Függetlenül attól, hogy újonc vagy-e a biológiában, vagy régóta rajongsz, az esély nagyszerű alapértelmezés szerint a dezoxiribonukleinsavat (DNS) tekintheti az egyetlen nélkülözhetetlen fogalomnak az egész életben tudomány. Legalább tisztában van azzal, hogy a DNS az, ami egyedivé tesz az emberek milliárdjai között a büntető igazságszolgáltatás világában, valamint a molekuláris biológia középpontjában előadások. Szinte biztosan megtudta, hogy a DNS felelős azért, hogy bármilyen örökölt tulajdonsággal ruházzon fel szüleitől, és hogy saját DNS-e a közvetlen öröksége a jövő generációinak, ha van gyermekek.
Amiről nem biztos, hogy sokat tudsz, az az az út, amely összeköti a sejtjeiben lévő DNS-t a megnyilvánuló fizikai tulajdonságokkal, mind nyíltan, mind rejtve, valamint az ezen az úton haladó lépések sorozatát. A molekuláris biológusok saját területükön létrehozták a "központi dogma" fogalmát, amely egyszerűen így foglalható össze "DNS-RNS-fehérje". Ennek a folyamatnak az első része - az RNS vagy ribonukleinsav előállítása a DNS-ből - néven ismert
A nukleinsavak áttekintése
A DNS és az RNS nukleinsavak. Mindkettő alapvető az egész életben; ezek a makromolekulák nagyon szorosan kapcsolódnak egymáshoz, de funkcióik, bár remekül összefonódnak, nagyon eltérőek és speciálisak.
A DNS polimer, ami azt jelenti, hogy nagyszámú ismétlődő alegységből áll. Ezek az alegységek nem pontosan azonosak, de formájukban azonosak. Vegyünk egy hosszú gyöngyfüzért, amely négy színű kockákból áll, amelyek méretei enyhén változnak, és alapvető ismereteket szerez a DNS és az RNS elrendezéséről.
A nukleinsavak monomerjei (alegységei) ismertek nukleotidok. Maguk a nukleotidok három különálló molekula triádjaiból állnak: egy foszfátcsoport (vagy csoportok), a öt szénatomszámú cukor és nitrogénben gazdag bázis ("alap" nem "alapozás", hanem "hidrogén-ion" értelmében elfogadó"). A nukleinsavakat alkotó nukleotidok egy foszfátcsoporttal rendelkeznek, de vannak, amelyekben kettő vagy akár három foszfát is egymás után kapcsolódik. Az adenozin-difoszfát (ADP) és az adenozin-trifoszfát (ATP) molekulák rendkívüli jelentőségűek a sejtenergia-anyagcserében.
A DNS és az RNS számos fontos szempontból különbözik egymástól. Az egyik, míg ezek a molekulák négy különböző nitrogénbázist tartalmaznak, a DNS tartalmaz adenint (A), citozint (C), guanin (G) és timin (T), míg az RNS ezek közül az első hármat tartalmazza, de az uracilt (U) helyettesíti T. Másodszor: a DNS-ben lévő cukor dezoxiribóz, míg az RNS-ben lévő ribóz. Három, a DNS kettős szálú, energetikailag legstabilabb formájában, míg az RNS egyszálú. Ezek a különbségek kiemelt jelentőséggel bírnak mind a specifikus transzkripció, mind pedig a megfelelő nukleinsavak működésében.
Az A és G bázisokat purineknek, míg C, T és U pirimidineknek nevezzük. Kritikusan az A kémiailag kötődik és csak T-hez (ha DNS) vagy U-hoz (ha RNS) kötődik; C kötődik és csak G-hez kötődik. A DNS-molekula két szála komplementer, ami azt jelenti, hogy az egyes szálak bázisai minden pontban megegyeznek a szemben lévő szál egyedi "partner" bázisával. Így az AACTGCGTATG kiegészíti a TTGACGCATAC-ot (vagy az UUGACGCAUAC-ot).
DNS transzkripció vs. Fordítás
Mielőtt elmélyedne a DNS-transzkripció mechanikájában, érdemes egy pillanatra áttekinteni a terminológiát a DNS-hez és az RNS-hez társítva, mert annyi hasonló hangzású szó keverékében könnyen összetéveszthető őket.
Replikáció az a tény, hogy valamiről azonos másolatot készítenek. Amikor egy írásos dokumentumról fénymásolatot készít (régi iskola), vagy használja a másolás és beillesztés funkciót egy számítógépen (új iskola), akkor mindkét esetben másolja a tartalmat.
A DNS replikáción megy keresztül, de az RNS, amennyiben a modern tudomány megállapíthatja, nem; csak az átírásból származik _._ Egy latin gyökből, amely "átírást jelent", az átírás egy adott üzenet kódolása az eredeti forrás másolatában. Lehet, hogy hallott már olyan orvosi átírókról, akiknek az a feladata, hogy írásba foglalják a hangfelvételként készült orvosi feljegyzéseket. Ideális esetben a szavak és így az üzenet a közeg változása ellenére is pontosan ugyanaz lesz. A sejtekben a transzkripció magában foglalja a nitrogén bázis szekvenciák nyelvén írt genetikai DNS üzenet másolását RNS formába - különösképpen a messenger RNS-be (mRNS). Ez az RNS szintézis az eukarióta sejtek magjában fordul elő, amely után az mRNS elhagyja a sejtmagot, és egy riboszómának nevezett struktúra felé fordul. fordítás.
Míg a transzkripció az üzenet egyszerű fizikai kódolása egy másik közegben, addig a fordítás biológiai értelemben az üzenet célzott cselekvéssé való átalakítását jelenti. A DNS vagy egyetlen DNS üzenet hossza, az úgynevezett a gén, végül azt eredményezi, hogy a sejtek egyedülálló fehérjeterméket állítanak elő. A DNS ezt az üzenetet mRNS formájában továbbítja, amely ezt követően egy riboszómába továbbítja az üzenetet, hogy fehérjévé alakuljon át. Ebben a nézetben az mRNS olyan, mint egy terv vagy egy bútordarab összeállítása.
Remélhetőleg ez tisztázza az összes titkot, ami a nukleinsavakkal kapcsolatos. De mi a helyzet különösen a transzkripcióval?
Az átírás lépései
A DNS meglehetősen híres módon kettős szálú spirálba van szőve. De ebben a formában fizikailag nehéz lenne bármit is felépíteni belőle. Ezért a megindítás, inicializálás a transzkripció fázisa (vagy lépése), a DNS-molekulát az úgynevezett helikáz enzimek letekerik. A kapott két DNS-szál közül csak az egyiket használjuk egyszerre az RNS-szintézishez. Ezt a szálat a nem kódolás szál, mert a DNS és az RNS bázispárosításának szabályainak köszönhetően a másik DNS szál nitrogén bázisainak szekvenciája megegyezik a szintetizálandó mRNS-szel, így ez a szál a kódolás part. A korábban tett pontok alapján arra a következtetésre juthat, hogy a DNS egy szála és az előállításáért felelős mRNS komplementer.
Miután a szál már készen áll a cselekvésre, a promóter szekvenciának nevezett DNS szakasz jelzi, hogy hol kezdődik a transzkripció a szál mentén. Az RNS polimeráz enzim erre a helyre érkezik, és egy promoterkomplexum részévé válik. Mindez annak biztosítására szolgál, hogy az mRNS-szintézis pontosan ott kezdődjön, ahol állítólag a DNS-molekulán van, és ez létrehoz egy RNS-szálat, amely a kívánt kódolt üzenetet tartalmazza.
Ezután a megnyúlás fázisban az RNS-polimeráz "leolvassa" a DNS-szálat, kezdve a promoterszekvenciától és haladva a DNS-szál mentén, mint egy tanár lépeget egyet a hallgatók sorában és kiosztja a teszteket, hozzáadva a nukleotidokat az újonnan képződő RNS növekvő végéhez molekula.
Az egyik nukleotid foszfátcsoportjai és a következő nukleotidon lévő ribóz vagy dezoxiribóz csoport között létrejövő kötéseket ún. foszfodiészter kötések. Megjegyezzük, hogy egy DNS-molekula egyik végén 3 '("három-prím"), a másik végén pedig 5' ("öt-prím") vége van, ezek a számok a terminális szénatomok a megfelelő terminális ribóz "gyűrűkben". Amint maga az RNS molekula a 3 'irányban növekszik, az 5' DNS szál mentén mozog irány. Meg kell vizsgálnia egy diagramot, hogy megbizonyosodhasson arról, hogy teljes mértékben megértette az mRNS-szintézis mechanikáját.
Nukleotidok - specifikusan, nukleozid-trifoszfátok (ATP, CTP, GTP és UTP; Az ATP adenozin-trifoszfát, a CTP a citidin-trifoszfát és így tovább) - a megnyúló mRNS-szálhoz energiára van szükség. Ezt, mint annyi biológiai folyamatot, maguk a nukleozid-trifoszfátok foszfátkötései biztosítják. Amikor a nagy energiájú foszfát-foszfát kötés megszakad, a keletkező nukleotid (AMP, CMP, GMP és UMP; ezekben a nukleotidokban az "MP" jelentése "monofoszfát") kerül hozzáadásra az mRNS-hez, és egy pár szervetlen foszfátmolekula, általában írott PPén, elesik.
Amint a transzkripció bekövetkezik, ezt a DNS egyetlen szála mentén teszi, amint azt állítottuk. Ne feledje azonban, hogy a teljes DNS-molekula nem tekercselődik és nem válik szét komplementer szálakká; ez csak az átírás közvetlen közelében történik. Ennek eredményeként megjelenítheti a DNS-molekula mentén mozgó "transzkripciós buborékot". Ez olyan, mint egy objektum, amely egy cipzár mentén mozog, amelyet egy mechanizmus éppen az objektum előtt kicsomagol, míg egy másik mechanizmus visszazárja a cipzárt az objektum nyomán.
Végül, amikor az mRNS elérte a kívánt hosszúságot és formát, a felmondás szakasz elindul. Az iniciációt hasonlóan ezt a fázist olyan specifikus DNS-szekvenciák teszik lehetővé, amelyek az RNS-polimeráz stop-jeleiként működnek.
A baktériumoknál ez két általános módon történhet. Ezek egyikében a terminációs szekvenciát átírják, így olyan hosszúságú mRNS keletkezik, amely visszahajlik önmagába, és ezáltal "összegyűlik", miközben az RNS-polimeráz továbbra is végzi munkáját. Az mRNS ezen hajtogatott szakaszait gyakran hajtűszálaknak nevezik, és ezek komplementer bázispárosítást jelentenek az egyszálú, de eltorzult mRNS-molekulán belül. Ettől a hajtűszakasztól lefelé az U-bázisok vagy maradványok hosszan tartó szakasza található. Ezek az események arra kényszerítik az RNS-polimerázt, hogy abbahagyja a nukleotidok hozzáadását, és leváljon a DNS-ről, ezzel véget érve a transzkripcióval. Ezt rho-független terminációnak nevezik, mert nem támaszkodik egy rho-faktor néven ismert fehérjére.
Rho-függő terminációban a helyzet egyszerűbb, és nincs szükség hajtű-mRNS szegmensekre vagy U-maradékokra. Ehelyett az rho faktor kötődik az mRNS szükséges foltjához, és fizikailag elhúzza az mRNS-t az RNS-polimeráztól. Az, hogy rho-független vagy rho-függő termináció történik-e, az RNS-polimeráz hatásos változatától függ DNS-en és mRNS-en (számos altípus létezik), valamint a fehérjék és egyéb tényezők a közvetlen sejtben környezet.
Az események mindkét lépcsője végül ahhoz vezet, hogy az mRNS a transzkripciós buboréknál elszakad a DNS-től.
Prokarióták vs. Eukarióták
Számos különbség van a prokarióták (szinte mindegyik baktérium) és az eukarióták (többsejtű szervezetek, például állatok, növények és gombák) transzkripciója között. Például a prokariótákban történő iniciálás általában egy Pribnow-box néven ismert DNS-bázis elrendezést foglal magában a TATAAT bázisszekvencia nagyjából 10 bázispárt tartalmaz attól a helytől, ahol maga a transzkripció iniciáció történik. Az eukariótáknak azonban vannak olyan fokozó szekvenciái, amelyek a beavatási helytől jelentős távolságra vannak elhelyezve, mint valamint aktivátorfehérjék, amelyek segítik a DNS-molekula deformálódását oly módon, hogy hozzáférhetőbbé tegyék azt az RNS számára polimeráz.
Ezenkívül a megnyúlás körülbelül kétszer olyan gyorsan megy végbe a baktériumoknál (kb. 42-54 bázispár / perc, másodpercenként eggyel határolva), mint az eukariótáknál (kb. 22-25 bázispár / perc). Végül, míg a bakteriális terminációs mechanizmusokat a fentiekben ismertettük, az eukariótákban ez a fázis magában foglalja a specifikus terminációs faktorokat, valamint az RNS egy poli-A nevű szálát (mint sok adenin alapok egymás után) "farok". Még nem világos, hogy a megnyúlás megszűnése kiváltja-e az mRNS hasítását a buborékból, vagy maga a hasítás hirtelen fejezi be a megnyúlást folyamat.