ТРАНСКРИПЦИЈА ДНК: ПРОЦЕС У ЕУКАРИОТА И ПРОКАРИОТА - БИОЛОГИЈА - 2025

Транскрипција ДНК је процес којим се информације садржане у дезоксирибонуклеинске киселине је копирана као сличан молекул, РНК, било као корак ка синтезе протеина или за формирање РНК молекула укључених у више ћелијских процеса од великог значаја (регулација експресије гена, сигнализација, итд.).

Иако није тачно да сви гени организма кодирају протеине, истина је да су сви протеини ћелије, било еукариотски или прокариотски, кодирани једним или више гена, при чему је свака аминокиселина представљена са сет од три ДНК базе (кодон).

Обрада еукариотских гена (Извор: Леонид 2 / ЦЦ БИ-СА (хттпс://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би-са/3.0) путем Викимедиа Цоммонса)

Синтеза полипептидног ланца који припада било којем ћелијском протеину догађа се захваљујући два основна процеса: транскрипцији и транслацији; оба су високо регулисана, јер су два процеса од великог значаја за функционисање било ког живог организма.

Шта је транскрипција ДНК?

Транскрипција укључује формирање "шаблона" за РНА молекул познат као "месна РНА" (мРНА) из "стандардне" секвенце кодиране у области ДНК која одговара гену који ће се преписати.

Овај процес се спроводи ензимом названим РНА полимераза, који препознаје посебна места у ДНК секвенци, веже се за њих, отвара ланац ДНК и синтетише РНА молекул користећи један од тих комплементарних низова ДНК као предложак или образац, чак и када наиђе на другу посебну секвенцу заустављања.

Превођење је, са друге стране, процес кроз који долази до синтезе протеина. Састоји се од "читања" информација садржаних у мРНА која је преписана из гена, "превођења" ДНК кодона у аминокиселине и стварања полипептидног ланца.

Превођење нуклеотидних низова мРНА врши се ензимима познатим као синтетазе аминоацил-тРНА, захваљујући учешћу других молекула РНК познатих као "трансфер РНА" (тРНА), који су антикодони кодона садржаних у МРНА, које су верна копија ДНК секвенце гена.

Транскрипција у еукариоте (процес)

Током транскрипције у еукариоте, ДНК се користи као образац за стварање ланца мессенгер РНА уз помоћ ензима РНА полимеразе.

У еукариотским ћелијама процес транскрипције одвија се у језгру, које је главна унутарћелијска органела у којој се ДНК налази у облику хромозома. Почиње са "копијом" кодирајућег региона гена који је транскрибиран у молекул једноструке групе познат као месна РНА (мРНА).

Пошто је ДНК ограничена у поменутом органелу, молекули мРНА функционишу као посредници или превозници у преносу генетске поруке из нуклеуса у цитосол, где се врши превођење РНК и читаве биосинтетске машинерије за синтезу протеина ( рибозоми).

- Како изгледају еукариотски гени?

Ген се састоји од ДНК секвенце чије карактеристике одређују његову функцију, јер је редослед нуклеотида у поменутој секвенци оно што одређује његову транскрипцију и накнадну транслацију (у случају оних који кодирају протеине).

Када се ген преписује, то јест, када се његове информације копирају у облику РНА, резултат може бити некодирајућа РНА (цРНА), која има директне функције у регулацији експресије гена, у ћелијској сигнализацији, итд. или то може бити месна РНА (мРНА), која ће се затим превести у аминокиселинску секвенцу у пептиду.

Репрезентација структуре еукариотског гена (Извор: Тхомас Схафее / ЦЦ БИ (хттпс://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би/4.0) виа Викимедиа Цоммонс)

Да ли ген има функционалан производ у облику РНК или протеина, зависи од одређених елемената или региона присутних у његовом низу.

Гени, еукариотски или прокариотски, имају два ланца ДНК, један познати као ланац „чула“, а други „антисенсе“. Ензими одговорни за транскрипцију ових низова "читају" само један од два ланца, типично ланац "смисла" или "кодирања", који има "смер" 5'-3 '.

Сваки ген има регулаторне секвенце на својим крајевима:

- ако су секвенце пре кодирајуће регије (оне која ће бити преписана), они су познати као "промотори"

- ако их је раздвојило више килобаза, могу се "утишати" или "побољшати"

- оне секвенце које су најближе 3 'региону гена обично су терминаторске секвенце, које полимерази говоре да се мора зауставити и завршити транскрипцију (или репликацију, овисно о случају)

Подручје промотора је подељено на дистално и проксимално, у складу са близином кодирајућег региона. На крају 5 гена налази се ензим РНА полимераза и други протеини који иницирају транскрипцију из ДНК у РНК.

У проксималном делу промоторског региона могу се везати транскрипциони фактори који имају способност да модификују афинитет ензима на секвенцу која ће се преписати, тако да су они задужени за позитивну или негативну регулацију транскрипције гена.

Појачавајући и утишавајући региони су такође одговорни за регулисање транскрипције гена модификујући "активност" промоторских региона везањем на активаторне или репресивне елементе "узводно" кодирајуће секвенце гена.

Каже се да су еукариотски гени увек "искључени" или "потиснути", па им је потребна активација промоторских елемената да би се изразили (преписали).

- Ко је задужен за транскрипцију?

Без обзира на организам, транскрипцију врши група ензима названа РНА полимераза, који су се слични ензимима задуженим за репликацију ДНК када ћелија треба да дели, специјализовали за синтезу ланца РНА из једног од ДНК ланаца гена који се преписује.

РНК полимеразе су велики ензимски комплекси сачињени од многих подјединица. Постоје различите врсте:

- РНА полимераза И (Пол И): која транскрибира гене који кодирају „велику“ рибосомалну подјединицу.

- РНА полимераза ИИ (Пол ИИ): која преписује гене који кодирају протеине и производе микро РНА.

- РНА полимераза ИИИ (Пол ИИИ): која производе трансферне РНК које се користе током превођења, као и РНА која одговара малој подјединици рибосома.

- РНА полимераза ИВ и В (Пол ИВ и Пол В): типичне су за биљке и одговорне су за транскрипцију малих интерферирајућих РНА.

- Шта је процес?

Еукариотска транскрипција гена (Извор: Еринп.5000 / ЦЦ БИ-СА (хттпс://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би-са/4.0) виа Викимедиа Цоммонс)

Генетска транскрипција је процес који се може проучавати подељен у три фазе: иницијација, продужетак и престанак.

Иницијација

Током иницијације промоторска регија, промоторска регија гена функционише као мјесто препознавања РНА полимеразе. Овде се контролише највећи део генетске експресије

РНА полимераза (рецимо РНА полимераза ИИ) се везује за секвенцу промоторске регије, која се састоји од 6 до 10 база пара протежу се на 5 'крају гена, обично око 35 базних парова странице за транскрипцију.

Спајање РНА полимеразе доводи до "отварања" двоструке спирале ДНК, раздвајајући комплементарне ланце. Синтеза РНК започиње на месту које је познато као "место иницирања" и одвија се у правцу 5'-3 ', то јест "низводно" или лево надесно (према конвенцији).

Покретање транскрипције посредоване РНК полимеразама зависи од истодобног присуства фактора транскрипције протеина познатих као општи фактори транскрипције, који доприносе "локацији" ензима у промоторској регији.

Након што је ензим почео да се полимерише, он се „излива“ из промоторне секвенце и из општих фактора транскрипције.

Издужење

Током продужења, РНА полимераза клизи низ ланац који служи као образац

Настаје док се РНА полимераза „помера“ дуж ДНК секвенце и додаје рибонуклеотиде комплементарне ланцу ДНК који служе као „предложак“ растућој РНК. Док РНА полимераза „пролази“ кроз ланац ДНК, она се поново спаја у свој антисенсе лан.

Полимеризација коју врши РНА полимераза састоји се од нуклеофилних напада кисеоника у положају 3 'растућег ланца РНА до фосфата "алфа" следећег нуклеотидног прекурсора који се додаје, са последичним стварањем фосфодиестерских веза и ослобађањем молекул пирофосфата (ППи).

Скуп који се састоји од ДНА ланаца, РНА полимеразе и матичног ланца РНА познат је као мехурић за транскрипцију или комплекс.

Прекид

Када РНА полимераза достигне терминалну регију гена, транскрипциона месна РНА је завршена. Затим се РНА полимераза, ланац ДНК и транскрипциони гласник РНА дисоцирају

Прекид настаје када полимераза досегне секвенцу завршавања, која је логично лоцирана „низводно“ од места иницијације транскрипције. Када се то догоди, и ензим и синтетизована РНА постају „одвојиви“ од секвенце транскрипције ДНК.

Завршна регија обично се састоји од ДНК секвенце која је способна да се „пресавија“ на себе, формирајући структуру типа „петље за длаку“.

Након прекида, синтетизовани лан РНА познат је као примарни транскрипт, који се ослобађа из комплекса транскрипције, након чега се може или не мора пост-транскрипционо обрађивати (пре његовог превођења у протеин, ако је применљиво) кроз процес назван "сечење и спајање".

Транскрипција у прокариоте (процес)

Пошто прокариотске ћелије немају језгро затворено мембраном, транскрипција се догађа у цитосолу, тачније у "нуклеарном" региону, где је концентрисана хромозомска ДНК (бактерије имају кружни хромозом).

На овај начин, пораст концентрације цитосола датог протеина је знатно бржи код прокариота него у еукариота, пошто се процеси транскрипције и превођења одвијају у истом одељку.

- Какви су прокариотски гени?

Прокариотски организми имају гене који су врло слични еукариотима: први такође користе промоторне и регулаторне регионе за њихову транскрипцију, мада је важна разлика повезана са чињеницом да је промоторски регион често довољан да би се постигао "снажни" израз гени.

У том смислу, важно је напоменути да су, углавном, прокариотски гени увек „укључени“.

Промоторска регија повезана је са другом регијом, обично "узводно", која је регулисана репресивним молекулама и позната је као "оперативна регија".

Репрезентација структуре прокариотског гена (Извор: Тхомас Схафее / ЦЦ БИ (хттпс://цреативецоммонс.орг/лиценсес/би/4.0) виа Викимедиа Цоммонс)

Разлика у транскрипцији између прокариота и еукариота је та што су нормално мессенгер РНА-ови еукариоти монокистронски, то јест, сваки садржи информацију за синтезу једног јединог протеина, док у прокариотима они могу бити монокистронски или поликистронски, где један МРНА може да садржи информације за два или више протеина.

Тако је добро познато да се, на пример, прокариотски гени који кодирају протеине са сличним метаболичким функцијама налазе у групама познатим као оперони, које се истовремено преписују у облик молекуларне РНК у један молекул.

Прокариотски гени су густо упаковани, без много некодирајућих подручја између њих, тако да се једном преписују у линеарне молекуле РНА молекуле и могу одмах превести у протеин (еукариотске мРНА често је потребно даље обрађивати).

- Како је прокариотска РНА полимераза?

Прокариотски организми, попут бактерија, на пример, користе исти ензим РНА полимераза да би преписали све своје гене, односно оне који кодирају рибосомалне подјединице и оне који кодирају различите ћелијске протеине.

У бактеријама Е. цоли, РНА полимераза је састављена од 5 полипептидних подјединица, од којих су две идентичне. Подјединице α, α, β, β 'чине централни дио ензима и састављају се и растављају током сваког догађаја транскрипције.

А подјединице су оне које омогућавају сједињење ДНК и ензима; β подјединица се веже за трифосфатни рибонуклеотид који ће бити полимеризован према ДНК предлошку у матичном молекули мРНА, а β 'подјединица се веже за поменути ланац ДНК шаблона.

Пета подјединица, позната као σ, учествује у покретању транскрипције и она даје специфичност полимерази.

- Шта је процес?

Транскрипција у прокариоте је врло слична оној у еукариота (она се такође дели на иницијацију, продужење и престанак), са неким разликама у погледу идентитета промоторских региона и транскрипционих фактора потребних за РНА полимеразу врше своје функције.

Иако промоторске регије могу варирати између различитих прокариотских врста, постоје две сачуване "консензусне" секвенце које се лако могу идентификовати у -10 региону (ТАТААТ) и у -35 региону (ТТГАЦА) узводно од кодирајуће секвенце.

Иницијација

Зависи од σ подјединице РНА полимеразе, јер она посредује интеракцију између ДНК и ензима, чинећи га способним да препознаје промоторске секвенце. Иницијација се завршава када настану неки абортусни транскрипти од око 10 нуклеотида.

Издужење

Када се σ подјединица одвоји од ензима, започиње фаза издужења која се састоји од синтезе молекула мРНА у правцу 5'-3 '(приближно 40 нуклеотида у секунди).

Прекид

Прекид у прокариотима зависи од две различите врсте сигнала, може бити Рхо-зависан и Рхо-независан.

Рхо-зависни протеин контролише овај протеин који "прати" полимеразу како напредује у синтези РНК док она не постигне низ богат ганинима (Г), успори и дође у контакт са Рхо протеином. дисоцирајући од ДНК и мРНА.

Рхо-независно завршавање контролише се специфичним секвенцама гена, обично богатим гванин-цитозин (ГЦ) понављањима.

Референце

1. Албертс, Б., Јохнсон, А., Левис, Ј., Рафф, М., Робертс, К., & Валтер, П. (2007). Молекуларна биологија ћелије. Гарланд Сциенце. Нев Иорк, 1392.
2. Гриффитхс, АЈ, Весслер, СР, Левонтин, РЦ, Гелбарт, ВМ, Сузуки, ДТ, и Миллер, ЈХ (2005). Увод у генетску анализу. Мацмиллан.
3. Лодисх, Х., Берк, А., Каисер, Калифорнија, Криегер, М., Сцотт, посланик, Бретсцхер, А.,… и Матсудаира, П. (2008). Молекуларна ћелијска биологија. Мацмиллан.
4. Нелсон, ДЛ, Лехнингер, АЛ и Цок, ММ (2008). Лехнингерови принципи биохемије. Мацмиллан.
5. Росенберг, ЛЕ, и Росенберг, ДД (2012). Људски гени и геноми: наука. Здравље, друштво, 317-338.
6. Схафее, Т., и Лове, Р. (2017). Еукариотска и прокариотска структура гена. Вики часопис за медицину, 4 (1), 2.
7. МцГрав-Хилл Аниматионс, иоутубе.цом. Транскрипција и превод ДНК.