanka, kao i lanac RNA nazvan poli-A (kao u, mnogi adeninske baze u nizu) "rep". Još nije jasno pokreće li prekid produljenja cijepanje mRNA iz mjehura ili samo cijepanje naglo završava produljenje postupak.
