روند رونویسی چگونه است. رونویسی در زیست شناسی - چیست؟ همه چیز مثل تایپوگرافی است

بیان همه ژن ها با رونویسی توالی نوکلئوتیدی آنها آغاز می شود. رونویسی فرآیند ترجمه اطلاعات نوشته شده به زبان توالی دئوکسی ریبونوکلئوتیدها در رشته حسی DNA به زبان توالی ریبونوکلئوتیدها در mRNA است. در این مورد، ناحیه خاصی از یکی از دو رشته DNA (آنتی سنس) به عنوان الگوی سنتز RNA با جفت شدن بازهای مکمل استفاده می شود.

آنزیم هایی که فرآیند رونویسی را کاتالیز می کنند RNA پلیمرازهای وابسته به DNA هستند. علاوه بر این، در پروکاریوت ها، به عنوان مثال، در سلول های اشریشیا کلی، تنها یک نوع از این آنزیم یافت شد که هر سه نوع RNA (mRNA، tRNA، rRNA) را سنتز می کند. در مقابل، یوکاریوت ها دارای سه RNA پلیمراز مختلف وابسته به DNA هستند که هر کدام مسئول رونویسی ژن های کدکننده انواع مختلف RNA سلولی هستند. فرآیند رونویسی، و همچنین تجهیزات آنزیمی آن، در پروکاریوت ها به بهترین شکل مورد مطالعه قرار گرفته است. RNA پلیمرازهای باکتریایی پروتئین های پیچیده ای هستند که از چندین زیر واحد مختلف تشکیل شده اند. بیشترین آنزیم مورد مطالعه هولوآنزیم E. coli RNA پلیمراز، که شامل پنج زیر واحد پلی پپتیدی مختلف است: دو زنجیره a، یک زنجیره b و یک زنجیره b'، زنجیره s و w. شکل جایگزینی از آنزیم به نام پارس سگیا مینی آنزیم، فاقد زیرواحد s است. آنزیم هسته بیشتر واکنش‌های رونویسی DNA را به RNA کاتالیز می‌کند، اما نمی‌تواند سنتز RNA را در مکان مناسب آغاز کند، زیرا قادر به تشخیص مکان‌های پروموتر نیست. اتصال و شروع دقیق در پروموترها تنها پس از افزودن زیرواحد sd به آنزیم هسته و تشکیل هولوآنزیم رخ می دهد.

مانند سایر فرآیندهای الگو، رونویسی شامل 3 مرحله است: شروع، افزایش طول و پایان.

شروع رونویسی. این فرآیند به: یک هولوآنزیم، یک توالی نوکلئوتیدی خاص در DNA (پرموتر) و مجموعه ای از تری فسفات های نوکلئوزیدی نیاز دارد. رونویسی با تشکیل یک کمپلکس پایدار بین هولوآنزیم و یک توالی خاص به نام پروموتر که در ابتدای همه واحدهای رونویسی قرار دارد آغاز می شود. پروموتر بخشی از یک مولکول DNA است که از تقریباً 40 جفت باز تشکیل شده و بلافاصله قبل از محل شروع رونویسی قرار دارد. این دو دنباله مهم و نسبتا محافظه کارانه را متمایز می کند. یکی از آنها شامل شش یا هفت نوکلئوتید (معمولا TATAAT) است و در فاصله حدود 10 نوکلئوتید از اولین نوکلئوتید رونویسی شده (+1) قرار دارد. این سیگنال معمولاً به نام 10-سکانسی یا Pribnov-Box پس از کاشف آن نامیده می شود. در این محل، RNA پلیمراز به DNA متصل می شود. توالی دوم در فاصله ~ 35 نوکلئوتید از محل شروع قرار دارد و به عنوان مکانی برای شناسایی پروموتر توسط RNA پلیمراز عمل می کند (شکل 3.1).

هنگامی که RNA پلیمراز به یک پروموتر متصل می شود، باز شدن موضعی مارپیچ دوگانه DNA رخ می دهد و یک کمپلکس پروموتر باز تشکیل می شود. توالی نوکلئوتیدهای حسی یا (+)-رشته DNA را کپی می کند که جهت 5←3 است. در این مورد، سنتز mRNA همیشه با نوکلئوتیدهای A یا G آغاز می‌شود.

رونویسی شبیه همانندسازی است زیرا ترتیب اضافه شدن ریبونوکلئوتیدها با جفت شدن بازهای مکمل تعیین می شود (شکل 3.2). پس از تشکیل اولین پیوندهای فسفودی استر (معمولاً 10-5)، زیرواحد d از مجموعه آغازین جدا می شود و رونویسی بیشتر با کمک آنزیم هسته انجام می شود.

ازدیاد طول رونویسی. رشته RNA در حال رشد به آنزیم متصل می ماند و با انتهای در حال رشد آن به بخشی از رشته الگو جفت می شود. بقیه زنجیره به دست آمده با آنزیم یا DNA مرتبط نیست. با ادامه رونویسی، کورنزیمی که در امتداد زنجیره DNA حرکت می‌کند مانند یک زیپ عمل می‌کند، مارپیچ دوتایی را که پشت آنزیم بسته می‌شود باز می‌کند و ساختار دوبلکس اولیه آن بازسازی می‌شود. ناحیه DNA "باز شده" توسط آنزیم تنها چند جفت باز را گسترش می دهد (شکل 3.3).

رشد RNA در جهت از 5'- تا انتهای 3' در امتداد رشته الگوی (-) پیش می رود، جهت گیری در جهت 3'→5'، یعنی پاد موازی. رونویسی به طور مداوم ادامه می یابد تا زمانی که آنزیم به محل پایان رونویسی برسد.

پایان رونویسی. توالی های DNA که علامت پایان رونویسی هستند، پایان دهنده های رونویسی نامیده می شوند. آنها حاوی تکرارهای معکوس هستند که به همین دلیل انتهای 3' رونوشت های RNA تا می شوند تا تشکیل شوند. ناودانیطول های مختلف (شکل 3.4).

دو نوع سیگنال پایان یافت می شود - ترمیناتورهای وابسته به r و مستقل از r. r یک پروتئین الیگومری است که محکم به RNA متصل می شود و در این حالت ATP را به ADP و فسفات معدنی هیدرولیز می کند. در یکی از مدل ها، عمل پروتئین r با این واقعیت توضیح داده می شود که به زنجیره RNA سنتز شده متصل می شود و در امتداد آن در جهت 5'→3' به سمت محل سنتز RNA حرکت می کند. انرژی لازم برای حرکت آن در طول هیدرولیز ATP آزاد می شود. اگر پروتئین r با سنجاق مویی که در RNA در حال تشکیل است مواجه شود، پلیمراز را متوقف می کند، که می تواند رونویسی را ادامه دهد. مکانیسم خاتمه مستقل از r کمتر شناخته شده است، و بسیاری از آنها نامشخص است.

در بیشتر موارد، رونوشت‌های اولیه تولید شده به روشی که در بالا توضیح داده شد، مولکول‌های RNA بالغ نیستند، بلکه به فرآیند بلوغی به نام پردازش RNA نیاز دارند. در حال پردازشبرای RNA های پروکاریوتی و یوکاریوتی بسیار متفاوت است.

در پروکاریوت‌ها، رونوشت‌های اولیه تولید شده توسط رونویسی ژن‌های کدکننده پروتئین، بدون تغییر یا پردازش بیشتر به‌عنوان mRNA عمل می‌کنند. علاوه بر این، ترجمه mRNA اغلب حتی قبل از اتمام سنتز 3'-انتهای رونوشت آغاز می شود. وضعیت کاملاً متفاوتی برای مولکول‌های rRNA و tRNA پروکاریوتی مشاهده می‌شود. در این مورد، خوشه‌هایی از ژن‌های rRNA یا tRNA اغلب برای تشکیل یک رشته RNA رونویسی می‌شوند. برای تشکیل فرم‌های عملکردی بالغ، برش اختصاصی رونوشت‌های RNA اولیه و اصلاح باید رخ دهد. این رویدادهای مولکولی را پردازش RNA یا اصلاح پس از رونویسی. برش اولیه رونوشت های اولیه به قطعات حاوی توالی های tRNA یا 16S-، 23S- یا 5S-rRNA توسط اندونوکلئاز RNase III انجام می شود. اهداف آن دوبلکس های کوتاه RNA هستند که در طول جفت شدن بازهای درون مولکولی در توالی های طرفین هر یک از بخش های RNA تشکیل می شوند. . این توالی‌های مکمل، سنجاق‌های مو را تشکیل می‌دهند، که در آن RNase شکستگی ایجاد می‌کند، پس از آن توالی‌های اضافی نواحی فاصله‌گیر توسط RNase‌های دیگر حذف می‌شوند. مولکول‌های tRNA ابتدا به‌عنوان pro-tRNA سنتز می‌شوند که 20 درصد طولانی‌تر از مولکول بالغ است. توالی‌های اضافی واقع در انتهای 5' و 3' توسط ریبونوکلئازهای Q و P حذف می‌شوند. -نوکلئوتیدهای CCA باید وجود داشته باشند -پایان (شاخه گیرنده).

بلوغ RNA در یوکاریوت ها بسیار پیچیده تر است. اول اینکه یوکاریوت ها دارای یک هسته هستند که توسط یک غشای هسته ای از سیتوپلاسم جدا می شود. در هسته، تشکیل رونوشت های اولیه انجام می شود که طولانی تر از mRNA سیتوپلاسمی درگیر در ترجمه هستند. بنابراین، تشکیل mRNA بالغ در یوکاریوت ها باید قبل از حذف انجام شود اینترون هااز دنباله رونوشت hnRNA (این فرآیند نامیده می شود پیوند دادناز انگلیسی. به هم پیوند دادن - در هم تنیده کردن، به هم پیوستن). پس از حذف دنباله های مربوط به اینترون ها، بخش هایی که از رونویسی می شوند اگزون ها. پیوند توسط کمپلکس‌های پروتئین-RNA (snRNPs) کاتالیز می‌شود که با hnRNA تعامل می‌کنند و تشکیل می‌دهند. چسبناک. اعتقاد بر این است که جزء RNA دارای فعالیت کاتالیزوری در اسپلایسزوم است. این RNA ها نامیده می شوند ریبوزیم ها. محل اتصال در اسپلایسزوم ها با دقت بالایی تعیین می شود، زیرا خطای حتی 1 نوکلئوتید می تواند منجر به اعوجاج ساختار پروتئین شود. برای تشخیص دقیق در ترکیب اینترون ها توالی های خاصی وجود دارد - سیگنال ها.

علاوه بر اتصال، mRNA در یوکاریوت ها دستخوش اصلاح می شود: در انتهای 5'، یک "کلاه" سنتز می شود - ساختاری که یک باقیمانده گوانوزین تری فسفات متیله است که از RNA از هیدرولیز توسط 5'-اگزونوکلئازها محافظت می کند. در انتهای 3' pro-mRNA، یک توالی پلی آدنیلات به طول 150-200 نوکلئوتید سنتز می شود که به آن "دم" می گویند. این ساختارها در تنظیم بیان ژن یوکاریوتی نقش دارند. پردازش rRNA و tRNA در یوکاریوت ها مشابه پروکاریوت ها است.

بر اساس اصل توالی یابی، اطلاعات از DNA به RNA به پروتئین ها منتقل می شود: DNA -> RNA -> پروتئین در این راستا، اجازه دهید به محتوای رونویسی (از لات. رونویسی-بازنویسی) همراه با همانندسازی DNA که مهمترین مکانیسم ژنتیکی و مولکولی است. رونویسی از بسیاری جهات شبیه به تکثیر است، اما، البته، ویژگی های متعددی دارد. یکی از آنها این است که هنگام روشن کردن محتوای رونویسی، ضروری است که ساختار ژن ها را در نظر بگیریم. واقعیت این است که تمام واحدهای ساختاری ژن ها در همانندسازی تکثیر می شوند، که در رونویسی صدق نمی کند.

به طور سنتی، یک ژن به عنوان واحدی از اطلاعات ارثی تعریف می شود که عملکرد یک عملکرد خاص را توسط یک موجود زنده تعیین می کند. یک ژن از یک بخش تنظیم کننده و کد کننده تشکیل شده است. فقط قسمت کدگذاری که از اگزون ها و اینترون ها تشکیل شده است رونویسی می شود. این رونویسی مشخصه RNA نابالغ است. ادامه خود را در مرحله نهایی رونویسی می یابد که در آن تمام اینترون ها از RNA نابالغ حذف می شوند و اگزون های باقی مانده با هم ترکیب می شوند. در محل پروموتر، RNA پلیمراز به بخش تنظیم کننده ژن متصل می شود، که در نتیجه شروع رونویسی در یکی از دو رشته DNA را آغاز می کند. روی انجیر شکل 6.8 نموداری از ساختار یک ژن یوکاریوتی و همچنین RNA بالغ و نابالغ را نشان می دهد.

برخی از اصطلاحات استفاده شده در بالا به وضوح نیاز به توصیف دارند.

برنج. 6.8.

مروج (از fr. مروجموسس، آغازگر) دنباله ای از نوکلئوتیدهای DNA است که به شما امکان می دهد بیان ژن را تنظیم کنید. این ژن در نزدیکی ژن 5 اینچی قرار دارد و بنابراین بلافاصله قبل از آن بخشی از ژن که RNA را کد می کند. یکی از ویژگی های اساسی پروموتر برهمکنش خاص آن با پروتئین های وابسته به DNA است که شروع رونویسی را از طریق RNA پلیمراز تعیین می کند. پروتئین ها را فاکتورهای رونویسی می نامند.

همراه با پروموتر، بخش تنظیم کننده ژن شامل توالی های نوکلئوتیدی است که تأثیر قابل توجهی بر بیان ژن نیز دارد. تقویت کننده ها (انگلیسی، تقویت کننده-تقویت کننده، ذره بین) آن را تقویت می کند، و صدا خفه کن (از انگلیسی، صدا خفه کن- خاموش کننده) سرکوب می کنند، اما نه به خودی خود، بلکه تنها در صورتی که در معرض عوامل رونویسی قرار گیرند. موقعیت مکانی تقویت کننده ها و صدا خفه کن ها به وضوح تعریف نشده است، آنها ممکن است در فاصله کمتر یا بیشتر از پروموتر قرار گیرند.

اگزون (انگلیسی) منطقه بیان شده- ناحیه بیان) - بخشی از یک ژن که RNA و پروتئین های بالغ را کد می کند. اگزون ها واحدهای ژنتیکی اولیه هستند که ظاهر کل جهان بیولوژیکی به طور قطعی به آنها بستگی دارد. این نوترکیب آنها است که منجر به تشکیل ژن ها و پروتئین های جدید می شود. تنها 1.5 درصد از ترکیب ژن DNA سنتز پروتئین ها را تعیین می کند. بخش دیگری از این ترکیب یا اصلا رونویسی نشده است، یا ساختار چنین گونه های RNA را تعیین می کند، به عنوان مثال، RNA های انتقالی، که عملکرد سنتز پروتئین را ندارند.

اینترون (از انگلیسی، مناطق مداخله گر- مناطق میانی) - بخشی از یک ژن که حاوی اطلاعاتی در مورد RNA و پروتئین های بالغ نیست. توابع بیولوژیکی اینترون ها بسیار بدتر از عملکرد اگزون ها مورد مطالعه قرار می گیرند. در مورد منشأ آنها نیز اختلافات زیادی وجود دارد: اینکه آیا آنها همراه با پروکاریوت ها به وجود آمده اند یا همراه با یوکاریوت ها یا حتی دیرتر از آنها. یک ژن انسانی به طور متوسط حاوی 8.8 اگزون و 7.8 اینگرون است، اما اینگرون ها به طور متوسط حدود 25 برابر طولانی تر از اگزون ها هستند.

پس از آنچه گفته شد، تصور کلی فرآیند رونویسی دشوار نیست (شکل 6.9).

برنج. 6.9.

مرحله شروع. تحت تأثیر آنزیم‌ها، به ویژه تقویت‌کننده‌ها، پس از پیوستن به پروموتر، RNA پلیمراز پایه‌های نیتروژنی را می‌شکند (در شکل 6.9 با خطوط عمودی کوتاه نشان داده شده است) و شاخه DNA را انتخاب می‌کند که به الگوی رونویسی تبدیل می‌شود (در شکل 6.9. خط پایین). همچنین یک چشم رونویسی ایجاد می کند (در شکل 6.9 یک درپوش مثلثی شکل است). در همان زمان، 10-20 جفت غیرکلئوتید برای مرحله کشیدگی در معرض قرار می گیرند. جالب توجه است، در مورد رونویسی، نیازی به تشکیل یک پرایمر مشخصه فرآیند همانندسازی DNA نیست. رونویسی بدون پرایمر انجام می شود.

مرحله طویل شدن تحت تأثیر RNA پلیمراز، RNA در ناحیه چشم رونویسی تشکیل می شود. بر خلاف DNA پلیمراز، RNA پلیمراز قادر به تصحیح صحت سنتز زنجیره RNA و تصحیح اشتباهات انجام شده نیست. اگر در طول سنتز مشکلاتی ایجاد شود، حرکت RNA پلیمراز به حالت تعلیق در می آید. در نتیجه، احتمال مونتاژ اشتباه RNA کاهش می یابد. رونویسی متوقف نمی شود، چشم از پروموتر دور می شود. در مناطقی که از سوراخ گذر کرده اند، ساختار دوبلکس DNA بازسازی می شود. زنجیره RNA سنتز شده به تدریج طولانی می شود. در جهت 5 "-3" رشد می کند.

مرحله خاتمه این به دلیل تأثیر عوامل کمکی بر روی RNA پلیمراز رخ می دهد. هنگامی که اگزونوکلئازها به ناحیه رونویسی رسیدند، رونویسی متوقف می شود و RNA پلیمراز و RNA از یکدیگر جدا می شوند. DNA به طور کامل ساختار دوبلکس خود را بازیابی می کند.

تا به حال، ما رونویسی PI IK را با کلی‌ترین عبارات در نظر گرفته‌ایم، که از چندین مورد مهم انتزاع می‌کنیم، به ویژه، حضور انواع مختلف پلیمرازهای RNA و RNA در نظر گرفته نشده است. انواع RNA زیر وجود دارد:

اطلاعات مربوط به همه انواع RNA در DNA موجود است. با این حال، همه آنها مستقیماً روی DNA الگو رونویسی نمی شوند.

برخی از RNA ها تغییراتی از RNA های رونویسی شده قبلی هستند. برای ما، آشنایی با مبانی ژنتیک مولکولی، RNA هایی که مستقیماً در سنتز پروتئین ها نقش دارند، بیشترین علاقه را دارند. فقط 5 نوع از آنها وجود دارد (جدول 6.4).

جدول 6.4

RNA در سنتز پروتئین نقش دارد

* RNA پیام رسان - همان RNA پیام رسان. ** SPR - abbr. انگلیسی ذره تشخیص سیگنال- ذراتی که سیگنال ها را تشخیص می دهند.

رونویسی همه RNA ها از طریق عمل RNA پلیمرازهای خاص یا ترکیبات آنها اتفاق می افتد. روی میز. 6.5 سه نوع اصلی RNA پلیمرازها را نشان می دهد.

جدول 6.5

انواع RNA پلیمرازها

RGC های کوچک (کوتاه) با RNA های بلند متفاوت هستند. MicroRNA ها نوعی از RNA های کوچک هستند که 98 درصد از کل مواد ریبونوکلئوتیدی را تشکیل می دهند.

در پایان بخش متذکر می شویم که در کنار رونویسی مستقیم، رونویسی معکوس نیز امکان پذیر است. توانایی رونویسی RNA به DNA توسط رتروویروس ها، به ویژه HIV، که مسئول ایدز است، وجود دارد. رتروویروس وارد سلول می شود. یک آنزیم خاص ترانس کریپتاز معکوس رونویسی RNA -» DNA را انجام می دهد. سپس، روی رشته DNA حاصل، مانند یک ماتریس، رشته DNA دوم تکمیل می شود. پس از آن، چرخه DNA -> RNA -» پروتئین ها تحقق می یابد. برخی از یوکاریوت ها حاوی آنزیم تلومراز هستند که رونویسی معکوس را نیز آغاز می کند. پدیده رونویسی معکوس باید هنگام فرمول بندی اصل توالی در نظر گرفته شود. نباید به عنوان نفی رونویسی معکوس تفسیر شود.

یک ژن از یک بخش تنظیم کننده و کد کننده تشکیل شده است.
بخش کد کننده یک ژن شامل اگزون و اینترون است.
اینترون ها به RNA بالغ رونویسی نمی شوند.
رونویسی شامل مراحل شروع، طویل شدن و خاتمه است.
انواع و انواع مختلفی از پلیمرازهای رونویسی PIIK و PIK وجود دارد.
سنتز هر RNA توسط یک یا چند پلیمراز و بدون مشارکت آنزیم های پروتئین انجام می شود.

SakharkarM. K.، Chow V. T.، Kangueane R. توزیع اگزون ها و اینترون ها در ژنوم انسان // در زیست شناسی سیلیسیو. 2004 جلد. 4. خیر 4. ص 387-393.

زندگی به شکل کربن به دلیل وجود مولکول های پروتئینی وجود دارد. و بیوسنتز پروتئین در سلول تنها امکان بیان ژن است. اما برای اجرای این فرآیند، لازم است تعدادی از فرآیندهای مربوط به «باز کردن» اطلاعات ژنتیکی، جستجوی ژن مورد نظر، خواندن و تولید مثل آن راه اندازی شود. اصطلاح "رونویسی" در زیست شناسی فقط به فرآیند انتقال اطلاعات از یک ژن به RNA پیام رسان اشاره دارد. این شروع بیوسنتز است، یعنی اجرای مستقیم اطلاعات ژنتیکی.

ذخیره سازی اطلاعات ژنتیکی

در سلول های موجودات زنده، اطلاعات ژنتیکی در هسته، میتوکندری، کلروپلاست و پلاسمیدها قرار دارد. میتوکندری ها و کلروپلاست ها حاوی مقدار کمی DNA حیوانی و گیاهی هستند، در حالی که پلاسمیدهای باکتریایی محل ذخیره ژن هایی هستند که مسئول سازگاری سریع با شرایط محیطی هستند.

در اجسام ویروسی، اطلاعات ارثی نیز به شکل پلیمرهای RNA یا DNA ذخیره می شود. اما روند اجرای آن نیز با نیاز به رونویسی همراه است. در زیست شناسی، این فرآیند از اهمیت استثنایی برخوردار است، زیرا این فرآیند است که منجر به تحقق اطلاعات ارثی می شود و باعث بیوسنتز پروتئین می شود.

در سلول های حیوانی، اطلاعات ارثی توسط یک پلیمر DNA نشان داده می شود که به طور فشرده در داخل هسته بسته بندی شده است. بنابراین، قبل از سنتز پروتئین یا خواندن هر ژن، مراحلی باید طی شود: باز کردن کروماتین متراکم و "آزادسازی" ژن مورد نظر، شناسایی آن توسط مولکول های آنزیم، رونویسی.

در زیست شناسی و شیمی بیولوژیکی، این مراحل قبلاً مورد مطالعه قرار گرفته است. آنها منجر به سنتز پروتئینی می شوند که ساختار اولیه آن در ژن خوانده شده رمزگذاری شده است.

طرح رونویسی در سلول های یوکاریوتی

اگرچه رونویسی در زیست شناسی به اندازه کافی مورد مطالعه قرار نگرفته است، توالی آن به طور سنتی در قالب یک نمودار ارائه می شود. این شامل شروع، ازدیاد طول و خاتمه است. به این معنی که کل فرآیند به سه جزء از پدیده های خود تقسیم می شود.

آغاز مجموعه ای از فرآیندهای بیولوژیکی و بیوشیمیایی است که منجر به شروع رونویسی می شود. ماهیت ازدیاد طول ادامه ساختن زنجیره مولکولی است. خاتمه مجموعه ای از فرآیندهایی است که منجر به خاتمه سنتز RNA می شود. به هر حال، در زمینه بیوسنتز پروتئین، فرآیند رونویسی در زیست شناسی معمولاً با سنتز RNA پیام رسان شناسایی می شود. بر اساس آن، بعداً یک زنجیره پلی پپتیدی سنتز خواهد شد.

شروع

شروع کمترین مکانیسم رونویسی در زیست شناسی است. این که از نقطه نظر بیوشیمی چیست ناشناخته است. یعنی آنزیم های خاصی که مسئول شروع رونویسی هستند اصلاً شناسایی نمی شوند. همچنین سیگنال های درون سلولی و روش های انتقال آنها ناشناخته است که نشان دهنده نیاز به سنتز یک پروتئین جدید است. برای سیتولوژی و بیوشیمی، این یک وظیفه اساسی است.

ازدیاد طول

به دلیل عدم امکان انجام مطالعات آزمایشگاهی طراحی شده برای تایید وجود آنزیم های خاص و عوامل محرک، هنوز نمی توان روند شروع و طولانی شدن را در زمان تفکیک کرد. بنابراین، این مرز بسیار مشروط است. ماهیت فرآیند ازدیاد طول به طویل شدن یک زنجیره در حال رشد سنتز شده بر اساس یک منطقه الگوی DNA کاهش می یابد.

اعتقاد بر این است که ازدیاد طول پس از اولین جابجایی RNA پلیمراز و شروع اتصال اولین کادون به محل شروع RNA آغاز می شود. در طول ازدیاد طول، کادون ها در جهت رشته 3'-5' در ناحیه دیسپیرال شده خوانده می شوند و به دو رشته DNA تقسیم می شوند. در همان زمان، زنجیره RNA در حال رشد با نوکلئوتیدهای جدید مکمل منطقه الگوی DNA اضافه می شود. در این مورد، DNA به عرض 12 نوکلئوتید، یعنی به 4 کانون "گلدوزی" می شود.

آنزیم RNA پلیمراز در امتداد زنجیره در حال رشد حرکت می کند و "پشت" آن، "پیوند متقاطع" معکوس DNA به یک ساختار دو رشته ای با بازیابی پیوندهای هیدروژنی بین نوکلئوتیدها رخ می دهد. این تا حدودی به این سوال پاسخ می دهد که چه فرآیندی در زیست شناسی رونویسی نامیده می شود. این ازدیاد طول مرحله اصلی رونویسی است، زیرا در مسیر آن به اصطلاح واسطه بین سنتز ژن و پروتئین جمع می شود.

خاتمه دادن

روند خاتمه در رونویسی سلول های یوکاریوتی به خوبی درک نشده است. تا کنون، دانشمندان ماهیت آن را به پایان خواندن DNA در انتهای 5 و افزودن گروهی از بازهای آدنین به انتهای 3 RNA تقلیل داده اند. فرآیند اخیر تثبیت ساختار شیمیایی RNA حاصل را ممکن می سازد. دو نوع ختم در سلول های باکتریایی وجود دارد. این یک فرآیند وابسته به Rho و مستقل از Rho است.

اولین مورد در حضور پروتئین Rho ادامه می یابد و به شکست ساده پیوندهای هیدروژنی بین ناحیه الگوی DNA و RNA سنتز شده کاهش می یابد. دومی، مستقل از Rho، پس از ظاهر شدن حلقه ساقه رخ می دهد اگر مجموعه ای از پایه های اوراسیل پشت آن وجود داشته باشد. این ترکیب منجر به جدا شدن RNA از الگوی DNA می شود. واضح است که خاتمه رونویسی یک فرآیند آنزیمی است، اما زیست کاتالیزورهای خاص آن هنوز یافت نشده است.

رونویسی ویروسی

اجسام ویروسی سیستم بیوسنتز پروتئین خود را ندارند و بنابراین نمی توانند بدون بهره برداری از سلول ها تکثیر شوند. اما ویروس ها دارای مواد ژنتیکی خاص خود هستند که باید شناسایی شوند و همچنین در ژن های سلول های آلوده ساخته شوند. برای انجام این کار، آنها تعدادی آنزیم دارند (یا از سیستم های آنزیمی سلولی بهره برداری می کنند) که اسید نوکلئیک آنها را رونویسی می کند. یعنی این آنزیم بر اساس اطلاعات ژنتیکی ویروس، آنالوگ RNA پیام رسان را سنتز می کند. اما این به هیچ وجه RNA نیست، بلکه یک پلیمر DNA مکمل ژن است، مثلاً در انسان.

این به طور کامل اصول سنتی رونویسی در زیست شناسی را که باید در مثال ویروس HIV در نظر گرفته شود، نقض می کند. آنزیم ریورستاز آن از RNA ویروسی قادر به سنتز DNA مکمل اسید نوکلئیک انسانی است. فرآیند سنتز DNA مکمل از RNA رونویسی معکوس نامیده می شود. این در زیست شناسی تعریف فرآیندی است که مسئول جاسازی اطلاعات ارثی ویروس در ژنوم انسان است.

ابتدا، توالی مراحل بیوسنتز پروتئین را تعیین کنید و با رونویسی شروع کنید. کل توالی فرآیندهایی که در طول سنتز مولکول های پروتئین رخ می دهند را می توان در 2 مرحله ترکیب کرد:

رونویسی.
پخش.

واحدهای ساختاری اطلاعات ارثی ژن ها هستند - بخش هایی از مولکول DNA که سنتز یک پروتئین خاص را رمزگذاری می کنند. از نظر سازمان شیمیایی، ماده وراثت و تنوع پرو و یوکاریوت ها تفاوت اساسی ندارد. ماده ژنتیکی موجود در آنها در مولکول DNA ارائه می شود، اصل ثبت اطلاعات ارثی و کد ژنتیکی نیز رایج است. همان اسیدهای آمینه در پرو و یوکاریوت ها توسط کدون های مشابه رمزگذاری می شوند.

ژنوم سلول های پروکاریوتی مدرن با اندازه نسبتا کوچک مشخص می شود، DNA اشریشیا کلی به شکل حلقه ای به طول حدود 1 میلی متر است. این شامل 4 x 10 6 جفت باز است که حدود 4000 ژن را تشکیل می دهد. در سال 1961، F. Jacob و J. Monod سازمان سیسترونیک یا پیوسته ژن های پروکاریوتی را کشف کردند که به طور کامل از توالی های نوکلئوتیدی کد کننده تشکیل شده است و آنها کاملاً در طول سنتز پروتئین تحقق می یابند. ماده ارثی مولکول DNA پروکاریوت ها مستقیماً در سیتوپلاسم سلول قرار دارد، جایی که tRNA و آنزیم های لازم برای بیان ژن نیز در آن قرار دارند بیان فعالیت عملکردی ژن ها یا بیان ژن است. بنابراین، mRNA سنتز شده با DNA قادر است بلافاصله به عنوان یک الگو در فرآیند ترجمه سنتز پروتئین عمل کند.

ژنوم یوکاریوتی حاوی مواد ارثی بسیار بیشتری است. در انسان طول کل DNA در مجموعه دیپلوئیدی کروموزوم ها حدود 174 سانتی متر است که شامل 3 x 10 9 جفت باز است و تا 100000 ژن را شامل می شود. در سال 1977، ناپیوستگی در ساختار اکثر ژن های یوکاریوتی کشف شد که به آن ژن "موزاییک" می گفتند. دارای توالی های نوکلئوتیدی کد کننده است خارجیو اینترونتوطئه ها فقط اطلاعات اگزون برای سنتز پروتئین استفاده می شود. تعداد اینترون ها در ژن های مختلف متفاوت است. مشخص شده است که ژن اووالبومین مرغ شامل 7 اینترون و ژن پروکلاژن پستانداران - 50 است. عملکرد DNA خاموش - اینترون ها به طور کامل مشخص نشده است. فرض بر این است که آنها فراهم می کنند: 1) سازمان ساختاری کروماتین. 2) برخی از آنها آشکارا در تنظیم بیان ژن نقش دارند. 3) اینترون ها را می توان به عنوان ذخیره ای از اطلاعات برای تنوع در نظر گرفت. 4) آنها می توانند نقش محافظتی ایفا کنند و عمل جهش زا را انجام دهند.

رونویسی

فرآیند بازنویسی اطلاعات در هسته سلول از بخشی از یک مولکول DNA به یک مولکول mRNA (mRNA) نامیده می شود. رونویسی(لات. Transcriptio - بازنویسی). محصول اولیه ژن، mRNA، سنتز می شود. این اولین قدم در سنتز پروتئین است. در بخش مربوط به DNA، آنزیم RNA پلیمراز نشانه شروع رونویسی را تشخیص می دهد - پیش نمایشنقطه شروع اولین نوکلئوتید DNA است که توسط آنزیم در رونوشت RNA گنجانده شده است. به عنوان یک قاعده، مناطق کد کننده با کدون AUG شروع می شوند، گاهی اوقات GUG در باکتری ها استفاده می شود. هنگامی که RNA پلیمراز به پروموتر متصل می شود، مارپیچ دوگانه DNA به صورت موضعی باز می شود و یکی از رشته ها طبق اصل مکمل بودن کپی می شود. mRNA سنتز می شود، سرعت مونتاژ آن به 50 نوکلئوتید در ثانیه می رسد. همانطور که RNA پلیمراز حرکت می کند، زنجیره mRNA رشد می کند و زمانی که آنزیم به انتهای محل کپی می رسد - نابود کننده، mRNA از الگو دور می شود. مارپیچ دوگانه DNA در پشت آنزیم ترمیم می شود.

رونویسی پروکاریوت ها در سیتوپلاسم انجام می شود. با توجه به این واقعیت که DNA به طور کامل از توالی های نوکلئوتیدی کد کننده تشکیل شده است، بنابراین mRNA سنتز شده بلافاصله به عنوان یک الگو برای ترجمه عمل می کند (به بالا مراجعه کنید).

رونویسی mRNA در یوکاریوت ها در هسته اتفاق می افتد. با سنتز مولکول های بزرگ - پیش سازها (pro-mRNA)، به نام RNA نابالغ یا هسته ای شروع می شود. محصول اولیه ژن pro-mRNA یک کپی دقیق از ناحیه DNA رونویسی شده است، شامل اگزون ها و اینترون ها. فرآیند تشکیل مولکول های RNA بالغ از پیش سازها نامیده می شود در حال پردازش. بلوغ mRNA توسط پیوند دادنقلمه هایی توسط آنزیم ها هستند محدود کردناینترون ها و اتصال مکان ها با توالی اگزون رونویسی شده توسط آنزیم های لیگاز. (شکل). اینترون ها حدود 80 درصد از کل mRNA های نابالغ را تشکیل می دهند.

اکنون نشان داده شده است که امکان پذیر است پیوند جایگزین،که در آن توالی های نوکلئوتیدی را می توان از یک رونوشت اولیه در مناطق مختلف آن حذف کرد و چندین mRNA بالغ تشکیل خواهد شد. این نوع اتصال مشخصه سیستم ژن ایمونوگلوبولین در پستانداران است که امکان تشکیل انواع مختلف آنتی بادی ها را بر اساس یک رونوشت mRNA واحد فراهم می کند.

پس از اتمام پردازش، mRNA بالغ قبل از خروج از هسته انتخاب می شود. مشخص شده است که تنها 5 درصد از mRNA بالغ وارد سیتوپلاسم می شود و بقیه در هسته شکاف می شود.

پخش

ترجمه (lat. Translatio - انتقال، انتقال) - ترجمه اطلاعات موجود در توالی نوکلئوتیدی مولکول mRNA به دنباله اسید آمینه زنجیره پلی پپتیدی (شکل 10). این مرحله دوم سنتز پروتئین است. انتقال mRNA بالغ از طریق منافذ پوشش هسته ای پروتئین های خاصی را تولید می کند که با مولکول RNA یک کمپلکس تشکیل می دهد. این پروتئین ها علاوه بر انتقال mRNA، mRNA را از اثرات مخرب آنزیم های سیتوپلاسمی محافظت می کنند. در فرآیند ترجمه، tRNA ها نقش اصلی را ایفا می کنند؛ آنها مطابقت دقیق اسید آمینه با کد سه گانه mRNA را تضمین می کنند. فرآیند ترجمه-رمزگشایی در ریبوزوم ها اتفاق می افتد و در جهت 5 تا 3 انجام می شود. مجموعه mRNA و ریبوزوم ها را پلی زوم می نامند.

ترجمه را می توان به سه مرحله تقسیم کرد: شروع، طولانی شدن و پایان.

شروع.

در این مرحله، کل مجموعه درگیر در سنتز مولکول پروتئین جمع می شود. اتحاد دو زیر واحد ریبوزوم در یک مکان خاص از mRNA وجود دارد، اولین aminoacyl - tRNA به آن متصل است و این چارچوب را برای خواندن اطلاعات تنظیم می کند. هر مولکول mRNA حاوی مکانی است که مکمل rRNA زیر واحد کوچک ریبوزوم است و به طور خاص توسط آن کنترل می شود. در کنار آن کدون شروع کننده AUG قرار دارد که آمینو اسید متیونین را کد می کند.

ازدیاد طول

- شامل تمام واکنش ها از لحظه تشکیل اولین پیوند پپتیدی تا اتصال آخرین اسید آمینه می شود. ریبوزوم دارای دو مکان برای اتصال دو مولکول tRNA است. اولین t-RNA با اسید آمینه متیونین در یک بخش پپتیدیل (P) قرار دارد و سنتز هر مولکول پروتئین از آن آغاز می شود. دومین مولکول t-RNA وارد دومین محل ریبوزوم - آمینواسیل (A) می شود و به کدون آن متصل می شود. یک پیوند پپتیدی بین متیونین و اسید آمینه دوم ایجاد می شود. tRNA دوم همراه با کدون mRNA خود به مرکز پپتیدیل حرکت می کند. حرکت tRNA با زنجیره پلی پپتیدی از مرکز آمینواسیل به مرکز پپتیدیل با پیشروی ریبوزوم در طول mRNA توسط یک مرحله مربوط به یک کدون همراه است. tRNA که متیونین را تحویل می دهد به سیتوپلاسم باز می گردد و مرکز آمنوآسیل آزاد می شود. یک t-RNA جدید با یک اسید آمینه رمزگذاری شده توسط کدون بعدی دریافت می کند. پیوند پپتیدی بین اسیدهای آمینه سوم و دوم ایجاد می شود و tRNA سوم همراه با کدون mRNA به مرکز پپتیدیل حرکت می کند.فرایند طویل شدن، طویل شدن زنجیره پروتئین. این تا زمانی ادامه می یابد که یکی از سه کدون که آمینو اسیدها را کد نمی کنند وارد ریبوزوم شود. این یک کدون پایان دهنده است و هیچ tRNA متناظری برای آن وجود ندارد، بنابراین هیچ یک از tRNA ها نمی توانند در مرکز آمینواسیل جایی داشته باشند.

خاتمه دادن

- تکمیل سنتز پلی پپتید. این با شناسایی یک پروتئین ریبوزومی خاص یکی از کدون های پایان (UAA، UAG، UGA) در هنگام ورود به مرکز آمینواسیل همراه است. یک فاکتور پایانی خاص به ریبوزوم متصل است که باعث جدا شدن زیر واحدهای ریبوزوم و آزاد شدن مولکول پروتئین سنتز شده می شود. آب به آخرین اسید آمینه پپتید متصل می شود و انتهای کربوکسیل آن از tRNA جدا می شود.

مونتاژ زنجیره پپتیدی با سرعت بالایی انجام می شود. در باکتری در دمای 37 درجه سانتیگراد، با افزودن 12 تا 17 اسید آمینه در ثانیه به پلی پپتید بیان می شود. در سلول های یوکاریوتی، دو اسید آمینه در یک ثانیه به پلی پپتید اضافه می شود.

سپس زنجیره پلی پپتیدی سنتز شده وارد مجتمع گلژی می شود، جایی که ساخت مولکول پروتئین تکمیل می شود (ساختارهای دوم، سوم، چهارم به صورت متوالی ظاهر می شوند). در اینجا ترکیبی از مولکول های پروتئین با چربی ها و کربوهیدرات ها وجود دارد.

کل فرآیند بیوسنتز پروتئین در قالب یک طرح ارائه می شود: DNA ® pro mRNA ® mRNA ® زنجیره پلی پپتیدی ® پروتئین ® کمپلکس پروتئین و تبدیل آنها به مولکول های فعال عملکردی.

مراحل اجرای اطلاعات ارثی نیز به روش مشابهی پیش می رود: ابتدا به دنباله نوکلئوتیدی mRNA رونویسی می شود و سپس با مشارکت tRNA به توالی اسید آمینه پلی پپتید روی ریبوزوم ها ترجمه می شود.

رونویسی یوکاریوت ها تحت تأثیر سه RNA پلیمراز هسته ای انجام می شود. RNA پلیمراز 1 در هسته قرار دارد و مسئول رونویسی ژن های rRNA است. RNA پلیمراز 2 در شیره هسته ای یافت می شود و مسئول سنتز پیش ساز mRNA است. RNA پلیمراز 3 کسر کوچکی در شیره هسته ای است که rRNA و tRNA های کوچک را سنتز می کند. RNA پلیمرازها به طور خاص توالی نوکلئوتیدی پروموتر رونویسی را تشخیص می دهند. mRNA یوکاریوتی ابتدا به عنوان یک پیش ساز (pro-mRNA) سنتز می شود، اطلاعات از اگزون ها و اینترون ها روی آن نوشته می شود. mRNA سنتز شده بزرگتر از مقدار لازم برای ترجمه است و پایداری کمتری دارد.

در فرآیند بلوغ مولکول mRNA، اینترون ها با کمک آنزیم های محدود کننده بریده می شوند و اگزون ها با کمک آنزیم های لیگاز به هم دوخته می شوند. بلوغ mRNA را پردازش و به هم پیوستن اگزون‌ها را پیرایش می‌گویند. بنابراین، mRNA بالغ تنها حاوی اگزون است و بسیار کوتاهتر از سلف خود، pro-mRNA است. اندازه اینترون از 100 تا 10000 نوکلئوتید یا بیشتر متغیر است. اینتون ها حدود 80 درصد از کل mRNA های نابالغ را تشکیل می دهند. در حال حاضر، امکان پیرایش جایگزین به اثبات رسیده است که در آن توالی های نوکلئوتیدی را می توان از یک رونوشت اولیه در مناطق مختلف آن حذف کرد و چندین mRNA بالغ تشکیل خواهد شد. این نوع پیوند مشخصه سیستم ژن ایمونوگلوبولین در پستانداران است که امکان تشکیل انواع مختلف آنتی بادی ها را بر اساس یک رونوشت mRNA واحد فراهم می کند. پس از تکمیل پردازش، mRNA بالغ قبل از آزاد شدن به سیتوپلاسم از هسته انتخاب می شود. مشخص شده است که تنها 5 درصد از mRNA بالغ وارد می شود و بقیه در هسته شکاف می شود. تبدیل رونوشت های اولیه ژن های یوکاریوتی، مرتبط با سازمان اگزون-اینترون آنها، و در ارتباط با انتقال mRNA بالغ از هسته به سیتوپلاسم، ویژگی های تحقق اطلاعات ژنتیکی یوکاریوت ها را تعیین می کند. بنابراین، ژن موزاییک یوکاریوتی یک ژن سیسترونوم نیست، زیرا تمام توالی DNA برای سنتز پروتئین استفاده نمی شود.

DNA - حامل تمام اطلاعات ژنتیکی در سلول - نقش مستقیمی در سنتز پروتئین ها ندارد. در سلول‌های حیوانی و گیاهی، مولکول‌های DNA در کروموزوم‌های هسته قرار دارند و توسط یک غشای هسته‌ای از سیتوپلاسم، جایی که پروتئین‌ها سنتز می‌شوند، جدا می‌شوند. به ریبوزوم ها - سایت های مونتاژ پروتئین - یک واسطه حامل اطلاعات از هسته فرستاده می شود که قادر به عبور از منافذ غشای هسته است. RNA پیام رسان (i-RNA) چنین واسطه ای است. با توجه به اصل مکمل بودن، با مشارکت آنزیمی به نام RNA پلیمراز از DNA خوانده می شود. فرآیند خواندن (یا بهتر است بگوییم نوشتن) یا سنتز RNA که توسط RNA پلیمراز انجام می شود، رونویسی نامیده می شود (لاتین transcriptio - بازنویسی). RNA پیام رسان یک مولکول تک رشته ای است و رونویسی از یک رشته مولکول DNA دو رشته ای حاصل می شود. اگر نوکلئوتید G در رشته DNA رونویسی شده باشد، RNA پلیمراز شامل C در RNA است، اگر T باشد شامل A است، اگر A باشد شامل y است (RNA شامل T نیست) (شکل 46). . از نظر طول، هر یک از مولکول‌های mRNA صدها برابر کوتاه‌تر از DNA است. RNA پیام رسان یک کپی از کل مولکول DNA نیست، بلکه تنها بخشی از آن است - یک ژن یا گروهی از ژن های مجاور که حاوی اطلاعاتی در مورد ساختار پروتئین های لازم برای انجام یک عملکرد هستند. در پروکاریوت ها به این گروه از ژن ها اپرون می گویند. در مورد چگونگی ترکیب ژن ها به یک اپرون و نحوه سازماندهی کنترل رونویسی در بخش بیوسنتز پروتئین خواهید خواند. در شروع هر اپرون نوعی محل فرود RNA پلیمراز به نام پروموتر وجود دارد. این یک توالی خاص از نوکلئوتیدهای DNA است که آنزیم از طریق میل ترکیبی شیمیایی آن را تشخیص می دهد. تنها با اتصال به پروموتر، RNA پلیمراز قادر به شروع سنتز mRNA است. پس از رسیدن به انتهای اپرون، آنزیم با سیگنالی (به شکل توالی خاصی از نوکلئوتیدها) مواجه می شود که پایان خواندن را نشان می دهد. mRNA تمام شده از DNA دور می شود و به محل سنتز پروتئین می رود. چهار مرحله در فرآیند رونویسی شرح داده شده وجود دارد:

1) اتصال RNA پلیمراز به پروموتر.

2) شروع - آغاز سنتز. این شامل تشکیل اولین پیوند فسفودی استر بین ATP یا GTP و دومین نوکلئوتید مولکول RNA سنتز شده است.

3) طویل شدن - رشد یک زنجیره RNA، یعنی اتصال متوالی نوکلئوتیدها به یکدیگر به ترتیبی که نوکلئوتیدهای مکمل در رشته DNA رونویسی شده قرار دارند. سرعت ازدیاد طول به 50 نوکلئوتید در ثانیه می رسد.

4) خاتمه - تکمیل سنتز mRNA.