Tüm genlerin ekspresyonu, nükleotid dizilerinin transkripsiyonu ile başlar. Transkripsiyon, DNA'nın sens zincirindeki deoksiribonükleotit dizisinin dilinde yazılmış bilgilerin mRNA'daki ribonükleotit dizisinin diline çevrilmesi işlemidir. Bu durumda, iki DNA zincirinden birinin (antisens) belirli bir bölgesi, tamamlayıcı baz eşleşmesi yoluyla RNA sentezi için şablon olarak kullanılır.
Transkripsiyon sürecini katalize eden enzimler, DNA'ya bağımlı RNA polimerazlardır. Ayrıca, prokaryotlarda, örneğin, Escherichia coli hücrelerinde, bu enzimin, üç RNA tipinin tümünü (mRNA, tRNA, rRNA) sentezleyen yalnızca bir türü bulundu. Buna karşılık ökaryotlar, her biri farklı hücresel RNA türlerini kodlayan genlerin transkripsiyonundan sorumlu olan, DNA'ya bağlı üç farklı RNA polimerazına sahiptir. Transkripsiyon süreci ve bunun enzimatik donanımı en iyi prokaryotlarda incelenmiştir. Bakteriyel RNA polimerazları, birkaç farklı alt birimden oluşan karmaşık proteinlerdir. En çok çalışılan enzim holoenzim Beş farklı polipeptit alt birimi içeren E. coli RNA polimeraz: iki a zinciri, bir b ve bir b' zinciri, s ve w zincirleri. adı verilen enzimin alternatif bir formu havlamak veya minienzim, bir s-alt biriminden yoksundur. Çekirdek enzim, DNA'nın RNA'ya transkripsiyon reaksiyonlarının çoğunu katalize eder, ancak promotör bölgelerini tanıyamadığı için RNA sentezini doğru yerde başlatamaz. Promotörlerde tam bağlanma ve başlatma, ancak sd alt biriminin çekirdek enzime eklenmesinden ve holoenzimin oluşumundan sonra meydana gelir.
Diğer şablon süreçleri gibi, transkripsiyon 3 aşamadan oluşur: başlatma, uzama ve sonlandırma.
transkripsiyon başlatma. Bu süreç şunları gerektirir: bir holoenzim, DNA'da (promoter) özel bir nükleotid dizisi ve bir dizi nükleosit trifosfat. Transkripsiyon, holoenzim ile tüm transkripsiyon birimlerinin başlangıcında yer alan promotör adı verilen spesifik bir dizi arasında kararlı bir kompleksin oluşmasıyla başlatılır. Bir promotör, bir DNA molekülünün yaklaşık 40 baz çiftinden oluşan ve transkripsiyon başlama bölgesinin hemen öncesinde yer alan bir bölümüdür. İki önemli ve oldukça tutucu diziyi ayırt eder. Bunlardan biri altı veya yedi nükleotitten (genellikle TATAAT) oluşur ve ilk kopyalanan nükleotitten (+1) yaklaşık 10 nükleotit uzaklıkta bulunur; bu sinyal, keşfedicisinden sonra genellikle 10-dizi veya Pribnov-Box olarak adlandırılır. Bu bölgede, RNA polimeraz DNA'ya bağlanır. İkinci dizi, başlatma bölgesinden ~ 35 nükleotit uzaklıkta bulunur ve promotörün RNA polimeraz tarafından tanınması için bir bölge olarak hizmet eder (Şekil 3.1).
RNA polimeraz bir promotöre bağlandığında, DNA çift sarmalının yerel olarak çözülmesi meydana gelir ve bir açık promotör kompleksi oluşur. 5→3' yönüne sahip DNA'nın sens veya (+)-şeritli nükleotid dizisini kopyalar. Bu durumda, mRNA sentezi her zaman A veya G nükleotidleri ile başlar. İkinci, antisens DNA zinciri, bir RNA zincirinin sentezi için bir şablon görevi görür (Şekil 3.2).
Transkripsiyon, ribonükleotitlerin eklenme sırasının tamamlayıcı baz eşleşmesi tarafından belirlenmesi bakımından replikasyona benzer (Şekil 3.2). İlk birkaç fosfodiester bağının (genellikle 5-10) oluşumundan sonra, d-alt birimi başlatma kompleksinden ayrılır ve çekirdek enzimin yardımıyla daha fazla transkripsiyon gerçekleştirilir.
transkripsiyon uzaması. Büyüyen RNA zinciri enzime bağlı kalır ve büyüyen ucu ile şablon zincirin bir kısmıyla eşleşir. Ortaya çıkan zincirin geri kalanı ne enzim ne de DNA ile ilişkili değildir. Transkripsiyon devam ederken, DNA zinciri boyunca hareket eden korenzim, enzimin arkasında kapanan çift sarmalı çözerek bir fermuar gibi davranır ve orijinal dupleks yapısı geri yüklenir. Enzim tarafından "açılan" DNA bölgesi sadece birkaç baz çiftini uzatır (Şekil 3.3).
RNA büyümesi, şablon (-) ipliği boyunca 5'-'den 3'-ucuna doğru, 3'→5' yönünde, yani antiparalel olarak ilerler. Transkripsiyon, enzim transkripsiyon sonlandırma bölgesine ulaşana kadar sürekli olarak devam eder.
transkripsiyon sonlandırma. Transkripsiyonun sonlandırıldığını işaret eden DNA dizilerine transkripsiyonel sonlandırıcılar denir. RNA transkriptlerinin 3' uçlarının katlanarak şekillenmesinden dolayı ters çevrilmiş tekrarlar içerirler. saplamalar farklı uzunluklar (Şekil 3.4).
İki tür sonlandırma sinyali bulunur - r'ye bağlı ve r'den bağımsız sonlandırıcılar. r, RNA'ya sıkıca bağlanan ve bu durumda ATP'yi ADP'ye ve inorganik fosfata hidrolize eden bir oligomerik proteindir. Modellerden birinde, r-proteinin eylemi, sentezlenen RNA zincirine bağlanması ve zincir boyunca RNA sentezi bölgesine doğru 5'→3' yönünde hareket etmesiyle açıklanır; ATP'nin hidrolizi sırasında hareketi için gerekli enerji açığa çıkar. R-proteini, RNA'da oluşan bir saç tokası ile karşılaşırsa, transkripsiyona devam edebilecek olan polimerazı durdurur. r-bağımsız sonlandırma mekanizması daha az anlaşılmıştır ve çoğu belirsizliğini korumaktadır.
Çoğu durumda, yukarıda açıklanan şekilde oluşturulan birincil transkriptler, olgun RNA molekülleri değildir, ancak RNA işleme adı verilen bir olgunlaşma sürecini gerektirir. İşleme prokaryotik ve ökaryotik RNA'lar için çok farklıdır.
Prokaryotlarda, protein kodlayan genlerin transkripsiyonu tarafından üretilen birincil transkriptler, daha fazla modifikasyon veya işleme olmaksızın mRNA olarak işlev görür. Ayrıca, mRNA translasyonu çoğu zaman transkriptin 3'-ucunun sentezinin tamamlanmasından önce başlar. Prokaryotik rRNA ve tRNA molekülleri için ise tamamen farklı bir durum gözlenmektedir. Bu durumda, rRNA veya tRNA gen kümeleri genellikle tek bir RNA zinciri oluşturmak için kopyalanır. Olgun fonksiyonel formların oluşumu için, birincil RNA transkriptlerinin spesifik kesilmesi ve modifikasyonu gerçekleşmelidir. Bu moleküler olaylara RNA işleme veya transkripsiyon sonrası modifikasyon. Birincil transkriptlerin tRNA veya 16S-, 23S- veya 5S-rRNA sekansları içeren fragmanlara ilk bölünmesi, endonükleaz RNase III tarafından gerçekleştirilir.Hedefleri, RNA segmentlerinin her birini çevreleyen sekanslarda intramoleküler baz eşleşmesi sırasında oluşan kısa RNA dupleksleridir. . Bu tamamlayıcı diziler, RNaz'ın kırılmalar oluşturduğu ve ardından aralayıcı bölgelerin ekstra dizilerinin diğer RNazlar tarafından kaldırıldığı saç tokaları oluşturur. tRNA molekülleri ilk önce olgun olandan ~%20 daha uzun olan pro-tRNA olarak sentezlenir. 5' ve 3' uçlarında bulunan ekstra diziler, ribonükleazlar Q ve P tarafından çıkarılır. Ek olarak, olgun bir fonksiyonel tRNA'nın oluşumu için, spesifik baz modifikasyonu ve bir, iki veya üç 3'ün eklenmesi gibi görünmektedir. -CCA nükleotidleri oluşmalıdır -end (alıcı dal).
Ökaryotlarda RNA olgunlaşması çok daha karmaşıktır. İlk olarak, ökaryotlar, sitoplazmadan nükleer bir zarla ayrılan bir çekirdeğe sahiptir. Çekirdekte, çeviride yer alan sitoplazmik mRNA'dan daha uzun olan birincil transkriptlerin oluşumu gerçekleştirilir. Bu nedenle, ökaryotlarda olgun mRNA'nın oluşumu, çıkarma işleminden önce yapılmalıdır. intronlar hnRNA transkript dizisinden (bu sürece eklemeİngilizceden. birleştirmek - iç içe geçirmek, birleştirmek). İntronlara karşılık gelen dizilerin çıkarılmasından sonra, kopyalanan bölümler ekzonlar. Ekleme oluşturmak için hnRNA ile etkileşime giren protein-RNA kompleksleri (snRNP'ler) tarafından katalize edilir. birleştirici. RNA bileşeninin, splicesome'da katalitik aktiviteye sahip olduğuna inanılmaktadır. Bu RNA'lara denir ribozimler. 1 nükleotitlik bir hata bile protein yapısının bozulmasına yol açabileceğinden, ekleme bölgesi yüksek doğrulukla splicesomlarda belirlenir. İntronların bileşiminde doğru tanıma için belirli diziler vardır - sinyaller.
Eklemeye ek olarak, ökaryotlardaki mRNA modifikasyona uğrar: 5'-ucunda bir "başlık" (şapka) sentezlenir - RNA'yı 5'-eksonükleazlar tarafından hidrolizden koruyan metillenmiş bir guanozin trifosfat kalıntısı olan bir yapı. Pro-mRNA'nın 3'-ucunda, "kuyruk" olarak adlandırılan 150-200 nükleotid uzunluğunda bir poliadenilat dizisi sentezlenir. Bu yapılar ökaryotik gen ekspresyonunun düzenlenmesinde rol oynar. Ökaryotlarda rRNA ve tRNA'nın işlenmesi prokaryotlardakine benzer.
Sıralama ilkesine göre, bilgi DNA'dan RNA'ya proteinlere aktarılır: DNA -> RNA -> protein. Bu bağlamda, transkripsiyonun içeriğine dönelim (lat. transkripsiyon yeniden yazma), en önemli genetik ve moleküler mekanizma olan DNA replikasyonu ile birlikte. Transkripsiyon birçok yönden kopyalamaya benzer, ancak elbette birçok özelliği vardır. Bunlardan biri, transkripsiyonun içeriği açıklanırken genlerin yapısının dikkate alınması gerektiğidir. Gerçek şu ki, genlerin tüm yapısal birimleri replikasyonda yeniden üretilir, transkripsiyonda durum böyle değildir.
Geleneksel olarak gen, bir organizma tarafından belirli bir işlevin performansını belirleyen kalıtsal bilgi birimi olarak tanımlanır. Bir gen, düzenleyici ve kodlayıcı bir bölümden oluşur. Sadece ekson ve intronlardan oluşan kodlama kısmı yazıya geçirilir. Bu transkripsiyon olgunlaşmamış RNA'nın karakteristiğidir. Devamını, tüm intronların olgunlaşmamış RNA'dan dışlandığı ve kalan eksonların birleştirildiği transkripsiyonun son aşamasında bulur. Promotör bölgesinde RNA polimeraz, genin düzenleyici kısmına bağlanır ve sonuç olarak iki DNA zincirinden birinde transkripsiyonun başlamasını başlatır. Şek. Şekil 6.8, bir ökaryotik genin yanı sıra olgun ve olgunlaşmamış RNA'nın yapısının bir diyagramını gösterir.
Yukarıda kullanılan bazı terimlerin açık bir şekilde karakterizasyona ihtiyacı vardır.
Pirinç. 6.8.
Organizatör (fr. destekçi kurucu, başlatıcı), gen ekspresyonunu düzenlemenize izin veren bir DNA nükleotit dizisidir. 5" geninin yakınında ve dolayısıyla genin RNA'yı kodlayan bölümünün hemen önünde bulunur. Promoterin temel bir özelliği, RNA polimeraz yoluyla transkripsiyonun başlangıcını belirleyen DNA'ya bağımlı proteinlerle spesifik etkileşimidir. proteinlere transkripsiyon faktörleri denir.
Promotör ile birlikte, genin düzenleyici kısmı, gen ekspresyonu üzerinde de önemli bir etkiye sahip olan nükleotid dizilerini içerir. Geliştiriciler (İngilizce, arttırıcı amplifikatör, büyüteç) amplifiye edin ve susturucular (İngilizce'den, susturucular- susturucu) bastırır, ancak kendi başlarına değil, yalnızca transkripsiyon faktörlerine maruz kaldıklarında. Güçlendiricilerin ve susturucuların uzamsal konumu açıkça tanımlanmamıştır; destekleyiciden daha küçük veya daha büyük bir mesafede yer alabilirler.
ekson (ingilizce) ifade edilen bölge- ifade bölgesi) - olgun RNA ve proteinleri kodlayan bir gen bölümü. Ekzonlar, tüm biyolojik dünyanın görünümünün kesin olarak bağlı olduğu birincil genetik birimlerdir. Yeni genlerin ve proteinlerin oluşumuna yol açan onların rekombinasyonudur. DNA gen bileşiminin sadece %1,5'i proteinlerin sentezini belirler. Bu bileşimin başka bir kısmı ya hiç kopyalanmaz ya da bu tür RNA çeşitlerinin yapısını belirler, örneğin protein sentezi işlevine sahip olmayan transfer RNA'ları.
Intron (İngilizce'den, araya giren bölgeler- ara bölgeler) - olgun RNA ve proteinler hakkında bilgi içermeyen bir gen bölümü. İntronların biyolojik işlevleri, eksonların işlevlerinden çok daha kötü incelenir. Kökenleri hakkında da büyük tartışmalar var: prokaryotlarla mı yoksa ökaryotlarla mı yoksa onlardan daha sonra mı ortaya çıktıkları. Bir insan geni ortalama olarak 8.8 ekzon ve 7.8 ingron içerir, ancak ingronlar ortalama olarak ekzonlardan yaklaşık 25 kat daha uzundur.
Söylenenlerden sonra, genel olarak tüm transkripsiyon sürecini hayal etmek zor değil (Şekil 6.9).
Pirinç. 6.9.
Başlatma aşaması. Enzimlerin, özellikle hızlandırıcıya katılan hızlandırıcıların etkisi altında, RNA polimeraz azotlu bazları kırar (Şekil 6.9'da kısa dikey çizgilerle gösterilir) ve transkripsiyon şablonu haline gelen DNA dalını seçer (Şekil 6.9'da bu, Sonuç olarak). Aynı zamanda bir transkripsiyon gözü oluşturur (Şekil 6.9'da üçgen bir kapaktır). Aynı zamanda, uzama aşaması için 10-20 çift non-cleotid açığa çıkar. İlginç bir şekilde, transkripsiyon durumunda, DNA replikasyon sürecinin bir primer karakteristiği oluşturmaya gerek yoktur. Transkripsiyon astarsız yapılır.
uzama aşaması. RNA polimerazın etkisi altında, transkripsiyonel göz bölgesinde RNA oluşur. DNA polimerazın aksine RNA polimeraz, RNA zincirinin sentezinin doğruluğunu düzeltemez ve yapılan hataları düzeltemez. Sentez sırasında zorluklar ortaya çıkarsa, RNA polimerazın hareketi askıya alınır. Sonuç olarak, hatalı RNA montajı olasılığı azalır. Transkripsiyon durmaz, göz promotörden uzaklaşır. Gözetleme deliğinden geçen alanlarda, DNA'nın dubleks yapısı restore edilir. Sentezlenen RNA'nın zinciri yavaş yavaş uzar. 5"-3" yönünde büyür.
Sonlandırma aşaması. Yardımcı faktörlerin RNA polimeraz üzerindeki etkisi nedeniyle oluşur. Ekzonükleazlar tarafından transkripsiyonel bölgeye ulaşıldığında, transkripsiyon durur ve RNA polimeraz ve RNA birbirinden ayrılır. DNA, dubleks yapısını tamamen geri yükler.
Şimdiye kadar, PI IK transkripsiyonunu en genel terimlerle ele aldık, birkaç önemli durumdan, özellikle hem RNA hem de RNA polimerazlarının farklı türlerinin varlığı dikkate alınmadı. Aşağıdaki RNA türleri vardır:
Tüm RNA türleri hakkında bilgi DNA'da bulunur. Ancak bunların tümü doğrudan şablon DNA üzerinde kopyalanmaz.
Bazı RNA'lar, önceden kopyalanmış RNA'ların modifikasyonlarıdır. Bizim için moleküler genetiğin temelleri ile tanışmak, en çok ilgi çeken şey, doğrudan protein sentezinde yer alan RNA'lardır. Sadece 5 çeşidi vardır (Tablo 6.4).
Tablo 6.4
Protein sentezinde görev alan RNA
* Messenger RNA - haberci RNA ile aynı; ** SPR - kısalt. ingilizce sinyal tanıma parçacığı- sinyalleri tanıyan parçacıklar.
Tüm RNA'ların transkripsiyonu, belirli RNA polimerazlarının veya bunların kombinasyonlarının etkisi ile gerçekleşir. Masada. 6.5, RNA polimerazlarının başlıca üç tipini gösterir.
Tablo 6.5
RNA polimeraz türleri
Küçük (kısa) RGC'ler, uzun RNA'lardan farklıdır. MikroRNA'lar, tüm ribonükleotid materyalinin %98'ini oluşturan bir tür küçük RNA'dır.
Bölümün sonunda, doğrudan transkripsiyonun yanı sıra ters transkripsiyonun da mümkün olduğunu not ediyoruz. RNA'yı DNA'ya kopyalama yeteneği, retrovirüsler, özellikle AIDS'ten sorumlu olan HIV'e sahiptir. Retrovirüs hücreye girer. Özel bir enzim ters transkriptaz, RNA -» DNA'nın transkripsiyonunu gerçekleştirir. Daha sonra ortaya çıkan DNA zincirinde, bir matriste olduğu gibi ikinci DNA zinciri tamamlanır. Bundan sonra DNA -> RNA -» proteinleri döngüsü gerçekleşir. Bazı ökaryotlar, ters transkripsiyonu da başlatan telomeraz enzimini içerir. Dizi ilkesi formüle edilirken ters transkripsiyon olgusu dikkate alınmalıdır. Ters transkripsiyonun reddedildiği şeklinde yorumlanmamalıdır.
- Bir gen, düzenleyici ve kodlayıcı bir bölümden oluşur.
- Bir genin kodlama kısmı, eksonları ve intronları içerir.
- İntronlar olgun RNA'ya kopyalanmaz.
- Transkripsiyon başlama, uzama ve sonlandırma adımlarını içerir.
- Hem PIIK hem de PIK transkripsiyon polimerazlarının çeşitli türleri ve türleri vardır.
- Herhangi bir RNA'nın sentezi, protein enzimlerinin katılımı olmadan bir veya birkaç polimeraz tarafından gerçekleştirilir.
- SakharkarM. K., Chow V. T., Kangueane R. İnsan Genomundaki Ekson ve İntronların Dağılımları // Silicio Biyolojisinde. 2004 Cilt 4. Hayır. 4. S. 387-393.
Karbon formundaki yaşam, protein moleküllerinin varlığı nedeniyle mevcuttur. Ve hücredeki protein biyosentezi, gen ekspresyonu için tek olasılıktır. Ancak bu işlemin uygulanması, genetik bilginin "açılması", istenen genin aranması, okunması ve çoğaltılması ile ilgili bir dizi işlemin başlatılmasını gerektirir. Biyolojide "transkripsiyon" terimi sadece bir genden haberci RNA'ya bilgi aktarma sürecini ifade eder. Bu, biyosentezin, yani genetik bilginin doğrudan uygulanmasının başlangıcıdır.
Genetik bilginin depolanması
Canlı organizmaların hücrelerinde, genetik bilgi çekirdek, mitokondri, kloroplast ve plazmitlerde lokalizedir. Mitokondri ve kloroplastlar az miktarda hayvan ve bitki DNA'sı içerirken, bakteriyel plazmitler çevresel koşullara hızlı adaptasyondan sorumlu genlerin depolandığı yerdir.
Viral cisimlerde kalıtsal bilgiler de RNA veya DNA polimerleri şeklinde depolanır. Ancak uygulama süreci, transkripsiyon ihtiyacı ile de ilişkilidir. Biyolojide, bu süreç istisnai bir öneme sahiptir, çünkü kalıtsal bilginin gerçekleşmesine yol açan ve protein biyosentezini tetikleyen bu süreçtir.
Hayvan hücrelerinde kalıtsal bilgi, çekirdeğin içinde kompakt bir şekilde paketlenmiş bir DNA polimeri ile temsil edilir. Bu nedenle, protein sentezinden veya herhangi bir genin okunmasından önce, bazı aşamalardan geçmesi gerekir: yoğunlaştırılmış kromatinin çözülmesi ve istenen genin “salınması”, enzim molekülleri tarafından tanınması, transkripsiyon.
Biyoloji ve biyolojik kimyada bu aşamalar zaten incelenmiştir. Birincil yapısı okuma geninde kodlanmış bir proteinin sentezine yol açarlar.
Ökaryotik hücrelerde transkripsiyon şeması
Biyolojide transkripsiyon yeterince çalışılmamış olmasına rağmen, dizisi geleneksel olarak bir diyagram şeklinde sunulur. Başlatma, uzama ve sonlandırmadan oluşur. Bu, tüm sürecin fenomeninin üç bileşenine bölündüğü anlamına gelir.
Başlatma, transkripsiyonun başlamasına yol açan bir dizi biyolojik ve biyokimyasal süreçtir. Uzamanın özü, moleküler zinciri oluşturmaya devam etmektir. Sonlandırma, RNA sentezinin sonlandırılmasına yol açan bir dizi işlemdir. Bu arada, protein biyosentezi bağlamında, biyolojideki transkripsiyon süreci genellikle haberci RNA'nın sentezi ile tanımlanır. Buna dayanarak, daha sonra bir polipeptit zinciri sentezlenecektir.
başlatma
Başlatma, biyolojide en az anlaşılan transkripsiyon mekanizmasıdır. Bunun biyokimya açısından ne olduğu bilinmiyor. Yani, transkripsiyonun başlamasından sorumlu olan spesifik enzimler hiç tanınmaz. Ayrıca, yeni bir proteinin sentezine duyulan ihtiyacı gösteren hücre içi sinyaller ve bunların iletim yöntemleri de bilinmemektedir. Sitoloji ve biyokimya için bu temel bir görevdir.
Uzama
Spesifik enzimlerin ve tetikleyici faktörlerin varlığını doğrulamak için tasarlanmış laboratuvar çalışmalarının yapılmasının imkansızlığı nedeniyle, başlama ve uzama sürecini zaman içinde ayırmak henüz mümkün değildir. Bu nedenle, bu sınır çok koşulludur. Uzama sürecinin özü, bir DNA şablon bölgesi temelinde sentezlenen büyüyen bir zincirin uzamasına indirgenir.
Uzamanın, RNA polimerazın ilk translokasyonundan ve birinci kadon'un RNA'nın başlangıç bölgesine bağlanmasının başlamasından sonra başladığına inanılmaktadır. Uzama sırasında, kadonlar, despiralize edilmiş DNA bölgesinde 3'-5' iplik yönünde okunur ve iki iplikli DNA bölgesine bölünür. Aynı zamanda, büyüyen RNA zincirine, DNA şablon bölgesine tamamlayıcı yeni nükleotidler eklenir. Bu durumda, DNA 12 nükleotid genişliğinde, yani 4 kanonda "işlenir".
RNA polimeraz enzimi büyüyen zincir boyunca hareket eder ve bunun "arkasında", DNA'nın çift sarmallı bir yapıya ters "çapraz bağlanması", nükleotitler arasındaki hidrojen bağlarının restorasyonu ile gerçekleşir. Bu, biyolojide hangi sürecin transkripsiyon olarak adlandırıldığı sorusunu kısmen yanıtlar. Transkripsiyonun ana aşaması olan uzamadır, çünkü bu süreçte gen ve protein sentezi arasındaki sözde arabulucu toplanır.
Sonlandırma
Ökaryotik hücrelerin transkripsiyonundaki sonlandırma süreci tam olarak anlaşılamamıştır. Şimdiye kadar bilim adamları, özünü, RNA'nın 5 "ucunda DNA okumasının sonlandırılmasına ve bir grup adenin bazının RNA'nın 3" ucuna eklenmesine indirgediler. İkinci işlem, elde edilen RNA'nın kimyasal yapısını stabilize etmeyi mümkün kılar. Bakteri hücrelerinde iki tip sonlandırma vardır. Bu, Rho'ya bağımlı ve Rho'dan bağımsız bir süreçtir.
Birincisi, Rho proteininin mevcudiyetinde ilerler ve DNA şablon bölgesi ile sentezlenmiş RNA arasındaki basit bir hidrojen bağlarının kopmasına indirgenir. İkincisi, Rho'dan bağımsız, arkasında bir dizi urasil baz varsa, kök halkanın ortaya çıkmasından sonra ortaya çıkar. Bu kombinasyon, RNA'nın DNA şablonundan ayrılmasına yol açar. Transkripsiyon sonlandırmasının enzimatik bir süreç olduğu açıktır, ancak spesifik biyokatalizörleri henüz bulunamamıştır.
viral transkripsiyon
Viral cisimlerin kendi protein biyosentez sistemleri yoktur ve bu nedenle hücrelerden yararlanmadan çoğalamazlar. Ancak virüslerin, enfekte hücrelerin genlerine dahil edilmesinin yanı sıra, gerçekleştirilmesi gereken kendi genetik materyalleri vardır. Bunu yapmak için, nükleik asitlerini kopyalayan bir dizi enzime (veya hücre enzim sistemlerinden yararlanan) sahiptirler. Yani virüsün genetik bilgisine dayanan bu enzim, haberci RNA'nın bir analogunu sentezler. Ancak bu hiç RNA değil, örneğin insanlarda genlere tamamlayıcı bir DNA polimeridir.
Bu, HIV virüsü örneğinde dikkate alınması gereken biyolojideki geleneksel transkripsiyon ilkelerini tamamen ihlal eder. Viral RNA'dan enzim terstazı, insan nükleik asidine tamamlayıcı DNA'yı sentezleme yeteneğine sahiptir. RNA'dan tamamlayıcı DNA sentezleme işlemine ters transkripsiyon denir. Bu, biyolojide, virüsün kalıtsal bilgilerini insan genomuna gömmekten sorumlu sürecin tanımıdır.
İlk olarak, transkripsiyonla başlayarak protein biyosentezindeki adımların sırasını belirleyin. Protein moleküllerinin sentezi sırasında meydana gelen tüm süreç dizisi 2 aşamada birleştirilebilir:
Transkripsiyon.
Yayın.
Kalıtsal bilginin yapısal birimleri genlerdir - belirli bir proteinin sentezini kodlayan DNA molekülünün bölümleri. Kimyasal organizasyon açısından, pro- ve ökaryotların kalıtım malzemesi ve değişkenliği temelde farklı değildir. İçlerindeki genetik materyal, DNA molekülünde sunulur, kalıtsal bilgileri kaydetme ilkesi ve genetik kod da yaygındır. Pro ve ökaryotlardaki aynı amino asitler, aynı kodonlar tarafından şifrelenir.
Modern prokaryotik hücrelerin genomu nispeten küçük bir boyutla karakterize edilir, Escherichia coli'nin DNA'sı yaklaşık 1 mm uzunluğunda bir halka şeklindedir. Yaklaşık 4000 gen oluşturan 4 x 106 baz çifti içerir. 1961'de F. Jacob ve J. Monod, tamamen kodlayıcı nükleotit dizilerinden oluşan ve tamamen protein sentezi sırasında gerçekleştirilen prokaryotik genlerin sistronik veya sürekli organizasyonunu keşfettiler. Prokaryotların DNA molekülünün kalıtsal materyali, gen ekspresyonu için gerekli tRNA ve enzimlerin de bulunduğu hücrenin sitoplazmasında doğrudan bulunur.Ekspresyon, genlerin fonksiyonel aktivitesi veya gen ekspresyonudur. Bu nedenle, DNA ile sentezlenen mRNA, protein sentezinin translasyonu sürecinde hemen bir şablon görevi görebilir.
Ökaryotik genom çok daha fazla kalıtsal materyal içerir. İnsanlarda, diploid kromozom setindeki toplam DNA uzunluğu yaklaşık 174 cm'dir.3 x 109 baz çifti içerir ve 100.000'e kadar gen içerir. 1977'de ökaryotik genlerin çoğunun yapısında "mozaik" gen olarak adlandırılan bir süreksizlik keşfedildi. Kodlayıcı nükleotid dizilerine sahiptir. eksonik Ve intron araziler. Protein sentezi için sadece ekzon bilgisi kullanılır. İntron sayısı farklı genlerde farklılık gösterir. Tavuk ovalbümin geninin 7 intron ve memeli prokollajen geni - 50 içerdiği tespit edilmiştir. Sessiz DNA - intronların işlevleri tam olarak aydınlatılamamıştır. Sağladıkları varsayılmaktadır: 1) kromatinin yapısal organizasyonu; 2) bazıları açıkça gen ekspresyonunun düzenlenmesiyle ilgilidir; 3) intronlar, değişkenlik için bir bilgi deposu olarak düşünülebilir; 4) mutajenlerin etkisini üstlenerek koruyucu bir rol oynayabilirler.
Transkripsiyon
Bir DNA molekülünün bir kısmından hücre çekirdeğindeki bilgilerin bir mRNA molekülüne (mRNA) yeniden yazılması işlemine denir. transkripsiyon(lat. Transkript - yeniden yazma). Genin birincil ürünü olan mRNA sentezlenir. Bu, protein sentezindeki ilk adımdır. DNA'nın ilgili bölümünde, RNA polimeraz enzimi, transkripsiyon başlangıcının işaretini tanır - Ön izleme Başlangıç noktası, enzim tarafından RNA transkriptinde yer alan ilk DNA nükleotidi olarak kabul edilir. Kural olarak, kodlama bölgeleri AUG kodonu ile başlar, bazen bakterilerde GUG kullanılır. RNA polimeraz promotöre bağlandığında, DNA çift sarmalı yerel olarak bükülmez ve ipliklerden biri tamamlayıcılık ilkesine göre kopyalanır. mRNA sentezlenir, montaj hızı saniyede 50 nükleotide ulaşır. RNA polimeraz hareket ettikçe mRNA zinciri büyür ve enzim kopyalama bölgesinin sonuna ulaştığında - sonlandırıcı, mRNA şablondan uzaklaşır. Enzimin arkasındaki DNA çift sarmalı onarılır.
Prokaryotların transkripsiyonu sitoplazmada gerçekleşir. DNA'nın tamamen kodlayıcı nükleotid dizilerinden oluşması gerçeğinden dolayı, sentezlenen mRNA, translasyon için hemen bir şablon görevi görür (yukarıya bakın).
Ökaryotlarda mRNA'nın transkripsiyonu çekirdekte gerçekleşir. Büyük moleküllerin sentezi ile başlar - olgunlaşmamış veya nükleer RNA olarak adlandırılan öncüller (pro-mRNA).Pro-mRNA geninin birincil ürünü, kopyalanan DNA bölgesinin tam bir kopyasıdır, eksonları ve intronları içerir. Öncülerden olgun RNA moleküllerinin oluşum sürecine denir. işleme. mRNA olgunlaşması şu şekilde gerçekleşir: ekleme enzimler tarafından kesimler vardır kısıtlama intronlar ve ligaz enzimleri tarafından kopyalanmış ekson dizileri ile sitelerin bağlantısı. (Şek.) Olgun mRNA, pro-mRNA öncü moleküllerinden çok daha kısadır, içlerindeki intronların boyutu 100 ila 1000 nükleotit veya daha fazla değişir. İntronlar, tüm olgunlaşmamış mRNA'nın yaklaşık %80'ini oluşturur.
Şimdi bunun mümkün olduğu gösterildi alternatif birleştirme, burada nükleotid dizileri, farklı bölgelerindeki bir birincil transkriptten silinebilir ve birkaç olgun mRNA oluşturulacaktır. Bu tür ekleme, memelilerdeki immünoglobulin gen sisteminin özelliğidir ve bu, tek bir mRNA transkriptine dayalı olarak farklı tipte antikorlar oluşturmayı mümkün kılar.
İşleme tamamlandıktan sonra olgun mRNA çekirdekten ayrılmadan önce seçilir. Olgun mRNA'nın sadece %5'inin sitoplazmaya girdiği ve geri kalanının çekirdekte parçalandığı tespit edilmiştir.
Yayın
Çeviri (lat. Translatio - transfer, transfer) - mRNA molekülünün nükleotit dizisinde yer alan bilgilerin polipeptit zincirinin amino asit dizisine çevrilmesi (Şekil 10). Bu, protein sentezinin ikinci aşamasıdır. Olgun mRNA'nın nükleer zarfın gözeneklerinden transferi, RNA molekülü ile bir kompleks oluşturan özel proteinler üretir. mRNA taşınmasına ek olarak, bu proteinler mRNA'yı sitoplazmik enzimlerin zararlı etkilerinden korur. Translasyon sürecinde tRNA'lar merkezi bir rol oynar; amino asidin mRNA üçlüsünün koduna tam olarak uymasını sağlarlar. Translasyon-kod çözme işlemi ribozomlarda gerçekleşir ve 5'ten 3'e kadar gerçekleştirilir. MRNA ve ribozom kompleksine polisom denir.
Çeviri üç aşamaya ayrılabilir: başlatma, uzama ve sonlandırma.
Başlatma.
Bu aşamada, protein molekülünün sentezinde yer alan tüm kompleks birleştirilir. Belirli bir mRNA bölgesinde iki ribozom alt biriminin birleşimi vardır, ilk aminoasil - tRNA ona eklenir ve bu, bilgi okuma çerçevesini belirler. Herhangi bir mRNA molekülü, ribozomun küçük alt biriminin rRNA'sını tamamlayıcı olan ve özellikle onun tarafından kontrol edilen bir bölge içerir. Bunun yanında, amino asit metionini kodlayan başlatıcı başlangıç kodonu AUG bulunur.
Uzama
- İlk peptit bağının oluştuğu andan son amino asidin bağlanmasına kadar olan tüm reaksiyonları içerir. Ribozom, iki tRNA molekülünün bağlanması için iki bölgeye sahiptir. Amino asit metionin içeren ilk t-RNA, bir bölümde, peptidil (P) bulunur ve herhangi bir protein molekülünün sentezi ondan başlar. İkinci t-RNA molekülü, ribozomun ikinci bölgesine girer - aminoasil (A) ve kodonuna bağlanır. Metiyonin ile ikinci amino asit arasında bir peptit bağı oluşur. İkinci tRNA, mRNA kodonu ile birlikte peptidil merkezine doğru hareket eder. Polipeptit zinciri ile t-RNA'nın aminoasil merkezinden peptidil merkezine hareketine, bir kodona karşılık gelen bir adımla ribozomun mRNA boyunca ilerlemesi eşlik eder. Metiyonini taşıyan tRNA sitoplazmaya geri döner ve amnoasil merkezi serbest bırakılır. Bir sonraki kodon tarafından şifrelenmiş bir amino asit ile yeni bir t-RNA alır. Üçüncü ve ikinci amino asitler arasında bir peptit bağı oluşur ve üçüncü tRNA, mRNA kodonu ile birlikte peptidil merkezine hareket eder.Uzama işlemi, protein zincirinin uzaması. Amino asitleri kodlamayan üç kodondan biri ribozoma girene kadar devam eder. Bu bir sonlandırıcı kodondur ve buna karşılık gelen bir tRNA yoktur, bu nedenle tRNA'ların hiçbiri aminoasil merkezinde yer alamaz.
Sonlandırma
- polipeptit sentezinin tamamlanması. Sonlandırma kodonlarından birinin (UAA, UAG, UGA) aminoasil merkezine girdiğinde spesifik bir ribozomal protein tarafından tanınması ile ilişkilidir. Ribozoma, ribozom alt birimlerinin ayrılmasını ve sentezlenen protein molekülünün salınmasını destekleyen özel bir sonlandırma faktörü eklenir. Peptidin son amino asidine su eklenir ve karboksil ucu tRNA'dan ayrılır.
Peptit zincirinin montajı yüksek hızda gerçekleştirilir. Bakterilerde 37°C sıcaklıkta, polipeptide saniyede 12 ila 17 amino asit eklenmesiyle ifade edilir. Ökaryotik hücrelerde, bir polipeptide bir saniyede iki amino asit eklenir.
Sentezlenen polipeptit zinciri daha sonra protein molekülünün inşasının tamamlandığı Golgi kompleksine girer (ikinci, üçüncü, dördüncü yapılar art arda görünür). Burada protein moleküllerinin yağlar ve karbonhidratlarla bir kompleksi var.
Protein biyosentezinin tüm süreci bir şema şeklinde sunulur: DNA ® pro mRNA ® mRNA ® polipeptit zinciri ® protein ® protein kompleksi ve bunların fonksiyonel olarak aktif moleküllere dönüştürülmesi.
Kalıtsal bilginin uygulama aşamaları da benzer şekilde ilerler: ilk önce mRNA'nın nükleotid dizisine kopyalanır ve daha sonra tRNA'nın katılımıyla ribozomlardaki polipeptidin amino asit dizisine çevrilir.
Ökaryotların transkripsiyonu, üç nükleer RNA polimerazın etkisi altında gerçekleştirilir. RNA polimeraz 1 çekirdekçikte bulunur ve rRNA genlerinin transkripsiyonundan sorumludur. RNA polimeraz 2 nükleer özde bulunur ve mRNA öncüsünün sentezinden sorumludur. RNA polimeraz 3, nükleer özde küçük rRNA'ları ve tRNA'ları sentezleyen küçük bir fraksiyondur. RNA polimerazları, transkripsiyon promotörünün nükleotid dizisini spesifik olarak tanır. Ökaryotik mRNA önce bir öncü (pro-mRNA) olarak sentezlenir, ekzonlardan ve intronlardan gelen bilgiler ona yazılır. Sentezlenen mRNA, çeviri için gerekenden daha büyüktür ve daha az kararlıdır.
MRNA molekülünün olgunlaşma sürecinde restriksiyon enzimleri yardımıyla intronlar kesilir ve ligaz enzimleri yardımıyla eksonlar birbirine dikilir. mRNA'nın olgunlaşmasına işleme denir ve ekzonların birleştirilmesine ekleme denir. Bu nedenle, olgun mRNA yalnızca ekzonlar içerir ve öncülü pro-mRNA'dan çok daha kısadır. İntron boyutları 100 ila 10.000 nükleotit veya daha fazla arasında değişir. Intonlar, tüm olgunlaşmamış mRNA'nın yaklaşık %80'ini oluşturur. Şu anda, nükleotid dizilerinin farklı bölgelerindeki bir birincil transkriptten silinebileceği ve birkaç olgun mRNA'nın oluşturulabileceği alternatif ekleme olasılığı kanıtlanmıştır. Bu tür ekleme, memelilerdeki immünoglobulin gen sisteminin özelliğidir ve bu, tek bir mRNA transkriptine dayalı olarak farklı tipte antikorlar oluşturmayı mümkün kılar. İşlemin tamamlanmasının ardından olgun mRNA, çekirdekten sitoplazmaya salınmadan önce seçilir. Olgun mRNA'nın sadece %5'inin girdiği ve geri kalanının çekirdekte parçalandığı tespit edilmiştir. Ökaryotik genlerin birincil transkriptonlarının, ekson-intron organizasyonlarıyla ilişkili olarak ve olgun mRNA'nın çekirdekten sitoplazmaya geçişi ile bağlantılı olarak dönüşümü, ökaryotların genetik bilgisinin gerçekleştirilme özelliklerini belirler. Bu nedenle, ökaryotik mozaik geni bir cistronom geni değildir, çünkü DNA dizisinin tamamı protein sentezi için kullanılmaz.
Hücredeki tüm genetik bilgilerin taşıyıcısı olan DNA, proteinlerin sentezinde doğrudan rol almaz. Hayvan ve bitki hücrelerinde, DNA molekülleri çekirdeğin kromozomlarında bulunur ve proteinlerin sentezlendiği sitoplazmadan bir nükleer zar ile ayrılır. Ribozomlara - protein montaj bölgeleri - çekirdekten, nükleer zarın gözeneklerinden geçebilen bir bilgi taşıyıcı gönderilir. Messenger RNA (i-RNA) böyle bir aracıdır. Tamamlayıcılık ilkesine göre RNA polimeraz adı verilen bir enzimin katılımıyla DNA'dan okunur. RNA polimeraz tarafından gerçekleştirilen okuma (veya daha doğrusu yazma) veya RNA sentezi işlemine transkripsiyon (Latin transkripsiyon - yeniden yazma) denir. Messenger RNA, tek sarmallı bir moleküldür ve transkripsiyon, çift sarmallı bir DNA molekülünün bir sarmalından gelir. Nükleotit G, kopyalanan DNA zincirindeyse, RNA polimeraz RNA'da C'yi içerir, T ise A'yı içerir, A ise y'yi içerir (RNA, T içermez) (Şekil 46) . Uzunluk olarak, mRNA moleküllerinin her biri DNA'dan yüzlerce kat daha kısadır. Messenger RNA, tüm DNA molekülünün bir kopyası değil, sadece bir parçasıdır - bir işlevi yerine getirmek için gerekli proteinlerin yapısı hakkında bilgi taşıyan bir gen veya bir grup bitişik gen. Prokaryotlarda bu gen grubuna operon denir. Protein biyosentezi bölümünde genlerin bir operonda nasıl birleştirildiğini ve transkripsiyon kontrolünün nasıl organize edildiğini okuyacaksınız. Her operonun başlangıcında, promotör adı verilen RNA polimeraz için bir tür iniş yeri bulunur. Bu, bir enzimin kimyasal afinite yoluyla tanıdığı spesifik bir DNA nükleotit dizisidir. RNA polimeraz sadece promotöre bağlanarak mRNA sentezini başlatabilir. Operonun sonuna ulaşan enzim, okumanın sonunu belirten bir sinyalle (belirli bir nükleotit dizisi şeklinde) karşılaşır. Bitmiş mRNA, DNA'dan uzaklaşır ve protein sentezi bölgesine gider. Tanımlanan transkripsiyon sürecinde dört aşama vardır:
1) RNA polimerazın promotöre bağlanması;
2) Başlatma - sentezin başlangıcı. ATP veya GTP ile sentezlenen RNA molekülünün ikinci nükleotidi arasındaki ilk fosfodiester bağının oluşumundan oluşur;
3) uzama - bir RNA zincirinin büyümesi, yani nükleotitlerin birbirini tamamlayıcı nükleotitlerin kopyalanan DNA zincirinde olduğu sırayla birbirine bağlanması. Uzama hızı saniyede 50 nükleotide ulaşır;
4) sonlandırma - mRNA sentezinin tamamlanması.
