DNA Transkripsiyonu: Nasıl Çalışır?

İster biyolojiye yeni başlayan biri olun, ister uzun zamandır bir meraklı olun, şansınız mükemmeldir. varsayılan olarak, deoksiribonükleik asidi (DNA) belki de tüm yaşamdaki en vazgeçilmez kavram olarak görüyorsunuz. Bilim. En azından, sizi dünyadaki milyarlarca insan arasında benzersiz yapan şeyin DNA olduğunun farkındasınızdır. gezegen, ona ceza adaleti dünyasında ve moleküler biyolojide merkez sahnede bir rol veriyor. dersler. Neredeyse kesin olarak öğrenmişsinizdir ki, size miras kalan her türlü özelliği kazandırmaktan DNA sorumludur. ebeveynlerinizden ve kendi DNA'nızın gelecek nesillere doğrudan mirasınız olduğunu çocuklar.

Hakkında pek bir şey bilmiyor olabileceğiniz şey, hücrelerinizdeki DNA'yı hem açık hem de gizli tezahür ettiğiniz fiziksel özelliklere bağlayan yol ve bu yol boyunca bir dizi adımdır. Moleküler biyologlar, kendi alanlarında basitçe şu şekilde özetlenebilecek bir "merkezi dogma" kavramını üretmişlerdir. "DNA'dan RNA'ya, proteine." Bu sürecin ilk kısmı - DNA'dan RNA veya ribonükleik asit üretilmesi - olarak bilinir.

DNA ve RNA nükleik asitlerdir. Her ikisi de hayatın tamamı için temeldir; bu makromoleküller birbiriyle çok yakından ilişkilidir, ancak işlevleri mükemmel bir şekilde iç içe geçmiş olsa da oldukça farklı ve uzmanlaşmıştır.

DNA bir polimerdir, yani çok sayıda tekrar eden alt birimden oluşur. Bu alt birimler tam olarak aynı değildir, ancak biçim olarak aynıdır. Dört renkte gelen ve boyutları çok az değişen küplerden oluşan uzun bir boncuk dizisini düşünün ve DNA ve RNA'nın nasıl düzenlendiğine dair temel bir fikir edinirsiniz.

Nükleik asitlerin monomerleri (alt birimleri) olarak bilinir. nükleotidler. Nükleotidlerin kendileri üç farklı molekülün üçlülerinden oluşur: bir fosfat grubu (veya grupları), bir beş karbonlu şeker ve azot bakımından zengin bir baz ("baz", "temel" anlamında değil, "hidrojen iyonu" anlamına gelir. akseptör"). Nükleik asitleri oluşturan nükleotidlerin bir fosfat grubu vardır, ancak bazılarında arka arkaya bağlı iki hatta üç fosfat bulunur. Adenozin difosfat (ADP) ve adenosin trifosfat (ATP) molekülleri, hücresel enerji metabolizmasında olağanüstü öneme sahip nükleotitlerdir.

DNA ve RNA birkaç önemli yönden farklılık gösterir. Birincisi, bu moleküllerin her biri dört farklı azotlu baz içerirken, DNA adenin (A), sitozin içerir. (C), guanin (G) ve timin (T), RNA bunlardan ilk üçünü içerir, ancak urasil (U) yerine geçer. T. İkincisi, DNA'daki şeker deoksiriboz iken RNA'daki şeker ribozdur. Ve üç, DNA enerji açısından en kararlı haliyle çift sarmallıyken RNA tek sarmallıdır. Bu farklılıklar, hem özel olarak transkripsiyonda hem de genel olarak bu ilgili nükleik asitlerin işlevinde büyük önem taşır.

A ve G bazlarına pürin, C, T ve U bazlarına pirimidin adı verilir. Kritik olarak, A kimyasal olarak ve sadece T'ye (DNA ise) veya U'ya (RNA ise); C, yalnızca G'ye bağlanır. Bir DNA molekülünün iki zinciri tamamlayıcıdır, yani her bir zincirdeki bazlar, her noktada karşı zincirdeki benzersiz "ortak" bazla eşleşir. Böylece AACTGCGTATG, TTGACGCATAC (veya UUGACGCAUAC) için tamamlayıcıdır.

DNA transkripsiyonunun mekaniğine girmeden önce, terminolojiyi gözden geçirmek için biraz zaman ayırmaya değer. DNA ve RNA ile ilişkilidir, çünkü karışımda kulağa çok benzer gelen birçok kelime olduğundan, karıştırılması kolay olabilir. onları.

çoğaltma bir şeyin özdeş bir kopyasını yapma eylemidir. Yazılı bir belgenin (eski okul) fotokopisini aldığınızda veya bir bilgisayarda (yeni okul) kopyala-yapıştır işlevini kullandığınızda, her iki durumda da içeriği kopyalamış olursunuz.

DNA replikasyona uğrar, ancak modern bilimin belirleyebildiği kadarıyla RNA kopyalamaz; sadece transkripsiyondan doğar_._ "karşı yazı" anlamına gelen Latince bir kökten gelen transkripsiyon, belirli bir mesajın orijinal bir kaynağın kopyasında kodlanmasıdır. İşi, ses kaydı olarak alınan tıbbi notları yazılı hale getirmek olan tıbbi transkripsiyon uzmanlarını duymuş olabilirsiniz. İdeal olarak, kelimeler ve dolayısıyla mesaj, ortamdaki değişikliğe rağmen kesinlikle aynı olacaktır. Hücrelerde, transkripsiyon, azotlu baz dizilerinin dilinde yazılmış bir genetik DNA mesajının RNA formuna - özellikle de haberci RNA'ya (mRNA) kopyalanmasını içerir. Bu RNA sentezi ökaryotik hücrelerin çekirdeğinde meydana gelir, bundan sonra mRNA çekirdeği terk eder ve ribozom adı verilen bir yapının geçmesi için yola çıkar. tercüme.

Transkripsiyon, bir mesajın farklı bir ortamdaki basit fiziksel kodlaması iken, biyolojik terimlerle çeviri, bu mesajın amaçlı eyleme dönüştürülmesidir. olarak adlandırılan bir DNA uzunluğu veya tek bir DNA mesajıdır. gen, sonuçta benzersiz bir protein ürünü üreten hücrelerle sonuçlanır. DNA, bu mesajı mRNA biçiminde gönderir ve daha sonra mesajı bir protein yapmaya çevrilmesi için bir ribozoma taşır. Bu görüşte mRNA, bir mobilya parçasının montajı için bir plan veya bir dizi talimat gibidir.

Bu, nükleik asitlerin ne yaptığına dair sahip olduğunuz tüm gizemleri umarım aydınlatır. Peki ya özellikle transkripsiyon?

DNA, oldukça ünlüdür, çift sarmallı bir sarmal halinde dokunmuştur. Ancak bu formda, ondan bir şey inşa etmek fiziksel olarak zor olurdu. Bu nedenle, içinde inisiyasyon Transkripsiyonun fazı (veya basamağı) olan DNA molekülü, helikaz adı verilen enzimler tarafından çözülür. Bir seferde RNA sentezi için elde edilen iki DNA zincirinden sadece biri kullanılır. Bu iplikçik olarak adlandırılır kodlamayan DNA ve RNA baz eşleşmesi kuralları sayesinde, diğer DNA zinciri sentezlenecek mRNA ile aynı azotlu baz dizisine sahip olduğundan, bu iplikçik kodlama iplik. Daha önce yapılan noktalara dayanarak, bir DNA dizisinin ve üretiminden sorumlu olduğu mRNA'nın tamamlayıcı olduğu sonucuna varabilirsiniz.

İplik artık harekete hazır olduğunda, promotör sekansı olarak adlandırılan bir DNA bölümü, transkripsiyonun iplik boyunca nerede başlayacağını gösterir. RNA polimeraz enzimi bu konuma gelir ve bir promotör kompleksinin parçası olur. Bütün bunlar, mRNA sentezinin DNA molekülü üzerinde tam olarak olması gereken yerde başlamasını sağlamak içindir ve bu, istenen kodlanmış mesajı tutan bir RNA zinciri oluşturur.

Sonraki uzama RNA polimeraz, promotör dizisinden başlayarak ve DNA zinciri boyunca hareket ederek DNA zincirini "okur". öğretmen bir sıra öğrenciyi yürütür ve testleri dağıtır, yeni oluşan RNA'nın büyüyen ucuna nükleotidler ekler molekül.

Bir nükleotidin fosfat grupları ile bir sonraki nükleotidin üzerindeki riboz veya deoksiriboz grubu arasında oluşan bağlara ne ad verilir? fosfodiester bağları. Bir DNA molekülünün bir ucunda 3' ("üç-asal") terminali ve diğer ucunda 5' ("beş-asal") olarak adlandırılan bir terminale sahip olduğuna dikkat edin, bu sayılar ilgili terminal riboz "halkaları"ndaki terminal karbon atomu konumları. RNA molekülünün kendisi 3' yönünde büyürken, DNA zinciri boyunca 5' yönünde hareket eder. yön. MRNA sentezinin mekaniğini tam olarak anladığınızdan emin olmak için bir diyagramı incelemelisiniz.

Nükleotidlerin eklenmesi – özellikle nükleosit trifosfatlar (ATP, CTP, GTP ve UTP; ATP, adenosin trifosfattır, CTP sitidin trifosfattır vb.) – uzayan mRNA zinciri için enerji gerekir. Bu, pek çok biyolojik süreç gibi, nükleosit trifosfatların kendilerindeki fosfat bağları tarafından sağlanır. Yüksek enerjili fosfat-fosfat bağı kırıldığında ortaya çıkan nükleotid (AMP, CMP, GMP ve UMP; bu nükleotidlerde, "MP", "monofosfat" anlamına gelir) mRNA'ya eklenir ve genellikle PP olarak yazılan bir çift inorganik fosfat molekülü eklenir._ben, ayrı düşmek.

Transkripsiyon gerçekleştiğinde, belirtildiği gibi, tek bir DNA dizisi boyunca bunu yapar. Bununla birlikte, tüm DNA molekülünün çözülmediğini ve tamamlayıcı ipliklere ayrılmadığını unutmayın; bu sadece transkripsiyonun doğrudan yakınında olur. Sonuç olarak, DNA molekülü boyunca hareket eden bir "transkripsiyon balonu"nu görselleştirebilirsiniz. Bu, bir mekanizma tarafından nesnenin hemen önünde açılan bir fermuar boyunca hareket eden bir nesneye benzerken, farklı bir mekanizma nesnenin ardından fermuarı yeniden sıkıştırır.

Son olarak, mRNA gerekli uzunluğa ve forma ulaştığında, sonlandırma aşaması başlıyor. Başlatma gibi, bu faz da RNA polimeraz için durma işaretleri olarak işlev gören spesifik DNA dizileri tarafından etkinleştirilir.

Bakterilerde bu iki genel yolla olabilir. Bunlardan birinde, sonlandırma dizisi kopyalanır, kendi üzerine katlanan ve böylece RNA polimeraz işini yapmaya devam ederken "bir araya gelen" bir mRNA uzunluğu üretilir. mRNA'nın bu katlanmış bölümlerine genellikle firkete iplikleri denir ve bunlar, tek iplikli fakat bükülmüş mRNA molekülü içinde tamamlayıcı baz eşleşmesini içerir. Bu firkete bölümünden aşağı akışta, uzun süreli bir U bazları veya tortuları bulunur. Bu olaylar, RNA polimerazı nükleotid eklemeyi durdurmaya ve DNA'dan ayrılmaya ve transkripsiyonu bitirmeye zorlar. Bu, rho faktörü olarak bilinen bir proteine ​​dayanmadığı için rho'dan bağımsız sonlandırma olarak adlandırılır.

Rho'ya bağlı sonlandırmada durum daha basittir ve firkete mRNA segmentlerine veya U kalıntılarına ihtiyaç yoktur. Bunun yerine, rho faktörü mRNA üzerinde gerekli noktaya bağlanır ve mRNA'yı fiziksel olarak RNA polimerazdan çeker. Rho'dan bağımsız veya rho'ya bağlı sonlandırmanın gerçekleşip gerçekleşmediği, etkili olan RNA polimerazın tam versiyonuna bağlıdır. DNA ve mRNA (çeşitli alt tipler mevcuttur) ve ayrıca hücre içindeki proteinler ve diğer faktörler üzerinde çevre.

Her iki olay dizisi de sonuçta mRNA'nın transkripsiyon balonunda DNA'dan ayrılmasına yol açar.

Prokaryotlarda (neredeyse tümü bakteridir) ve ökaryotlarda (hayvanlar, bitkiler ve mantarlar gibi çok hücreli organizmalar) transkripsiyon arasında çok sayıda farklılık vardır. Örneğin, prokaryotlarda başlatma genellikle Pribnow kutusu olarak bilinen bir DNA baz düzenlemesini içerir. baz dizisi TATAAT, transkripsiyon başlangıcının kendisinin meydana geldiği yerden kabaca 10 baz çifti uzaklıkta bulunur. Bununla birlikte ökaryotlar, başlangıç ​​bölgesinden oldukça uzak bir yere yerleştirilmiş güçlendirici dizilere sahiptir. DNA molekülünü RNA için daha erişilebilir hale getirecek şekilde deforme etmeye yardımcı olan aktivatör proteinlerin yanı sıra polimeraz.

Ek olarak, uzama bakterilerde (dakikada yaklaşık 42 ila 54 baz çifti, saniyede bir baz çifti) ökaryotlardakinden (dakikada yaklaşık 22 ila 25 baz çifti) yaklaşık iki kat daha hızlı gerçekleşir. Son olarak, ökaryotlarda bakteriyel terminasyon mekanizmaları yukarıda tarif edilirken, bu faz, poli-A olarak adlandırılan bir RNA dizisinin yanı sıra spesifik sonlandırma faktörlerini içerir (birçoğunda olduğu gibi). üst üste adenin bazları) "kuyruk." Uzamanın kesilmesinin kabarcıktan mRNA'nın ayrılmasını tetikleyip tetiklemediği veya bölünmenin kendisinin aniden uzamayı sonlandırıp sonlandırmadığı henüz açık değildir. süreç.