დნმ-ის ტრანსკრიფცია: როგორ მუშაობს ეს?

იმისდა მიუხედავად, ბიოლოგიის ახალბედა ხართ თუ დიდი ხნის მოყვარული, დიდი შანსია, რომ სტანდარტულად, თქვენ დეოქსირიბონუკლეინის მჟავას (დნმ) თვლით, როგორც ალბათ ყველაზე მნიშვნელოვან კონცეფციას მთელი ცხოვრების განმავლობაში. მეცნიერება მინიმუმ, თქვენ ალბათ იცით, რომ დნმ არის ის, რაც უნიკალურს ხდის მილიარდობით ადამიანს პლანეტა, რომელიც მას როლს ანიჭებს სისხლის სამართლის სამყაროში, ასევე მოლეკულურ ბიოლოგიაში ლექციები. თქვენ თითქმის დანამდვილებით შეიტყვეთ, რომ დნმ პასუხისმგებელია თქვენ მიერ მემკვიდრეობით მიღებული თვისებებით თქვენი მშობლებისგან და რომ თქვენი საკუთარი დნმ არის თქვენი პირდაპირი მემკვიდრეობა მომავალი თაობებისთვის ბავშვები

რისი შესახებაც შეიძლება ბევრი რამ არ იცოდეთ არის ის გზა, რომელიც თქვენს უჯრედებში დნმ-ს აკავშირებს თქვენს მიერ გამოვლენილ ფიზიკურ მახასიათებლებთან, როგორც აშკარა, ისე ფარულად, და ამ ბილიკის ნაბიჯების სერია. მოლეკულურმა ბიოლოგებმა თავიანთ სფეროში შექმნეს "ცენტრალური დოგმატის" კონცეფცია, რომელიც შეიძლება შევაჯამოთ უბრალოდ "დნმ რნმ-მდე ცილად". ამ პროცესის პირველი ნაწილი - დნმ – დან რნმ – ის ან რიბონუკლეინის მჟავის წარმოქმნა ცნობილია, როგორც

დნმ და რნმ ნუკლეინის მჟავებია. ორივე ფუნდამენტურია მთელი ცხოვრებისათვის; ეს მაკრომოლეკულები ერთმანეთთან ძალიან მჭიდრო კავშირშია, მაგრამ მათი ფუნქციები, მიუხედავად იმისა, რომ უაღრესად გადაჯაჭვულია, ძალიან განსხვავებული და სპეციალიზირებულია.

დნმ არის პოლიმერი, რაც ნიშნავს, რომ იგი შედგება განმეორებადი ქვედანაყოფების დიდი რაოდენობისგან. ეს ქვედანაყოფები არ არის ზუსტად იდენტური, მაგრამ ისინი იდენტურია ფორმით. განვიხილოთ მძივების გრძელი სტრიქონი, რომელიც შედგება კუბურებისგან, რომლებიც ოთხი ფერისაა და ასე მცირედით განსხვავდება და მიიღებთ დნმ – ის და რნმ – ის განლაგების ძირითად განცდას.

ნუკლეინის მჟავების მონომერები (ქვედანაყოფები) ცნობილია, როგორც ნუკლეოტიდები. თავად ნუკლეოტიდები შედგება სამი განსხვავებული მოლეკულის ტრიადისგან: ფოსფატის ჯგუფი (ან ჯგუფები), ა ხუთ ნახშირბადოვანი შაქარი და აზოტით მდიდარი ბაზა ("ფუძე" არა "ფუნდამენტის" მნიშვნელობით, მაგრამ ნიშნავს "წყალბადის-იონს") მიმღები ”). ნუკლეოტიდებს, რომლებიც ქმნიან ნუკლეინის მჟავებს, აქვთ ერთი ფოსფატის ჯგუფი, მაგრამ ზოგიერთს ზედიზედ ორი ან თუნდაც სამი ფოსფატი აქვს დამაგრებული. ადენოზინის დიფოსფატი (ADP) და ადენოზინტრიფოსფატი (ATP) მოლეკულები არის განსაკუთრებული მნიშვნელობის ნუკლეოტიდები უჯრედული ენერგიის მეტაბოლიზმში.

დნმ და რნმ განსხვავდება რამდენიმე მნიშვნელოვანი გზით. ერთი, მაშინ როდესაც თითოეული ეს მოლეკულა მოიცავს ოთხ სხვადასხვა აზოტოვან ბაზას, დნმ-ში შედის ადენინი (A), ციტოზინი (C), გუანინი (G) და თიმინი (T), ხოლო RNA მოიცავს მათგან პირველ სამს, მაგრამ იცვლება ურაცილი (U) თ. ორი, დნმ-ში შაქარი დეოქსირიბოზაა, ხოლო RNA- ში არის რიბოზა. და სამი, დნმ ორმაგი ჯაჭვია თავისი ყველაზე ენერგიულად სტაბილური ფორმით, ხოლო RNA ერთჯაჭვიანი. ამ განსხვავებებს უდიდესი მნიშვნელობა აქვს როგორც ტრანსკრიფციის სპეციფიკურად, ასევე ზოგადად ამ შესაბამისი ნუკლეინის მჟავების ფუნქციონირებაში.

A და G ბაზებს უწოდებენ პურინებს, ხოლო C, T და U კლასიფიცირდება როგორც პირიმიდინები. კრიტიკულად, A ქიმიურად უკავშირდება T და მხოლოდ მასთან T (თუ დნმ) ან U (თუ RNA); C უკავშირდება და მხოლოდ G- ს უკავშირდება. დნმ-ის მოლეკულის ორი ძაფი შეავსებს ერთმანეთს, რაც ნიშნავს, რომ თითოეულ სტრიქონში არსებული ფუძეები თითოეულ წერტილში ემთხვევა მოპირდაპირე სტრიქონში არსებულ უნიკალურ "პარტნიორ" ფუძეს. ამრიგად, AACTGCGTATG ავსებს TTGACGCATAC- ს (ან UUGACGCAUAC).

დნმ ტრანსკრიპციის მექანიკაში შესვლამდე, ერთი წუთით უნდა გაეცნოთ ტერმინოლოგიას ასოცირდება დნმ-სა და რნმ-თან, რადგან ამდენ მსგავს ჟღერადობასთან დაკავშირებული სიტყვების არსებობა ადვილი აღრევაა მათ

რეპლიკაცია არის რაიმეს იდენტური ასლის დამზადების აქტი. როდესაც თქვენ აკეთებთ წერილობითი დოკუმენტის (ძველი სკოლის) ქსეროასლს ან იყენებთ ასლის და პასტის ფუნქციას კომპიუტერზე (ახალ სკოლაში), თქვენ იმეორებთ შინაარსს ორივე შემთხვევაში.

დნმ რეპლიკაციას განიცდის, მაგრამ RNA, რამდენადაც თანამედროვე მეცნიერებას შეუძლია დაადგინოს, არ ხდება; ეს წარმოიშობა მხოლოდ ტრანსკრიფციისგან _._ ლათინური ფუძიდან, რომელიც ნიშნავს "მთელს ნაწერს", ტრანსკრიფცია არის კონკრეტული შეტყობინების კოდირება ორიგინალი წყაროს ასლში. შეიძლება გსმენიათ სამედიცინო ტრანსკრიპციონისტების შესახებ, რომელთა საქმეა აუდიოჩანაწერის სახით გაკეთებული სამედიცინო ჩანაწერების წერილობითი ფორმით აკრეფა. იდეალურ შემთხვევაში, სიტყვები და, შესაბამისად, გაგზავნა, ზუსტად იგივე იქნება, საშუალო შეცვლის მიუხედავად. უჯრედებში ტრანსკრიფცია გულისხმობს აზოტოვანი ბაზის მიმდევრობის ენაზე დაწერილი გენეტიკური დნმ-შეტყობინების გაგზავნას RNA ფორმაში - სპეციალურად, მესენჯერი RNA (mRNA). ეს რნმ სინთეზი ხდება ეუკარიოტული უჯრედების ბირთვში, რის შემდეგაც mRNA ტოვებს ბირთვს და მიდის სტრუქტურისკენ, რომელსაც ეწოდება რიბოსომა, თარგმანი.

ვინაიდან ტრანსკრიფცია არის შეტყობინების უბრალო ფიზიკური კოდირება სხვადასხვა საშუალებით, თარგმანი, ბიოლოგიური თვალსაზრისით, წარმოადგენს ამ შეტყობინების გადაკეთებას მიზანმიმართულ მოქმედებად. დნმ – ის ან ერთი დნმ – ის შეტყობინების სიგრძე, რომელსაც ეწოდება a გენი, საბოლოო ჯამში, უჯრედებში ხდება უნიკალური ცილოვანი პროდუქტის წარმოება. დნმ ამ გზავნილს აწვდის mRNA– ს ფორმას, რომელიც შემდეგ აგზავნის შეტყობინებას რიბოსომში, რომ იგი ითარგმნოს ცილის წარმოებაში. ამ თვალსაზრისით, mRNA ჰგავს გეგმას ან ავეჯის აწყობის ინსტრუქციების ნაკრებს.

იმედია გაწმენდის საიდუმლოებას, თუ რას აკეთებენ ნუკლეინის მჟავები. კონკრეტულად კი ტრანსკრიპციას რაც შეეხება?

დნმ, საკმაოდ ცნობილია, ნაქსოვი ორმაგი ჯაჭვის სპირალი. მაგრამ ამ ფორმით, ფიზიკურად რთული იქნება მისგან რაიმე აშენდეს. ამიტომ, ინიცირება ტრანსკრიფციის ფაზა (ან საფეხური), დნმ-ის მოლეკულა იხსნება ფერმენტების მიერ, რომლებსაც ჰელიკაზებს უწოდებენ. ერთდროულად რნმ – ის სინთეზისთვის გამოიყენება მხოლოდ ორი დნმ – ის შტრიხიდან ერთი. ამ ბოჭკოს უწოდებენ არაკოდირება ძაფი, რადგან დნმ და RNA ფუძის დაწყვილების წესების წყალობით, სხვა დნმ სტრიქონს აქვს აზოტოვანი ფუძეების იგივე თანმიმდევრობა, როგორც სინთეზირებული mRNA, რითაც ამ ბოჭკოს წარმოადგენს კოდირება ღერი ადრე გაკეთებული მოსაზრებების საფუძველზე, შეგიძლიათ დაასკვნოთ, რომ დნმ-ის ჯაჭვი და mRNA, რომელსაც იგი პასუხისმგებელია წარმოებისათვის, ერთმანეთს ავსებს.

ძაფი ახლა მზად არის მოქმედებისათვის, დნმ-ის განყოფილება, რომელსაც ეწოდება პრომოტერის თანმიმდევრობა, მიუთითებს, თუ სად უნდა დაიწყოს ტრანსკრიფცია ძაფის გასწვრივ. ფერმენტი RNA პოლიმერაზა ჩამოდის ამ ადგილას და ხდება პრომოუტერული კომპლექსის ნაწილი. ეს ყველაფერი იმის უზრუნველსაყოფად ხდება, რომ mRNA– ს სინთეზი იწყება ზუსტად იქ, სადაც ეს უნდა იყოს დნმ – ის მოლეკულაზე, და ამით წარმოიქმნება RNA ძაფი, რომელიც ფლობს სასურველ კოდირებულ შეტყობინებას.

შემდეგში დრეკადობა ფაზაში, RNA პოლიმერაზა "კითხულობს" დნმ-ის სტრიტს, რომელიც იწყება პრომოტერის თანმიმდევრობით და მოძრაობს დნმ-ის სტრიქონზე, მასწავლებელი დადიოდა სტუდენტების რიგზე და ანაწილებდა ტესტებს და ახალაშენებული RNA- ს მზარდ ბოლოს ნუკლეოტიდებს უმატებდა მოლეკულა.

ერთი ნუკლეოტიდის ფოსფატის ჯგუფებსა და შემდეგ ნუკლეოტიდზე რიბოზის ან დეოქსირიბოზის ჯგუფს შორის შექმნილ კავშირებს ეწოდება ფოსფოდიესტერული კავშირები. გაითვალისწინეთ, რომ დნმ-ის მოლეკულას აქვს ერთ ბოლოში 3 '("სამკუთხედი") ტერმინალი და მეორეზე 5' ("ხუთპრიმიანი"), ეს რიცხვები მოდის ნახშირბადის ატომის საბოლოო პოზიციები შესაბამის ტერმინალურ რიბოზულ "რგოლებში". როგორც RNA მოლეკულა იზრდება 3 'მიმართულებით, ის მოძრაობს დნმ-ის ბოჭკოს გასწვრივ 5' მიმართულება თქვენ უნდა შეისწავლოთ დიაგრამა, რომ დარწმუნდეთ, რომ კარგად ესმით mRNA– ს სინთეზის მექანიკა.

ნუკლეოტიდების - კონკრეტულად, ნუკლეოზიდ ტრიფოსფატების დამატება (ATP, CTP, GTP და UTP); ATP არის ადენოზინტრიფოსფატი, CTP არის ციტიდინ ტრიფოსფატი და ა.შ.) - მოგრძო mRNA ძაფისთვის საჭიროა ენერგია. ამას, ისევე როგორც ამ უამრავ ბიოლოგიურ პროცესს, უზრუნველყოფს თავად ნუკლეოზიდის ტრიფოსფატების ფოსფატური ბმები. მაღალენერგეტიკული ფოსფატ-ფოსფატის კავშირის გაწყვეტისას წარმოიქმნება ნუკლეოტიდი (AMP, CMP, GMP და UMP); ამ ნუკლეოტიდებში "MP" ნიშნავს "მონოფოსფატს") ემატება mRNA და წყვილი არაორგანული ფოსფატის მოლეკულები, რომლებიც ჩვეულებრივ იწერება PP_მე, დაეცემი.

როგორც ხდება ტრანსკრიფცია, ეს ხდება, როგორც ითქვა, დნმ-ის ერთი ძაფის გასწვრივ. ამასთან, იცოდეთ, რომ დნმ-ის მთელი მოლეკულა არ იხსნება და ერთმანეთისგან არ გამოყოფს ერთმანეთზე. ეს ხდება მხოლოდ ტრანსკრიფციის უშუალო სიახლოვეს. შედეგად, თქვენ შეგიძლიათ წარმოიდგინოთ "ტრანსკრიფციის ბუშტი", რომელიც მოძრაობს დნმ-ის მოლეკულის გასწვრივ. ეს ჰგავს ობიექტს, რომელიც მოძრაობს ზიპერის გასწვრივ, რომელიც ობიექტის წინ უსხდება ერთი მექანიზმით, ხოლო სხვა მექანიზმი ზიპს ხელახლა ახდენს ობიექტის გაღვიძებისთანავე.

დაბოლოს, როდესაც mRNA მიაღწევს თავის საჭირო სიგრძეს და ფორმას, შეწყვეტა ფაზა იწყება. ინიცირების მსგავსად, ამ ფაზას საშუალებას აძლევს დნმ – ის სპეციფიკური თანმიმდევრობა, რომლებიც ფუნქციონირებენ რნმ – პოლიმერაზას გაჩერების ნიშნებად.

ბაქტერიებში ეს შეიძლება მოხდეს ორი ზოგადი გზით. ერთ-ერთში, ტერმინაციის თანმიმდევრობა ტრანსკრიფირდება, წარმოქმნის mRNA სიგრძეს, რომელიც თავს იკეცება და ამით "გროვდება", რადგან RNA პოლიმერაზა განაგრძობს თავის საქმეს. MRNA- ს ამ დაკეცილ მონაკვეთებს ხშირად მოიხსენიებენ თმის სამაგრების ბოჭკოებად და მათში შედის დამატებითი ფუძის დაწყვილება ერთსტრიანი, მაგრამ დამახინჯებული mRNA მოლეკულის ფარგლებში. თმის სამაგრის მონაკვეთიდან ქვემოთ მდებარეობს U ფუძეების, ან ნარჩენების ხანგრძლივი გაჭიმვა. ეს მოვლენები აიძულებს RNA პოლიმერაზას შეწყვიტოს ნუკლეოტიდების დამატება და დაშორდეს დნმ-ს და დასრულდეს ტრანსკრიფცია. ეს მოიხსენიება როგორც rho დამოუკიდებელი შეწყვეტა, რადგან ის არ ეყრდნობა ცილას, რომელიც ცნობილია როგორც rho ფაქტორი.

როზე დამოკიდებული შეწყვეტისას, სიტუაცია უფრო მარტივია და თმის სამაგრის mRNA სეგმენტები ან U ნარჩენები არ არის საჭირო. ამის ნაცვლად, rho ფაქტორი უკავშირდება საჭირო ადგილზე mRNA– ს და ფიზიკურად აშორებს mRNA– ს RNA პოლიმერაზას. რო-სგან დამოუკიდებელი ან როზე დამოკიდებული შეწყვეტა მოხდება, ეს დამოკიდებულია RNA პოლიმერაზას ზუსტ ვერსიაზე, რომელიც მოქმედებს დნმ-სა და mRNA- ზე (არსებობს სხვადასხვა ქვეტიპები), ისევე როგორც ცილები და სხვა ფაქტორები უშუალო უჯრედში გარემო

მოვლენათა ორივე კასკადი საბოლოოდ იწვევს mRNA– ს გათავისუფლებას დნმ – ს ტრანსკრიფციის ბუშტზე.

უამრავი განსხვავება არსებობს პროკარიოტებში (თითქმის ყველა ბაქტერია) და ეუკარიოტებში (მრავალუჯრედიანი ორგანიზმები, როგორიცაა ცხოველები, მცენარეები და სოკოები). მაგალითად, პროკარიოტებში ინიცირება ჩვეულებრივ გულისხმობს დნმ – ის ფუძის წყობას, რომელიც პრიბნოუს ყუთის სახელწოდებით არის ცნობილი ბაზის მიმდევრობა TATAAT მდებარეობს დაახლოებით 10 ფუძის წყაროსთან, იქიდან, სადაც ხდება ტრანსკრიფციის ინიცირება. ამასთან, ეუკარიოტებს აქვთ გამაძლიერებელი მიმდევრობა განლაგებული ინიცირების ადგილიდან მნიშვნელოვან მანძილზე ასევე აქტივატორის ცილები, რომლებიც ხელს უწყობენ დნმ-ის მოლეკულის დეფორმირებას ისე, რომ იგი უფრო ხელმისაწვდომი გახდეს RNA- სთვის პოლიმერაზა.

გარდა ამისა, გახანგრძლივება ხდება ორჯერ უფრო სწრაფად ბაქტერიებში (დაახლოებით 42 – დან 54 ფუძის წყვილი წუთში, ესაზღვრება წამში), ვიდრე ეუკარიოტებში (დაახლოებით 22–25 ფუძის წყვილი წუთში). დაბოლოს, მიუხედავად იმისა, რომ ზემოთ აღწერილია შეწყვეტის ბაქტერიული მექანიზმები, ეუკარიოტებში, ეს ფაზა მოიცავს სპეციფიკურ დამთავრების ფაქტორებს, აგრეთვე რნმ – ის სტრიქონს, რომელსაც ეწოდება პოლი – ა ზედიზედ ადენინის ბაზები) "კუდი". ჯერ გაუგებარია, იწვევს თუ არა დრეკადობის შეწყვეტა mRNA– ს ბუშტიდან გახლეჩას, ან თავად განხეთქილება მოულოდნელად ამთავრებს მოგრძოობას პროცესი