DNA-TRANSKRIPTION: PROCESS I EUKARYOTER OCH PROKARYOTER - BIOLOGI - 2025

Den transkriptionen av DNA är den process genom vilken information som finns i deoxiribonukleinsyra kopieras som en liknande molekyl, RNA, antingen som ett steg till proteinsyntes, eller för bildning av RNA-molekyler som är involverade i flera cellulära processer av stor betydelse (reglering av genuttryck, signalering etc.).

Även om det inte är sant att alla gener i en organism kodar för proteiner, är det sant att alla proteiner i en cell, vare sig eukaryot eller prokaryot, kodas av en eller flera gener, där varje aminosyra representeras av en uppsättning av tre DNA-baser (kodon).

Bearbetning av eukaryota gener (Källa: Leonid 2 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)

Syntesen av polypeptidkedjan som tillhör något cellulärt protein sker tack vare två grundläggande processer: transkription och translation; båda är mycket reglerade, eftersom det är två processer av stor betydelse för att leva organismer.

Vad är DNA-transkription?

Transkription involverar bildandet av en "mall" för en RNA-molekyl som kallas "messenger RNA" (mRNA) från "standard" -sekvensen kodad i DNA-regionen motsvarande genen som ska transkriberas.

Denna process utförs av ett enzym som kallas RNA-polymeras, som känner igen speciella platser i DNA-sekvensen, binder till dem, öppnar DNA-strängen och syntetiserar en RNA-molekyl med användning av en av dessa komplementära DNA-strängar som en mall eller mönster, även när det möter en annan speciell stoppsekvens.

Översättning, å andra sidan, är den process genom vilken proteinsyntes sker. Det består av "läsning" av informationen i mRNA som transkriberades från en gen, "översättningen" av DNA-kodonerna till aminosyror och bildandet av en polypeptidkedja.

Översättningen av nukleotidsekvenserna för mRNA utförs av enzymer kända som aminoacyl-tRNA-syntetaser, tack vare deltagandet av andra RNA-molekyler kända som "transfer RNA" (tRNA), som är antikodoner av kodonerna som finns i MRNA, som är en trogen kopia av DNA-sekvensen för en gen.

Transkription i eukaryoter (process)

Under transkription i eukaryoter används DNA som en mall för att skapa en tråd av messenger-RNA med hjälp av enzymet RNA-polymeras.

I eukaryota celler sker transkriptionsprocessen i kärnan, som är den huvudsakliga intracellulära organellen där DNA finns i form av kromosomer. Det börjar med "kopian" av den kodande regionen av genen som transkriberas till en enda bandmolekyl som kallas messenger RNA (mRNA).

Eftersom DNA är begränsat i nämnda organelle fungerar mRNA-molekylerna som mellanhänder eller transportörer vid överföringen av det genetiska meddelandet från kärnan till cytosolen, där översättningen av RNA sker och hela biosyntetiska maskineriet för proteinsyntes ( ribosomer).

- Hur är eukaryota gener?

En gen består av en DNA-sekvens vars egenskaper bestämmer dess funktion, eftersom nukleotidernas ordning i nämnda sekvens är det som bestämmer dess transkription och efterföljande translation (för de som kodar för proteiner).

När en gen transkriberas, det vill säga när dess information kopieras i form av RNA, kan resultatet vara ett icke-kodande RNA (cRNA), som har direkta funktioner i regleringen av genuttryck, i cellsignalering, etc. eller det kan vara ett messenger-RNA (mRNA), som sedan kommer att översättas till en aminosyrasekvens i en peptid.

Representation av strukturen för en eukaryot gen (Källa: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) via Wikimedia Commons)

Huruvida en gen har en funktionell produkt i form av RNA eller protein beror på vissa element eller regioner närvarande i dess sekvens.

Gener, eukaryota eller prokaryota, har två DNA-strängar, den ena känd som "sens" -strängen och den andra "antisense". Enzymerna som är ansvariga för transkriptionen av dessa sekvenser "läser" bara en av de två strängarna, typiskt "känslan" eller "kodande" strängen, som har en "riktning" 5'-3 '.

Varje gen har regulatoriska sekvenser i sina ändar:

- om sekvenserna är före kodningsregionen (den som kommer att transkriberas) är de kända som "promotorer"

- om de är separerade av många kilobaser kan de vara "tystande" eller "förbättra"

- de sekvenser som ligger närmare 3'-regionen i generna är vanligen terminatorsekvenser, som säger polymeraset att det måste stoppa och avsluta transkription (eller replikering, i förekommande fall)

Promotorregionen är indelad i distalt och proximalt, beroende på dess närhet till det kodande området. Det är vid 5'-änden av genen och är det ställe som RNA-polymerasenzym och andra proteiner känner igen för att initiera transkription från DNA till RNA.

I den proximala delen av promotorregionen kan transkriptionsfaktorer binda, vilka har förmågan att modifiera affiniteten hos enzymet till den sekvens som ska transkriberas, varför de ansvarar för att positivt eller negativt reglera transkriptionen av gener.

Förstärkaren och tystnadsregionerna är också ansvariga för att reglera gentranskription genom att modifiera "aktiviteten" av promotorregionerna genom deras bindning med aktivator eller repressorelement "uppströms" av genens kodningssekvens.

Det sägs att eukaryota gener alltid "stängs av" eller "förtrycks" som standard, så de behöver aktiveras av promotorelement för att uttryckas (transkriberas).

- Vem ansvarar för transkriptionen?

Oavsett organismen utförs transkription av en grupp enzymer som kallas RNA-polymeraser, som, liknande de enzymer som ansvarar för DNA-replikering när en cell håller på att delas, specialiserar sig i syntesen av en RNA-kedja från en av DNA-strängarna i genen som transkriberas.

RNA-polymeraser är stora enzymkomplex som består av många underenheter. Det finns olika typer:

- RNA-polymeras I (Pol I): som transkriberar generna som kodar för den "stora" ribosomala underenheten.

- RNA-polymeras II (Pol II): som transkriberar generna som kodar för proteiner och producerar mikro-RNA.

- RNA-polymeras III (Pol III): som producerar överförings-RNA: er som används under translation och även RNA som motsvarar den lilla underenheten av ribosomen.

- RNA-polymeras IV och V (Pol IV och Pol V): dessa är typiska för växter och är ansvariga för transkription av små störande RNA.

- Vad är processen?

Eukaryot gentranskription (Källa: Erinp.5000 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)

Genetisk transkription är en process som kan studeras i tre faser: initiering, förlängning och avslutning.

Initiering

Under initiering fungerar promotorregionen promotorn av genen som ett igenkänningsställe för RNA-polymeras. Det är här som mest av det genetiska uttrycket kontrolleras

RNA-polymeras (låt oss säga RNA-polymeras II) binder till promotorregionsekvensen, som består av en 6-10 basparsträckning vid 5'-änden av genen, vanligtvis cirka 35 baspar bort av transkriptionsstartplatsen.

Föreningen av RNA-polymeras leder till "öppningen" av DNA-dubbel spiralen och separerar de komplementära strängarna. RNA-syntes börjar på platsen känd som "initieringsstället" och inträffar i 5'-3'-riktningen, det vill säga "nedströms" eller från vänster till höger (enligt konvention).

Initieringen av transkription medierad av RNA-polymeraser beror på den samtidiga närvaron av proteentranskriptionsfaktorer kända som allmänna transkriptionsfaktorer, som bidrar till "lokaliseringen" av enzymet i promotorregionen.

Efter att enzymet har börjat polymerisera "skjuts" det från både promotorsekvensen och allmänna transkriptionsfaktorer.

Förlängning

Under töjning glider RNA-polymeras ner kedjan som fungerar som en mall

Det inträffar när RNA-polymeras "rör sig" längs DNA-sekvensen och lägger ribonukleotider komplementära till DNA-strängen som tjänar som en "mall" till det växande RNA. När RNA-polymeras "passerar" genom DNA-strängen återfogar det sig till sin antisenssträng.

Polymerisationen utförd av RNA-polymeras består av nukleofila attacker av syre i position 3 'i den växande RNA-kedjan till fosfat "alfa" i nästa nukleotidprekursor som ska tillsättas, med den följd bildande av fosfodiesterbindningar och frisättningen av en pyrofosfatmolekyl (PPi).

Uppsättningen bestående av DNA-strängen, RNA-polymeraset och den begynnande RNA-strängen är känd som en transkriptionsbubbla eller komplex.

Uppsägning

När RNA-polymeras når den terminala regionen av genen är det transkriptionella messenger-RNA komplett. Sedan dissocierar RNA-polymeras, DNA-sträng och transkriptionsbudbärar-RNA

Avslutning inträffar när polymeraset når termineringssekvensen, som logiskt sett är "nedströms" från transkriptionsinitieringsstället. När detta inträffar "frigörs" både enzymet och det syntetiserade RNA från DNA-sekvensen som transkriberas.

Avslutningsregionen består normalt av en DNA-sekvens som kan "fällas" på sig själv och bilda en "hårnålslinga" -struktur.

Efter avslutande är den syntetiserade RNA-strängen känd som det primära transkriptet, som frisätts från transkriptionskomplexet, varefter det kan eller inte kan bearbetas efter transkription (före dess översättning till protein, om tillämpligt) genom en process som kallas "skärning och skarvning".

Transkription i prokaryoter (process)

Eftersom prokaryota celler inte har en membraninnesluten kärna inträffar transkription i cytosolen, speciellt i det "kärnkraftsområdet", där kromosomalt DNA är koncentrerat (bakterier har en cirkulär kromosom).

På detta sätt är ökningen i den cytosoliska koncentrationen av ett givet protein väsentligt snabbare i prokaryoter än i eukaryoter, eftersom transkriptions- och translationsprocesserna förekommer i samma fack.

- Hur är prokaryota gener?

Prokaryotiska organismer har gener som liknar eukaryoter: de förra använder också promotor och reglerande regioner för sin transkription, även om en viktig skillnad har att göra med det faktum att promotorregionen ofta är tillräcklig för att uppnå ett "starkt" uttryck av gener.

I den meningen är det viktigt att nämna att prokaryota gener i allmänhet alltid är "på" som standard.

Promotorregionen är associerad med en annan region, vanligtvis "uppströms", som regleras av repressormolekyler och är känd som "operatörsregionen".

Representation av strukturen för en prokaryot gen (Källa: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) via Wikimedia Commons)

En skillnad i transkription mellan prokaryoter och eukaryoter är att normalt budbärar-RNA: er för eukaryoter är monocistron, det vill säga var och en innehåller informationen för att syntetisera ett enda protein, medan i prokaryoter kan dessa vara monocistroniska eller polykistroniska, där endast en MRNA kan innehålla informationen för två eller flera proteiner.

Således är det välkänt att prokaryota gener som kodar för proteiner med liknande metaboliska funktioner, till exempel, finns i grupper kända som operoner, som samtidigt transkriberas till en enda molekylform av messenger-RNA.

Prokaryotiska gener är tätt packade, utan många icke-kodande regioner mellan dem, så när de transkriberats till linjära messenger-RNA-molekyler kan de översättas till protein omedelbart (eukaryota mRNA behöver ofta ytterligare bearbetning).

- Hur är prokaryot RNA-polymeras?

Prokaryotiska organismer som bakterier, till exempel, använder samma RNA-polymerasenzym för att transkribera alla deras gener, det vill säga de som kodar för ribosomala underenheter och de som kodar för olika cellulära proteiner.

I E. coli-bakterier består RNA-polymeras av 5 polypeptidsubenheter, varav två är identiska. Underenheterna a, a, p, β 'innefattar enzymets centrala del och monteras och demonteras under varje transkriptionshändelse.

A-subenheterna är de som tillåter förening mellan DNA och enzymet; p-subenheten binder till trifosfatribonukleotiderna som kommer att polymeriseras enligt DNA-mallen i den framväxande mRNA-molekylen och p'-subenheten binder till nämnda mall-DNA-sträng.

Den femte underenheten, känd som σ, deltar i initieringen av transkription och är den som ger specificiteten till polymeraset.

- Vad är processen?

Transkription i prokaryoter är mycket lik den för eukaryoter (den är också uppdelad i initiering, förlängning och avslutning), med vissa skillnader i promotorns identitet och de transkriptionsfaktorer som är nödvändiga för RNA-polymeras utöva sina funktioner.

Även om promotorregionerna kan variera mellan olika prokaryota arter finns det två konserverade "konsensus" -sekvenser som lätt kan identifieras i -10-regionen (TATAAT) och i -35-regionen (TTGACA) uppströms om den kodande sekvensen.

Initiering

Det beror på σ-subenheten för RNA-polymeras, eftersom det medierar interaktionen mellan DNA och enzymet, vilket gör det kapabelt att känna igen promotorsekvenser. Initieringen avslutas när några abortfacientutskrifter av cirka 10 nukleotider produceras som frisätts.

Förlängning

När σ-subenheten lossnar från enzymet börjar förlängningsfasen, som består av syntesen av en mRNA-molekyl i 5'-3'-riktningen (ungefär 40 nukleotider per sekund).

Uppsägning

Avslutning i prokaryoter beror på två olika typer av signaler, det kan vara Rho-beroende och Rho-oberoende.

Det Rho-beroende proteinet kontrolleras av detta protein som "följer" polymeraset när det fortskrider i RNA-syntes tills det senare uppnår en sekvens rik på guaniner (G), stoppar och kommer i kontakt med Rho-proteinet. dissocierande från DNA och mRNA.

Rho-oberoende avslutning kontrolleras av specifika sekvenser av genen, vanligtvis rik på guanin-cytosin (GC) upprepningar.

referenser

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2007). Cellens molekylärbiologi. Garland Science. New York, 1392.
2. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). En introduktion till genetisk analys. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A., … & Matsudaira, P. (2008). Molekylär cellbiologi. Macmillan.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger-principerna för biokemi. Macmillan.
5. Rosenberg, LE, & Rosenberg, DD (2012). Mänskliga gener och gener: vetenskap. Hälsa, samhälle, 317-338.
6. Shafee, T., & Lowe, R. (2017). Eukaryotisk och prokaryot genstruktur. Wiki Journal of Medicine, 4 (1), 2.
7. McGraw-Hill-animationer, youtube.com. DNA-transkription och översättning.