Neatkarīgi no tā, vai esat jaunpienācējs bioloģijā vai ilgstošs entuziasts, izredzes ir lieliskas pēc noklusējuma jūs uzskatāt, ka dezoksiribonukleīnskābe (DNS) ir vienīgais neaizstājamākais jēdziens visā dzīvē zinātne. Jūs vismaz zināt, ka DNS ir tas, kas padara jūs unikālu starp miljardiem cilvēku planētas, piešķirot tai nozīmi krimināltiesību pasaulē, kā arī molekulārās bioloģijas centrālo posmu lekcijas. Jūs gandrīz noteikti esat uzzinājis, ka DNS ir atbildīgs par to, lai jūs apveltītu ar visām mantotajām īpašībām no jūsu vecākiem, un ka jūsu pašu DNS ir jūsu tiešais mantojums nākamajām paaudzēm, ja jums tas būtu bērni.
Ko jūs, iespējams, daudz nezināt, ir ceļš, kas savieno DNS jūsu šūnās ar fiziskām iezīmēm, kuras jūs manifestējat, gan atklātas, gan slēptas, un soļu virkni pa šo ceļu. Molekulārie biologi savā jomā ir izstrādājuši jēdzienu "centrālā dogma", kuru var apkopot vienkārši šādi "DNS no RNS uz olbaltumvielu." Šī procesa pirmā daļa - RNS jeb ribonukleīnskābes ģenerēšana no DNS - ir pazīstama kā
transkripcija, un šī labi pētītā un saskaņotā bioķīmiskās vingrošanas sērija ir tikpat eleganta, cik zinātniski pamatota.Pārskats par nukleīnskābēm
DNS un RNS ir nukleīnskābes. Abi ir būtiski visas dzīves garumā; šīs makromolekulas ir ļoti cieši saistītas, taču to funkcijas, kaut arī izsmalcināti savstarpēji saistītas, ir ļoti atšķirīgas un specializētas.
DNS ir polimērs, kas nozīmē, ka tas sastāv no daudzām atkārtotām apakšvienībām. Šīs apakšvienības nav precīzi identiskas, bet pēc formas ir identiskas. Apsveriet garo krelles virkni, kas sastāv no kubiņiem, kuriem ir četras krāsas un kuru izmērs vienmēr ir tik atšķirīgs, un jūs iegūstat pamata sajūtu par to, kā DNS un RNS ir sakārtoti.
Nukleīnskābju monomēri (apakšvienības) ir pazīstami kā nukleotīdi. Paši nukleotīdi sastāv no trīs atšķirīgu molekulu triādēm: fosfātu grupas (vai grupām), a piecu oglekļa cukurs un ar slāpekli bagāta bāze ("bāze" nav "pamats" nozīmē, bet nozīmē "ūdeņraža-jons" akceptors "). Nukleotīdiem, kas veido nukleīnskābes, ir viena fosfātu grupa, bet dažiem ir divi vai pat trīs fosfāti pēc kārtas. Adenozīna difosfāta (ADP) un adenozīna trifosfāta (ATP) molekulas ir ārkārtīgi nozīmīgi šūnu enerģijas metabolismā esošie nukleotīdi.
DNS un RNS atšķiras vairākos svarīgos veidos. Viens, kamēr katra no šīm molekulām satur četras dažādas slāpekļa bāzes, DNS ietver adenīnu (A), citozīnu (C), guanīnu (G) un timīnu (T), turpretī RNS ietver pirmos trīs no tiem, bet uracilu (U) aizstāj ar T. Otrkārt, cukurs DNS ir dezoksiriboze, bet RNS - riboze. Un trīs - DNS ir divējāda enerģētiski stabilākajā formā, turpretī RNS ir viena virkne. Šīm atšķirībām ir liela nozīme gan specifiskā transkripcijā, gan šo attiecīgo nukleīnskābju darbībā kopumā.
Bāzes A un G sauc par purīniem, savukārt C, T un U klasificē kā pirimidīnus. Kritiski A ķīmiski saistās un tikai ar T (ja DNS) vai U (ja RNS); C saistās ar G un tikai ar to. Abi DNS molekulas pavedieni ir savstarpēji papildinoši, kas nozīmē, ka katras virknes bāzes katrā brīdī sakrīt ar unikālo "partnera" bāzi pretējā virknē. Tādējādi AACTGCGTATG papildina TTGACGCATAC (vai UUGACGCAUAC).
DNS transkripcija vs. Tulkojums
Pirms iedziļināties DNS transkripcijas mehānikā, ir vērts veltīt brīdi, lai pārskatītu terminoloģiju saistīts ar DNS un RNS, jo, sajaucot tik daudz līdzīgi skanošu vārdu, to var viegli sajaukt tos.
Replikācija ir darbība, kas padara kaut ko identisku kopiju. Veicot rakstīta dokumenta fotokopiju (vecā skola) vai izmantojot kopēšanas un ielīmēšanas funkciju datorā (jaunā skola), abos gadījumos jūs atkārtojat saturu.
DNS tiek replikēta, bet RNS, ciktāl to var zināt mūsdienu zinātne, to nedara; tas rodas tikai no transkripcijas _._ No latīņu saknes, kas nozīmē "rakstīšana pāri", transkripcija ir konkrēta ziņojuma kodēšana oriģināla avota kopijā. Jūs, iespējams, esat dzirdējuši par medicīnas transkripcijas speciālistiem, kuru uzdevums ir rakstiskā veidā ierakstīt medicīniskās piezīmes, kas veiktas kā audio ieraksts. Ideālā gadījumā vārdi un līdz ar to vēstījums būs tieši tāds pats, neskatoties uz izmaiņām vidē. Šūnās transkripcija ir saistīta ar slāpekļa bāzes secību valodā uzrakstīta ģenētiskā DNS ziņojuma kopēšanu RNS formā, īpaši - kurjera RNS (mRNS). Šī RNS sintēze notiek eikariotu šūnu kodolā, pēc kuras mRNS atstāj kodolu un virzās uz struktūru, ko sauc par ribosomu, lai izietu tulkojums.
Tā kā transkripcija ir vienkārša ziņojuma fiziska kodēšana citā vidē, tulkojums bioloģiskā nozīmē ir šī ziņojuma pārveidošana mērķtiecīgā darbībā. DNS vai viena DNS ziņojuma garums, ko sauc par a gēns, galu galā rezultātā šūnas ražo unikālu olbaltumvielu produktu. DNS nosūta šo ziņojumu mRNS formā, kas pēc tam nes ziņojumu ribosomā, lai tas tiktu pārveidots par olbaltumvielu veidošanos. Šajā skatījumā mRNS ir kā projekts vai instrukciju kopums mēbeļu montāžai.
Cerams, ka tas noskaidro visus jūsu noslēpumus par nukleīnskābju darbību. Bet kā ar transkripciju jo īpaši?
Transkripcijas soļi
DNS, diezgan slaveni, ir ieausta divšķautņainā spirālē. Bet šajā formā būtu fiziski grūti no tā kaut ko uzbūvēt. Tāpēc uzsākšana transkripcijas fāze (vai solis), DNS molekulu atritina fermenti, ko sauc par helikāzēm. RNS sintēzei vienlaikus tiek izmantota tikai viena no divām iegūtajām DNS virknēm. Šo virzienu sauc par nekodēšana virkne, jo, pateicoties DNS un RNS bāzes savienošanas noteikumiem, otrai DNS virknei ir tāda pati slāpekļa bāzu secība kā sintezējamai mRNS, tādējādi padarot šo virkni par kodēšana dzīsla. Pamatojoties uz iepriekš izteiktajiem punktiem, jūs varat secināt, ka DNS virkne un mRNS, par kuras ražošanu tā ir atbildīga, ir savstarpēji papildinošas.
Kad virkne tagad ir gatava darbībai, DNS daļa, ko sauc par promotera secību, norāda, kur jāsākas transkripcijai gar virkni. Fermenta RNS polimerāze nonāk šajā vietā un kļūst par daļu no promotera kompleksa. Tas viss ir jānodrošina, ka mRNS sintēze sākas tieši tur, kur tam paredzēts DNS molekulā, un tādējādi tiek ģenerēta RNS virkne, kas satur vēlamo kodēto ziņojumu.
Tālāk pagarinājums fāzē RNS polimerāze "nolasa" DNS virkni, sākot no promotera secības un pārvietojoties pa DNS virkni skolotājs, ejot augšup pa studentu rindu un izdalot testus, pievienojot nukleotīdus jaunizveidotās RNS augošajam galam molekula.
Saites, kas izveidojušās starp viena nukleotīda fosfātu grupām un nākamā nukleotīda ribozes vai dezoksiribozes grupu, sauc par fosfodiesteru saites. Ņemiet vērā, ka DNS molekulas vienā galā ir tā sauktais 3 '("trīs galvu") gals un otrā - 5' ("piecu galvu") gals, un šie skaitļi nāk no galīgās oglekļa atoma pozīcijas attiecīgajos gala ribozes "gredzenos". Tā kā pati RNS molekula aug 3 'virzienā, tā pārvietojas pa DNS virkni 5' virzienu. Jums jāpārbauda diagramma, lai pārliecinātos, ka pilnībā izprotat mRNS sintēzes mehāniku.
Nukleotīdu - konkrēti, nukleozīdu trifosfātu (ATP, CTP, GTP un UTP) pievienošana; ATP ir adenozīna trifosfāts, CTP ir citidīna trifosfāts un tā tālāk) - pagarinošajai mRNS virknei nepieciešama enerģija. To, tāpat kā tik daudzus bioloģiskos procesus, nodrošina fosfāta saites pašos nukleozīdu trifosfātos. Kad augstas enerģijas fosfāta-fosfāta saite tiek pārtraukta, iegūtais nukleotīds (AMP, CMP, GMP un UMP; šajos nukleotīdos "MP" nozīmē "monofosfāts") tiek pievienots mRNS, un pāris neorganisko fosfātu molekulu, parasti rakstīts PPi, nokrist.
Kad notiek transkripcija, tā to dara, kā norādīts, pa vienu DNS virkni. Tomēr jāapzinās, ka visa DNS molekula nevīst un nesadalās komplementāros pavedienos; tas notiek tikai tiešā transkripcijas tuvumā. Tā rezultātā jūs varat vizualizēt "transkripcijas burbuli", kas pārvietojas pa DNS molekulu. Tas ir kā objekts, kas pārvietojas gar rāvējslēdzēju, kas tiek izvilkts tieši pirms objekta ar vienu mehānismu, kamēr cits mehānisms rāvējslēdzēju atkal sasprauž objekta modrībā.
Visbeidzot, kad mRNS ir sasniegusi nepieciešamo garumu un formu, izbeigšana fāze notiek. Tāpat kā iniciāciju, arī šo fāzi nodrošina specifiskas DNS sekvences, kas darbojas kā RNS polimerāzes apstāšanās pazīmes.
Baktērijās tas var notikt divos vispārīgos veidos. Vienā no tām tiek pārrakstīta termināla secība, radot mRNS garumu, kas pats sevī salocās un tādējādi "saliek", kad RNS polimerāze turpina darīt savu darbu. Šīs salocītās mRNS sekcijas bieži sauc par matadatu pavedieniem, un tās ietver komplementāru bāzes savienošanu vienvītrainā, bet saīsināta mRNS molekulā. Lejup pa šo matadata sekciju ir ilgstošs U pamatu jeb atlikumu posms. Šie notikumi liek RNS polimerāzei pārtraukt nukleotīdu pievienošanu un atdalīties no DNS, beidzot transkripciju. To sauc par neatkarīgu pārtraukšanu no rho, jo tas nepaļaujas uz proteīnu, kas pazīstams kā rho faktors.
Rho atkarīgā pārtraukumā situācija ir vienkāršāka, un nav nepieciešami matadata mRNS segmenti vai U atlikumi. Tā vietā rho faktors saistās ar vajadzīgo vietu uz mRNS un fiziski izvelk mRNS no RNS polimerāzes. Tas, vai notiek no rho neatkarīga vai no rho atkarīga pārtraukšana, ir atkarīgs no precīzās RNS polimerāzes versijas, kas darbojas uz DNS un mRNS (pastāv dažādi apakštipi), kā arī olbaltumvielas un citi faktori tiešajā šūnā vide.
Abas notikumu kaskādes galu galā noved pie tā, ka mRNS no transkripcijas burbuļa atbrīvojas no DNS.
Prokarioti vs. Eikarioti
Starp transkripciju prokariotos (gandrīz visi ir baktērijas) un eikariotos (daudzšūnu organismi, piemēram, dzīvnieki, augi un sēnes) pastāv daudzas atšķirības. Piemēram, iniciēšana prokariotos parasti ietver DNS bāzes izkārtojumu, kas pazīstams kā Pribnow lodziņš, ar bāzes secība TATAAT atrodas apmēram 10 bāzes pāri prom no vietas, kur notiek pati transkripcijas iniciācija. Eukariotiem ir pastiprinātāju secības, kas izvietotas ievērojamā attālumā no iniciācijas vietas, kā kā arī aktivatora olbaltumvielas, kas palīdz deformēt DNS molekulu tādā veidā, lai padarītu to pieejamāku RNS polimerāze.
Turklāt pagarinājums baktērijās notiek apmēram divas reizes ātrāk (apmēram 42 līdz 54 bāzes pāri minūtē, robežojoties ar vienu sekundē) nekā eikariotos (apmēram 22 līdz 25 bāzes pāri minūtē). Visbeidzot, lai gan baktēriju terminācijas mehānismi ir aprakstīti iepriekš, eikariotos šī fāze ietver specifiskus terminācijas faktorus, kā arī RNS virkni, ko sauc par poli-A (tāpat kā daudzos adenīna bāzes pēc kārtas) "asti". Pagaidām nav skaidrs, vai pagarinājuma pārtraukšana izraisa mRNS šķelšanos no burbuļa vai arī pati šķelšanās izstiepšanos pēkšņi izbeidz process.