DNA-transkripsjon: Prosess og mekanisme for DNA-transkripsjon

Les denne artikkelen for å lære om DNA-transkripsjon: Prosess og mekanisme for DNA-transkripsjon

Prosessen med å kopiere genetisk informasjon fra antisense eller templatstreng av DNA til RNA kalles transkripsjon. Det er ment å ta den kodede informasjonen fra DNA til stedet der det kreves for proteinsyntese. Prinsipper for komplementaritet brukes selv i transkripsjon.

Unntaket er at (i) Uracil er innlemmet i stedet for thymin-motsatte adenin av mal, (ii) Bare DNA-strengens strengestreng transkriberes. Både DNA-strengene kan ikke kopieres i transkripsjon fordi det vil produsere to typer proteiner, en med riktig sekvens av aminosyrer og den andre med omvendt sekvens av aminosyrer.

Videre, dersom to komplementære RNAer blir produsert samtidig, ville de ha en tendens til å danne dobbeltstrenget RNA som resulterer i ikke-translasjon av kodet informasjon til proteiner. Hele transkripsjonen ville da virke nytteløs.

Transkripsjonsenhet:

Segmentet av DNA som deltar i transkripsjon kalles transkripsjonsenhet (figur 6.16). Den har tre komponenter (i) en promotor, (ii) strukturgenet og (iii) en terminator. Foruten en promotor krever eukaryoter også en forsterker. Promoter er lokalisert oppstrøms for strukturelle gen. Ved konvensjon kalles den 5'-enden (av kodende streng som er 3'-enden av malstrengen). Terminator-regionen er tilstede nedstrøms for strukturgenet ved 3'-enden (av kodende streng som faktisk er 5'-enden av malstrengen). Promoter har forskjellige deler for vedlegg til ulike transkripsjonsfaktorer.

I mange tilfeller har promoteren en AT-rik region kalt TATA-boks. Området har et spor som bestemte proteinkomponenter kan kombinere. TATA-området er også kalt Pribnow-boksen etter navnet på oppdageren.

Strukturelt gen er komponent i den DNA-strengen som har 3 '→ 5' polaritet (da transkripsjon kan forekomme bare i 5 '→ 3' retning). Denne streng av DNA kalles malstreng eller mesterstreng eller antisense eller (-) streng. Den andre strengen som har en polaritet på 5 '→ 3' er forskjøvet under transkripsjon. Denne nontemplate-strengen som ikke deltar i transkripsjon, kalles også sense eller kodende streng eller pluss (+) streng fordi genetisk kode tilstede i denne strengen ligner på genetisk kode (basert på mRNA) bortsett fra at uracil erstattes av tymin.

Transskripsjonsmekanisme:

I eukaryoter skjer transkripsjon i hele I-fasen i differensierte celler, men mer i G ₁ og G ₂ faser av celle syklus inne i kjernen. Avhengig av kravet, kan et strukturelt gen transkribere en til mange RNA-molekyler. Transkripsjonsproduktene beveger seg ut i cytoplasma for oversettelse.

I prokaryoter forekommer transkripsjon i kontakt med cytoplasma da deres DNA ligger i cytoplasma. Transkripsjon krever en DNA-avhengig RNA-polymerase. Eukaryoter har tre RNA-polymeraser, Pol I (Pol A) (for riboso- mal eller rRNA unntatt 5S rRNA), Pol II (for mRNA, snRNS) og Pol III (for overføring eller tRNA, 5S rRNA og noen snRNAer). Eukaryotiske RNA-polymeraser krever også transkripsjonsfaktorer for initiering.

Ulike deler av DNA er involvert i transkripsjon av forskjellige ribonukleinsyrer. Prokaryoter har bare en RNA-polymerase som syntetiserer alle typer RNAer. Rna-polymerase av Escherichia coli har fem polypeptidkjeder p, p ', a, a' og en a (sigma) faktor. Holoenzymet har en molekylvekt på 4, 50, 000. Sigma eller en faktor gjenkjenner start-signalet eller promotorområdet (TATA-boksen) av DNA.

Den delen av polymeraseenzymet minus с-faktor kalles kjerneenzym (figur 6.17). a og a'-polypeptider er beskyttende mens p og p 'er katalytiske i naturen.

En termineringsfaktor kalt Rho (p) faktor er nødvendig for avslutning av transkripsjon. En rekke andre faktorer er også påkrevd for avvikling av DNA-dupleks, stabilisering av unwound DNA-streng, baseparering, separasjon og behandling av transkribert RNA.

1. Aktivering av Ribo-nukleotider:

Ribonukleotider er forskjellig fra deoksyribonukleotider ved å ha ribose-sukker i stedet for deoksyribose-sukker. Tymidinmonofosfat erstattes med uridinmonofosfat. De fire typene ribonukleotider er adenosinmonofosfat (AMP), guanosinmonofosfat (GMP), uridinmonosfat (UMP) og cytidinmonofosfat (CMP). De forekommer fritt i nukleoplasmaet. Før transkripsjonen aktiveres nukleotidene gjennom fosforylering. Enzymfosforylase kreves alongwith energi. De aktiverte eller fosforylerte ribonukleotidene er adenosintrifosfat (ATP), guanosintrifosfat (GTP), uridintrifosfat (UTP) og cytidintrifosfat (CTP).

2. DNA-mal:

På bestemte signaler blir segmenter av DNA som tilsvarer en eller flere cistrons, de-undertrykt og klar til å transkribere. Hvert slikt DNA-transkripsjonssegment har en promotorregion, initieringssted, kodingsområde og en terminatorregion. Transkripsjon starter på startstedet og slutter ved terminatorregionen. En promotorregion har RNA-polymerasegenkjenningssted og RNA-polymerasebindingssted.

Kjedeåpning forekommer i regionen okkupert av TATAATG nukleotider (TATA-boks) i de fleste prokaryoter. Enzymer som kreves for kjedseparasjon er unwindaser, gyraser og enkeltstrengede bindingsproteiner. Terminator-regionen har enten poly A-basesekvens eller palindromisk sekvens (identisk basesekvens som går i motsatte retninger i de to DNA-kjedene).

RNA-polymerase (vanlig i prokaryoter og spesifikk i eukaryoter) binder seg til promotorområdet. De to strengene av DNA avkolle progressivt fra stedet for polymerase-binding. En av de to strengene av DNA (3'- »5 ') fungerer som en mal for transkripsjon av RNA. Det kalles mester, mal eller antisense streng. Transkripsjonsdannelse skjer i 5 '-> 3' retning.

3. Grunnparing:

Ribonukleosidtrifosfater som er tilstede i det omgivende medium, kommer til å ligge motsatt nitrogenbasene av DNA-malen (Antisense-streng). De danner komplementære par, U motsatte A, En motsatt T, С motsatt G, og G motsatt C. Et pyrofosfat frigjøres fra hvert ribonukleosidtrifosfat for å danne ribonukleotid. Pyrofosfatet hydrolyseres ved hjelp av enzympyrofosfatase. Det frigjør energi.

4. Kjedeformasjon:

Ved hjelp av RNA-polymerase forblir de tilstøtende ribo-nukleotidene over DNA-malm sammen for å danne RNA-kjede. I prokaryoter gjenkjenner en enkelt polymerase promotor- og initieringsområdet. I eukaryoter er det separate transkripsjonsfaktorer og RNA-polymerase for aktivering av transkripsjon. Når RNA-kjededannelsen initieres, separerer segma (a) -faktoren for prokaryotisk RNA-polymerase. RNA-polymerase (kjerneenzym) beveger seg langs DNA-malen som forårsaker forlengelse av RNA-kjede med en hastighet på rundt 30 nukleotider per sekund. RNA-syntese stopper så snart polymerase når terminatorregionen. Rho faktor (p) kreves for dette. Terminator regionen har et stopp signal. Den har også 4-8 A-nukleotider.

5. Separasjon av RNA:

Oppsigelse eller rho faktor har ATP-ase aktivitet (Roberts, 1976). Det hjelper i utgivelsen av fullført RNA-kjede. Det frigjorte RNA kalles primært transkripsjon. Den behandles for å danne funksjonelle RNAer. I mange prokaryoter grupperes noen av de strukturelle gene av beslektede funksjoner sammen i operoner. En operon transkriberes som en enkelt enhet. En slik transkripsjonsenhet produserer et polykistronisk mRNA. I eukaryoter gir transkripsjonsenheten et mono-cistronisk mRNA.

6. Dupleksformasjon. Etter frigjøring av primært transkript etablerer de to strengene av DNA bindinger mellom komplementære basepar. Gyrser, unwindaser og SSB proteiner frigjøres. Følgelig gjenopptas den dobbelte heliske form av DNA.

7. Ettertransskripsjonsbehandling:

Primær transkripsjon er ofte større enn de funksjonelle RNAene. Dette primære transkript kalles heterogent nukleært RNA eller hnRNA, spesielt i tilfelle mRNA. Etter transkripsjonsbehandling er det nødvendig å konvertere primært transkrips av alle typer RNA til funksjonelle RNAer (figur 6.18). Det er av fire typer:

(i) Spaltning:

Større RNA-forløpere spaltes for å danne mindre RNAer. Primær transkripsjon av rRNA er 45 S i eukaryoter. Det er spaltet for å danne følgende:

Primær transkript spaltes også av rfoonuclease-P (et RNA-enzym). Et primært transkript kan danne 5-7 tRNA-forløpere.

(ii) Spleising:

Eukaryotiske transkripsjoner har ekstra segmenter kalt introner eller mellomliggende sekvenser eller ikke-kodende sekvenser. De vises ikke i modent eller behandlet RNA. De funksjonelle kodende sekvensene kalles exoner. Spleising er fjerning av introner og fusjon av exoner for å danne funksjonelle RNAer. Hver intron starter med dinucleotid GU og slutter med dinukleotid AG (GU-AG-regel).

De er kjent med komponenter av spleiseapparat av Sn-RNPs (uttalt som snurps) eller små kjernefysiske ribonukleoproteiner (viz-Ul, U2, U4, U5, U6). Et kompleks kalt spliceosome dannes mellom 5'-enden (GU) og 3'-enden (AG) av intron. Energi er hentet fra ATR Det fjerner intronen. De tilstøtende eksonene blir samlet sammen. Endene er forseglet av RNA ligase (Fig. 6.18).

Introns er ikke nyere utvikling. De dukket opp da RNA-sentrert genetisk maskineri var på plass. Derfor er splittede gener og splittede transkripsjoner gamle egenskaper i det genetiske systemet. Spleising fortsetter å være RNA-mediert katalytisk funksjon. Mange flere slike RNA-avhengige prosesser kommer til lys.

(iii) Terminal Additions (Capping and Tailing):

Ytterligere nukleotider blir tilsatt til enden av RNA for bestemte funksjoner, f.eks. CCA-segment i tRNA, cap-nukleotider ved 5'-enden av mRNA- eller poly-A-segmenter (200-300 rester) ved 3'-enden av mRNA. Cap er dannet ved modifisering av GTP i 7-metylguanosin eller 7mG.

(iv) Nukleotid Modifikasjoner:

De er mest vanlige i tRNA-metylering (f.eks. Metylcytosin, metylguanosin), deaminering (f.eks. Inosin fra adenin), dihydrouracil, pseudouracil, etc.

I prokaryoter krever mRNA ingen utførlig behandling for å bli aktiv. Videre forekommer transkripsjon og oversettelse i samme region. Det resulterer i begynnelsen av oversettelsen selv før mRNA er fullt dannet.

In vitro-syntese av RNA ble først utført av Ochoa (1967).