DNR transkripcija: kaip tai veikia?

Nepaisant to, ar esate naujokas biologijoje, ar ilgametis mėgėjas, tai yra didelė tikimybė pagal nutylėjimą deoksiribonukleino rūgštis (DNR) laikoma bene vienintele būtiniausia sąvoka per visą gyvenimą mokslas. Bent jau jūs tikriausiai žinote, kad DNR yra tai, dėl ko jūs esate unikalus tarp milijardų žmonių planetą, suteikdamas jai vaidmenį kriminalinės justicijos pasaulyje, taip pat pagrindinį molekulinės biologijos etapą paskaitos. Jūs beveik neabejotinai sužinojote, kad DNR yra atsakinga už tai, kad suteikiate jums bet kokius paveldėtus bruožus iš jūsų tėvų ir kad jūsų pačių DNR yra jūsų tiesioginis palikimas ateities kartoms, jei turėtumėte vaikai.

Ko galbūt nežinote daug, yra kelias, jungiantis jūsų ląstelių DNR su fizinėmis savybėmis, kurios jums pasireiškia, tiek atviromis, tiek paslėptomis, ir žingsnių eiga tuo keliu. Molekuliniai biologai savo srityje sukūrė „centrinės dogmos“ koncepciją, kurią galima apibendrinti taip "DNR į RNR į baltymą". Pirmoji šio proceso dalis - RNR arba ribonukleino rūgšties generavimas iš DNR - yra žinoma kaip

DNR ir RNR yra nukleorūgštys. Abi yra esminės visam gyvenimui; šios makromolekulės yra labai glaudžiai susijusios, tačiau jų funkcijos, nors ir puikiai susipynusios, yra labai skirtingos ir specializuotos.

DNR yra polimeras, o tai reiškia, kad ji susideda iš daugybės besikartojančių subvienetų. Šie subvienetai nėra tiksliai identiški, tačiau jie yra identiški savo forma. Apsvarstykite ilgą karoliukų virvelę, susidedančią iš kubelių, kurie yra keturių spalvų ir kurių dydis vis tiek skiriasi, ir jūs įgausite pagrindinį supratimą, kaip išsidėstę DNR ir RNR.

Nukleorūgščių monomerai (subvienetai) yra žinomi kaip nukleotidai. Patys nukleotidai susideda iš trijų skirtingų molekulių trijų: fosfatų grupės (arba grupių), a penkių anglių cukrus ir daug azoto turinti bazė („bazė“ ne „pamato“ prasme, bet reiškia „vandenilio jonų“ akceptorius “). Nukleotidai, sudarantys nukleorūgštis, turi vieną fosfatų grupę, tačiau kai kuriuose yra du ar net trys fosfatai, prijungti iš eilės. Adenozino difosfato (ADP) ir adenozino trifosfato (ATP) molekulės yra nepaprastai svarbios ląstelių energijos apykaitoje nukleotidai.

DNR ir RNR skiriasi keliais svarbiais būdais. Viena, o kiekviena iš šių molekulių apima keturias skirtingas azoto bazes, DNR apima adeniną (A), citoziną (C), guaninas (G) ir timinas (T), tuo tarpu RNR apima pirmuosius tris iš jų, bet pakeičia uracilą (U) T. Antra, DNR esantis cukrus yra dezoksiribozė, o RNR - ribozė. Ir trečia, DNR yra dvigubos grandinės energetiškai stabiliausia forma, o RNR yra viengrandė. Šie skirtumai turi didelę reikšmę tiek transkripcijai, tiek apskritai šių atitinkamų nukleorūgščių funkcijai.

Bazės A ir G vadinamos purinais, o C, T ir U klasifikuojamos kaip pirimidinai. Kritiniu požiūriu A chemiškai jungiasi ir tik su T (jei DNR) arba U (jei RNR); C jungiasi ir tik su G. Dvi DNR molekulės grandinės yra viena kitą papildančios, o tai reiškia, kad kiekvienos grandinės pagrindai kiekviename taške sutampa su priešingos grandinės unikalia „partnerio“ baze. Taigi AACTGCGTATG papildo TTGACGCATAC (arba UUGACGCAUAC).

Prieš įsigilinant į DNR transkripcijos mechaniką, verta skirti šiek tiek laiko terminologijai peržiūrėti susieta su DNR ir RNR, nes mišinyje turint tiek daug panašaus skambesio žodžių, jį galima lengvai supainioti juos.

Replikacija yra tapačios ko nors kopijos padarymas. Kai darote rašytinio dokumento kopiją (senoji mokykla) arba naudojate kopijavimo ir įklijavimo funkciją kompiuteryje (nauja mokykla), turinį kartojate abiem atvejais.

DNR dauginasi, tačiau RNR, kiek gali išsiaiškinti šiuolaikinis mokslas, to nedaro; tai kyla tik iš transkripcijos _._ Iš lotynų kalbos šaknies, kuri reiškia „perrašymas“, transkripcija yra konkretaus pranešimo kodavimas originalo šaltinio kopijoje. Galbūt girdėjote apie medicinos transkripcijos specialistus, kurių darbas yra įrašyti medicinines pastabas, padarytas kaip garso įrašą, raštu. Idealiu atveju žodžiai, taigi ir žinia, bus visiškai tokie patys, nepaisant to, kad pasikeitė terpė. Ląstelėse transkripcija apima genetinės DNR žinutės, parašytos azoto bazių sekų kalba, nukopijavimą į RNR formą, ypač į pasiuntinį RNR (mRNR). Ši RNR sintezė vyksta eukariotinių ląstelių branduolyje, po kurios mRNR palieka branduolį ir eina į struktūrą, vadinamą ribosoma, vykti vertimas.

Nors transkripcija yra paprastas fizinis pranešimo kodavimas kitoje terpėje, vertimas biologiniu požiūriu yra tos žinutės pavertimas tikslingu veiksmu. DNR arba vienos DNR žinutės ilgis, vadinamas a genas, galiausiai ląstelės gamina unikalų baltymų produktą. DNR siunčia šią žinią kartu su mRNR, kuri perduoda pranešimą į ribosomą, kad ji būtų paversta baltymu. Šiuo požiūriu mRNR yra kaip baldo surinkimo planas arba instrukcijų rinkinys.

Tikimės, kad tai išaiškins visas jūsų paslaptis apie tai, ką daro nukleorūgštys. Bet kaip yra būtent su transkripcija?

DNR, gana žinoma, yra įausta į dvigubą spiralę. Tačiau šia forma būtų sunku fiziškai ką nors iš jos sukurti. Todėl iniciacija transkripcijos fazę (arba etapą), DNR molekulę išvynioja fermentai, vadinami helikazėmis. RNR sintezei vienu metu naudojama tik viena iš dviejų gautų DNR grandinių. Ši kryptis vadinama nekodavimas grandinė, nes, remiantis DNR ir RNR bazių poravimosi taisyklėmis, kita DNR grandinė turi tą pačią azoto bazių seką kaip ir sintetinama mRNR, todėl ši grandinė tampa kodavimas sruoga. Remdamiesi anksčiau pateiktais taškais, galite padaryti išvadą, kad DNR grandinė ir MRNR, už kurią ji yra atsakinga, yra viena kitą papildančios.

Kai grandinė dabar paruošta veiklai, DNR dalis, vadinama promotoriaus seka, nurodo, kur turi prasidėti transkripcija palei grandinę. Fermento RNR polimerazė patenka į šią vietą ir tampa promotoriaus komplekso dalimi. Visa tai turi užtikrinti, kad mRNR sintezė prasidėtų tiksliai ten, kur ji turėtų būti ant DNR molekulės, ir tai sukuria RNR grandinę, kurioje yra norimas užkoduotas pranešimas.

Kitas, pailgėjimas fazę, RNR polimerazė „skaito“ DNR grandinę, pradedant nuo promotoriaus sekos ir judant palei DNR grandinę, kaip mokytojas eina aukštyn studentų eilės ir dalija testus, pridedant nukleotidų naujai besiformuojančios RNR gale molekulė.

Ryšiai, sukurti tarp vieno nukleotido fosfatų grupių ir kito nukleotido ribozės arba deoksiribozės grupės, vadinami fosfodiesterio jungtys. Atkreipkite dėmesį, kad DNR molekulė turi vadinamąjį 3 '(„trijų pirminių") galą, o kitame - 5' („penkių pirminių") galus, o šie skaičiai yra iš galinės anglies atomo padėties atitinkamuose galiniuose ribozės „žieduose“. Kai pati RNR molekulė auga 3 'kryptimi, ji juda išilgai DNR grandinės 5' kryptimi kryptis. Turėtumėte ištirti diagramą, kad įsitikintumėte, jog puikiai suprantate MRNR sintezės mechaniką.

Nukleotidų, konkrečiai, nukleozidų trifosfatų pridėjimas (ATP, CTP, GTP ir UTP; ATP yra adenozino trifosfatas, CTP yra citidino trifosfatas ir pan.) - pailgėjančiai mRNR grandinei reikia energijos. Tai, kaip ir daugelis biologinių procesų, suteikia fosfatiniai ryšiai pačiuose nukleozidų trifosfatuose. Nutraukus didelės energijos fosfatų-fosfatų ryšį, susidaręs nukleotidas (AMP, CMP, GMP ir UMP; šiuose nukleotiduose „MP“ reiškia „monofosfatas“) pridedama prie mRNR ir pora neorganinių fosfatų molekulių, paprastai parašytų PP_i, nukristi.

Kai vyksta transkripcija, tai daro, kaip teigiama, palei vieną DNR grandinę. Tačiau žinokite, kad visa DNR molekulė nesisuka ir nesiskiria į papildomas grandines; tai atsitinka tik tiesiogiai šalia transkripcijos. Dėl to galite vizualizuoti „transkripcijos burbulą“, judantį palei DNR molekulę. Tai yra kaip objektas, kuris juda išilgai užtrauktuko, kuris vienu mechanizmu atsegamas priešais objektą, o kitas mechanizmas vėl užtraukia užtrauktuką.

Galiausiai, kai MRNR pasiekia reikiamą ilgį ir formą, nutraukimas etapas prasideda. Kaip ir inicijavimą, šią fazę įgalina specifinės DNR sekos, kurios veikia kaip RNR polimerazės sustojimo ženklai.

Bakterijose tai gali atsitikti dviem bendrais būdais. Viename iš jų transkribuojama nutraukimo seka, generuojant ilgą MRNR, kuri vėl susisuka į save ir tuo būdu „susikaupia“, kai RNR polimerazė tęsia savo darbą. Šie sulankstyti iRNR pjūviai dažnai vadinami smeigtukų sruogomis, ir jie apima papildomos bazės poravimąsi viengrandėje, bet iškreiptoje mRNR molekulėje. Pasroviui nuo šios segtuko sekcijos yra ilgas U bazių arba likučių ruožas. Šie įvykiai verčia RNR polimerazę nustoti pridėti nukleotidų ir atsiriboti nuo DNR, baigiant transkripcija. Tai vadinama nuo rho nepriklausomu nutraukimu, nes ji nesiremia baltymu, vadinamu rho faktoriumi.

Nutraukiant nuo rho priklausančią situaciją, situacija yra paprastesnė ir nereikia jokių plaukų segtukų MRNR segmentų ar U liekanų. Vietoj to, rho faktorius prisijungia prie reikalingos vietos iRNR ir fiziškai ištraukia iRNR nuo RNR polimerazės. Nesvarbu, ar vyksta rho nepriklausoma, ar nuo rho priklausoma, priklauso nuo tikslios veikiančios RNR polimerazės versijos DNR ir MRNR (egzistuoja įvairūs potipiai), taip pat baltymai ir kiti veiksniai, esantys tiesioginėje ląstelėje aplinka.

Abi įvykių pakopos lemia tai, kad iRNR išsiskiria iš DNR prie transkripcijos burbulo.

Yra daugybė prokariotų (beveik visi yra bakterijos) ir eukariotų (daugialąsčių organizmų, tokių kaip gyvūnai, augalai ir grybai) transkripcijos skirtumų. Pavyzdžiui, inicijavimas prokariotuose paprastai apima DNR bazės išdėstymą, vadinamą Pribnow dėžute, su bazinė seka TATAAT yra maždaug 10 bazių porų nuo tos vietos, kur vyksta pati transkripcijos iniciacija. Tačiau eukariotuose yra stiprintojų sekos, išdėstytos dideliu atstumu nuo inicijavimo vietos, kaip taip pat aktyvatorių baltymai, padedantys deformuoti DNR molekulę taip, kad ji taptų labiau prieinama RNR polimerazė.

Be to, pailgėjimas vyksta maždaug dvigubai greičiau bakterijose (maždaug 42–54 bazinės poros per minutę, besiribojančios su viena per sekundę) nei eukariotuose (apie 22–25 bazinės poros per minutę). Galiausiai, nors bakterijų nutraukimo mechanizmai aprašyti aukščiau, eukariotuose ši fazė apima specifinius nutraukimo faktorius, taip pat RNR grandinę, vadinamą poli-A (kaip ir daugelyje adenino pagrindai iš eilės) „uodega“. Dar nėra aišku, ar nutraukus pailgėjimą, prasideda iRNR skilimas iš burbulo, ar pats skilimas staigiai nutraukia pailgėjimą. procesą.