DNS-TRANSZKRIPCIÓ: FOLYAMAT EUKARIÓTÁKBAN ÉS PROKARIÓTÁKBAN - BIOLÓGIA - 2026

A DNS transzkripciója az az eljárás, amellyel a dezoxiribonukleinsavban található információt hasonló molekulaként, RNS-ként másolják, akár a fehérje szintézis lépéseként, akár a RNS-molekulák kialakulásához több sejtfolyamat, amelynek nagy jelentősége van (a gén expressziójának szabályozása, jelátvitel stb.).

Annak ellenére, hogy nem igaz, hogy egy szervezet összes génje fehérjéket kódol, igaz, hogy egy sejt összes fehérjét, akár eukarióta, akár prokarióta, egy vagy több gén kódolja, ahol minden aminosavat egy három DNS bázis (kodon) halmaza.

Eukarióta gének feldolgozása (Forrás: Leonid 2 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) a Wikimedia Commons segítségével)

Bármely sejtfehérjéhez tartozó polipeptidlánc szintézise két alapvető folyamatnak köszönhető: transzkripció és transzláció; mindkettő erősen szabályozott, mivel két folyamat, amelyek nagy jelentőséggel bírnak minden élő szervezet működése szempontjából.

Mi a DNS transzkripció?

A transzkripció magában foglalja egy "templát" kialakítását egy "messenger RNS" (mRNS) néven ismert RNS-molekula számára a "standard" szekvenciából, amelyet a transzkripcióhoz tartozó génnek megfelelő DNS-régióban kódolunk.

Ezt a folyamatot egy RNS-polimeráznak nevezett enzim hajtja végre, amely felismeri a DNS-szekvencia különleges helyeit, kötődik hozzájuk, megnyitja a DNS-szálat és szintetizál egy RNS-molekulát, ezen komplementer DNS-szálak egyikének felhasználásával templátként vagy mintázat, még akkor is, ha találkozik egy másik speciális leállási sorrenddel.

A transzláció viszont az a folyamat, amelyen keresztül a fehérje szintézis zajlik. A génből átírott mRNS-ben lévő információ "leolvasása", a DNS-kodonok aminosavakké történő "transzlációja" és egy polipeptidlánc képződéséből áll.

Az mRNS nukleotidszekvenciáinak transzlációját az aminoacil-tRNS szintézis néven ismert enzimek hajtják végre, köszönhetően más "transzfer RNS" (tRNS) néven ismert RNS molekulák részvételének, amelyek a kodon antikodonjai MRNS, amelyek egy gén DNS-szekvenciájának hű példányát képezik.

Átírás az eukariótákban (folyamat)

Az eukariótákban történő transzkripció során a DNS-t templátként használják a messenger RNS szálának létrehozására az RNS enzim polimeráz segítségével.

Az eukarióta sejtekben a transzkripciós folyamat a sejtmagban zajlik, amely a legfontosabb intracelluláris organellek, ahol a DNS kromoszómák formájában van jelen. A gén kódoló régiójának "másolatával" kezdődik, amelyet átírnak egy sávú molekulaba, amelyet messenger RNS-nek (mRNS) hívnak.

Mivel a DNS korlátozódik az említett szervben, az mRNS molekulák közvetítőként vagy transzporterként működnek a genetikai üzenetnek a magból a citoszolba történő továbbításában, ahol az RNS transzlációja megtörténik, és a fehérje szintézisének teljes bioszintézis gépe (a riboszómák).

- Milyen eukarióta gének?

A gén egy DNS-szekvenciából áll, amelynek jellemzői meghatározzák annak működését, mivel az említett szekvencia nukleotidjainak sorrendje határozza meg transzkripcióját és az azt követő transzlációt (azok esetében, amelyek fehérjét kódolnak).

Ha egy gént átírunk, azaz amikor információit RNS formájában másoljuk, akkor eredményezhet egy nem kódoló RNS-t (cRNS), amelynek közvetlen funkciója van a gén expressziójának szabályozásában, a sejtjelzésben stb. vagy lehet egy hírvivő RNS (mRNS), amelyet azután egy peptid aminosav-szekvenciájává lehet fordítani.

Az eukarióta gén szerkezetének ábrázolása (Forrás: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) a Wikimedia Commons segítségével)

Az, hogy egy gén funkcionális termékkel rendelkezik-e RNS vagy fehérje formájában, függ a szekvenciájában jelen levő bizonyos elemektől vagy régióktól.

Az eukarióta vagy prokarióta géneknek két DNS-száluk van, az egyiket „szensz” szálnak, a másik „antiszensznek” nevezzük. Ezeknek a szekvenciáknak a transzkripciójáért felelős enzimek a két szál csak az egyikét olvassa le, jellemzően az "érzék" vagy "kódoló" szálat, amelynek "iránya" 5'-3 '.

Minden génnek a végén van szabályozó szekvencia:

- ha a szekvenciák a kódoló régió előtt vannak (az a, amely átírásra kerül), akkor azokat "promoternek" nevezzük

- ha sok kilobázis távolságra van egymástól, akkor "elnémíthatják" vagy "fokozhatják"

- azok a szekvenciák, amelyek a legközelebb vannak a gének 3 'régiójához, általában terminátor szekvenciák, amelyek azt mondják a polimeráznak, hogy meg kell állítania és be kell fejeznie a transzkripciót (vagy esettől függően a replikációt).

A promóter régiót distal és proximalisokra osztjuk a kódoló régióhoz való közelségük szerint. A gén 5'-végén helyezkedik el, és az a hely, amelyet az RNS polimeráz enzim és más fehérjék felismernek, hogy iniciálják a transzkripciót a DNS-ről RNS-re.

A promóter régió proximális részében transzkripciós faktorok kötődhetnek, amelyek képesek módosítani az enzim affinitását az átírni kívánt szekvenciához, így felelnek a gének transzkripciójának pozitív vagy negatív szabályozásáért.

Az erősítő és a hangtompító régiók felelnek a gén transzkripciójának szabályozásáért is, módosítva a promoter régiók "aktivitását" oly módon, hogy a gén kódoló szekvenciáját "felfelé" aktiváló vagy represszor elemekkel kötik.

Azt mondják, hogy az eukarióta géneket alapértelmezés szerint mindig "kikapcsolják" vagy "elfojtják", tehát a promóter elemeknek aktiválniuk kell őket az expresszió (átírás) érdekében.

- Ki felel az átírásért?

Bármelyik is legyen a szervezet, a transzkripciót RNS-polimerázoknak nevezett enzimek csoportja hajtja végre, amelyek - hasonlóan azokhoz az enzimekhez, amelyek felelősek a DNS replikációjához, amikor egy sejt megosztódik - specializálódnak egy RNS-lánc szintézisében az átírandó gén egyik DNS-szálából.

Az RNS polimerázok nagy enzimkomplexek, amelyek sok alegységből állnak. Különböző típusok léteznek:

- RNS polimeráz I (Pol I): amelyek átírják a "nagy" riboszómális alegységet kódoló géneket.

- RNS-polimeráz II (Pol II): a fehérjéket kódoló géneket átírja és mikro RNS-eket állít elő.

- RNS polimeráz III (Pol III): amelyek a transzláció során használt transzfer RNS-eket, valamint a riboszóma kis alegységének megfelelő RNS-t termelnek.

- RNS polimeráz IV és V (Pol IV és Pol V): ezek jellemzőek a növényekre és felelősek a kicsi interferáló RNS transzkripciójáért.

- Mi a folyamat?

Eukarióta gén transzkripció (Forrás: Erinp.5000 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) a Wikimedia Commons segítségével)

A genetikai transzkripció egy olyan folyamat, amelyet három szakaszra lehet osztani: iniciáció, meghosszabbítás és befejezés.

Megindítás, inicializálás

Az iniciálás alatt a promóter régió a gén promóter régiója az RNS polimeráz felismerési helyeként működik. A genetikai expresszió nagy részét itt ellenőrzik

Az RNS polimeráz (mondjuk az RNS polimeráz II) kötődik a promoter régió szekvenciájához, amely 6-10 bázispáros szakaszból áll a gén 5'-végén, általában körülbelül 35 bázispárból a transzkripció kezdőhelyén.

Az RNS polimeráz egyesülése a DNS kettős spirál "kinyílásához" vezet, elválasztva a komplementer szálakat. Az RNS szintézise a "iniciációs hely" néven ismert helyről indul, és 5'-3 'irányban, azaz "downstream" vagy balról jobbra (konvenció szerint) zajlik.

Az RNS-polimerázok által közvetített transzkripció kezdete az általános transzkripciós faktorokként ismert protein-transzkripciós faktorok jelenlététől függ, amelyek hozzájárulnak az enzim "elhelyezkedéséhez" a promoter régióban.

Miután az enzim polimerizálódni kezdett, azt mind a promoter szekvenciából, mind az általános transzkripciós faktorokból kiszabadítják.

nyúlás

A meghosszabbítás során az RNS-polimeráz lecsúszik a templátként szolgáló láncon

Ez akkor fordul elő, amikor az RNS-polimeráz "mozog" a DNS-szekvencia mentén, és ribonukleotidokat ad hozzá komplementerként a DNS-szálhoz, amely "templátként" szolgál a növekvő RNS-hez. Amint az RNS-polimeráz "áthalad" a DNS-szálon, újra kapcsolódik antiszensz-szálához.

Az RNS-polimeráz által végzett polimerizáció az oxigén nukleofil támadásaiból áll a növekvő RNS-lánc 3'-helyzetében a hozzáadandó következő nukleotid prekurzor foszfát-foszfátjához, ennek következtében foszfodiészter kötések kialakulása és egy pirofoszfát molekula (PPi).

A DNS-szálból, az RNS-polimerázból és a kialakuló RNS-szálból álló készlet transzkripciós buborékként vagy komplexként ismert.

befejezés

Amikor az RNS-polimeráz eléri a gén terminális régióját, a transzkripciós messenger RNS teljes. Ezután az RNS-polimeráz, a DNS-szál és a transzkripciós hírvivő RNS eloszlik

A megszűnés akkor következik be, amikor a polimeráz eléri a terminációs szekvenciát, amely logikusan "lefelé" helyezkedik el a transzkripció iniciációs helyétől. Amikor ez megtörténik, mind az enzim, mind a szintetizált RNS "leválódik" az átírandó DNS-szekvenciától.

A terminációs régió általában egy olyan DNS-szekvenciából áll, amely képes "összehajtogatni" magát, és egy "hajtű hurok" típusú struktúrát képez.

A lezárás után a szintetizált RNS-szál elsődleges transzkriptumként ismert, amely felszabadul a transzkripciós komplexből, majd utána transzkripciós úton feldolgozható (vagyis a proteinbe történő transzlációja előtt, ha alkalmazható). "vágás és összeillesztés".

Átírás prokariótákban (folyamat)

Mivel a prokarióta sejteknek nincs membránnal bezárt magja, a transzkripció a citoszolban, különösen a "nukleáris" régióban történik, ahol a kromoszóma-DNS koncentrálódik (a baktériumok körkörös kromoszómával rendelkeznek).

Ilyen módon egy adott fehérje citoszolos koncentrációjának növekedése lényegesen gyorsabb a prokariótákban, mint az eukariótákban, mivel a transzkripciós és transzlációs folyamatok ugyanabban a kamrában zajlanak.

- Milyen prokarióta gének?

A prokarióta organizmusok génei nagyon hasonlóak az eukariótokhoz: az előbbiek promóter és szabályozó régiókat is használnak transzkripcióikhoz, bár fontos különbség annak a ténynek a közepette, hogy a promóter régió gyakran elegendő a „erős” expresszió eléréséhez. géneket.

Ebben az értelemben fontos megemlíteni, hogy általában a prokarióta gének alapértelmezés szerint mindig "be vannak kapcsolva".

A promoter régió egy másik régióval van társítva, általában "felfelé", amelyet represszor molekulák szabályoznak, és "operátor régiónak" hívunk.

A prokarióta gén szerkezetének ábrázolása (Forrás: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) a Wikimedia Commons segítségével)

A prokarióták és az eukariótok transzkripciójában az a különbség, hogy az eukarióták hírvivő RNS-jei monokistronikusak, vagyis mindegyik információt tartalmaz egyetlen protein szintetizálására, míg a prokariótákban ezek monokistronikus vagy poliszistronikusak lehetnek, ahol csak egy Az MRNS tartalmazhat két vagy több fehérje információit.

Így közismert, hogy például hasonló metabolikus funkciókkal rendelkező fehérjéket kódoló prokarióta géneket operonoknak nevezett csoportokban találunk, amelyek egyidejűleg átíródnak a messenger RNS egyetlen molekulájú formájába.

A prokarióta gének sűrűn vannak csomagolva, sok nem kódoló régió nélkül, tehát lineáris messenger RNS molekulává történő átírása után azonnal fehérjévé lehet fordítani (az eukarióta mRNS-ek gyakran további feldolgozást igényelnek).

- Hogyan működik a prokarióta RNS polimeráz?

A prokarióta szervezetek, például a baktériumok, ugyanazt az RNS polimeráz enzimet használják, hogy átírják minden gént, azaz azokat, amelyek a riboszómális alegységeket kódolják, és azokat, amelyek a különböző sejtfehérjéket kódolják.

E. coli baktériumokban az RNS-polimeráz 5 polipeptid alegységből áll, amelyek közül kettő azonos. Az α, α, β, β 'alegységek az enzim középső részét tartalmazzák, és minden transzkripciós esemény során összeállnak és szétszednek.

Az α alegységek lehetővé teszik a DNS és az enzim közötti egyesülést; a β alegység kötődik a trifoszfát ribonukleotidokhoz, amelyeket a születőképű mRNS-molekula DNS-templátja szerint polimerizálnak, és a β-alegység az említett templát-DNS-szálhoz kötődik.

Az ötödik alegység, úgynevezett σ, részt vesz a transzkripció iniciálásában, és ez adja meg a polimeráz specifitását.

- Mi a folyamat?

A prokariótákban a transzkripció nagyon hasonló az eukariótákéhoz (iniciációra, meghosszabbításra és terminációra is fel van osztva), némi különbség van a promóter régiók azonosságában és az RNS polimerázhoz szükséges transzkripciós faktorokban. gyakorolják funkciójukat.

Noha a promóter régiók a különböző prokarióta fajok között változhatnak, két konzervált "konszenzus" szekvencia létezik, amelyek könnyen azonosíthatók a -10 régióban (TATAAT) és a -35 régióban (TTGACA) a kódoló szekvencia előtt.

Megindítás, inicializálás

Az RNS polimeráz σ alegységétől függ, mivel közvetíti a DNS és az enzim közötti kölcsönhatást, lehetővé téve a promóter szekvenciák felismerését. Az inicializálás akkor fejeződik be, amikor körülbelül 10 nukleotid méretű abortifaktáns transzkriptumokat állítanak elő, amelyek felszabadulnak.

nyúlás

Amikor a σ alegység leválasztódik az enzimtől, megkezdődik a megnyúlás fázis, amely egy mRNS-molekula 5'-3 'irányú szintéziséből áll (másodpercenként körülbelül 40 nukleotid).

befejezés

A prokariótákban történő lezárás kétféle típusú jeltől függ, lehet Rho-függő és Rho-független.

A Rho-függő fehérjét ez a fehérje szabályozza, amely "követi" a polimerázt, miközben előrehalad az RNS szintézisében, amíg az utóbbi el nem ér egy guaninban (G) gazdag szekvenciát, megáll és érintkezésbe kerül a Rho fehérjével. disszociáció a DNS-től és az mRNS-től.

A Rho-független terminációt a gén specifikus szekvenciái szabályozzák, általában gazdag guanin-citozin (GC) ismétlődésekben.

Irodalom

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. és Walter, P. (2007). A sejt molekuláris biológiája. Garland Science. New York, 1392.
2. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT és Miller, JH (2005). Bevezetés a genetikai elemzésbe. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… és Matsudaira, P. (2008). Molekuláris sejtbiológia. Macmillan.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, és Cox, MM (2008). A biokémia Lehninger alapelvei. Macmillan.
5. Rosenberg, LE és Rosenberg, D. D. (2012). Emberi gének és genomok: Tudomány. Health, Society, 317-338.
6. Shafee, T. és Lowe, R. (2017). Eukarióta és prokarióta génszerkezet. Wiki Journal of Medicine, 4 (1), 2.
7. McGraw-Hill animációk, youtube.com. DNS transzkripció és transzláció.