Tartalom
Függetlenül attól, hogy újonnan érkezik a biológiába, vagy régóta rajongója, nagy esélyek vannak arra, hogy alapértelmezés szerint a dezoxiribonukleinsavat (DNS) tekintik az élettudomány egyik legszükségesebb fogalmának. Legalábbis valószínűleg tisztában vagy azzal, hogy a DNS az, ami egyedivé tesz téged a bolygó milliárd emberének körében, és szerepet tölt be a büntető igazságszolgáltatás világában, valamint a molekuláris biológia előadásainak központi színpadán. Majdnem biztosan megtudta, hogy a DNS felelős azért, hogy minden olyan tulajdonsággal felruházza Önt, amelyet a szüleitől örökölt, és hogy a saját DNS-é a közvetlen örökség a jövő nemzedékek számára, ha gyermeke van.
Amit valószínűleg nem sokat tud az az út, amely összeköti a sejtjeiben lévő DNS-t a megnyilvánuló és rejtett fizikai tulajdonságokkal, valamint az ezen az úton lévő lépések sorozatával. A molekuláris biológusok kifejlesztették saját területükön a „központi dogma” fogalmát, amelyet egyszerűen „DNS-RNS-ből fehérjévé” lehet összefoglalni. Ennek a folyamatnak az első része - az RNS vagy ribonukleinsav DNS-ből történő előállítása - a következő néven ismert átírás, és ez a jól megvizsgált és összehangolt biokémiai tornasorozat ugyanolyan elegáns, mint tudományosan alapos.
A nukleinsavak áttekintése
A DNS és az RNS nukleinsavak. Mindkettő alapvető fontosságú az egész életben; ezek a makromolekulák nagyon szorosan összefüggenek, de funkcióik, bár tökéletesen összefonódnak, nagyon eltérőek és speciálisak.
A DNS egy polimer, ami azt jelenti, hogy számos ismétlődő alegységből áll. Ezek az alegységek nem pontosan azonosak, de formájukban azonosak. Vegyünk egy hosszú, hosszú színű gyöngyöket, amelyek négy színű kockákból állnak, és méretükben mindig kissé eltérőek, és megismerhetjük a DNS és az RNS elrendezését.
A nukleinsavak monomereit (alegységeit) a következő néven ismertek: nukleotidok. Maguk a nukleotidok három különálló molekula triádeiből állnak: egy foszfátcsoportból (vagy csoportokból), egy öt széntartalmú cukorból és egy nitrogénben gazdag bázisból ("bázis" nem az "alap" értelemben, hanem "hidrogén-ion akceptor" jelentése alapján) ). A nukleinsavakat alkotó nukleotidok egy foszfátcsoportot tartalmaznak, de néhányukban két vagy akár három foszfát van egymáshoz csatlakoztatva. Az adenozin-difoszfát (ADP) és az adenozin-trifoszfát (ATP) molekulák rendkívüli jelentőségű nukleotidok a sejtek energia metabolizmusában.
A DNS és az RNS számos fontos szempontból különbözik egymástól. Az egyik, míg ezen molekulák mindegyike négy különféle nitrogénbázist tartalmaz, a DNS magában foglalja adenint (A), citozint (C), guanint (G) és timint (T), míg az RNS magában foglalja ezeknek az első háromnak, de az uracil (U) helyettesítőit tartalmazza T. Két esetében a DNS cukor dezoxiribóz, míg az RNS-ben ribóz. És három: a DNS kettős szálú az energiánál legstabilabb formájában, míg az RNS egyszálú. Ezek a különbségek mind a transzkripció szempontjából, mind ezen nukleinsavak általános működése szempontjából rendkívül fontosak.
Az A és G bázist purineknek nevezzük, míg C, T és U pirimidinnek minősítjük. Kritikusan A kémiailag kötődik és csak T (ha DNS) vagy U (ha RNS); C kötődik a G-hez és csak a G-hez. A DNS-molekula két szál komplementer, vagyis az egyes szálak bázisai minden ponton egyeznek az ellentétes szál egyedi "partner" bázisával. Így az AACTGCGTATG kiegészíti a TTGACGCATAC-t (vagy UUGACGCAUAC-t).
DNS transzkripció vs. fordítás
Mielőtt elmélyülne a DNS-transzkripció mechanikája, érdemes egy pillanatra áttekinteni a DNS-sel és az RNS-sel kapcsolatos terminológiát, mivel oly sok hasonló hangú szóval a keverékben könnyen összekeverhető.
replikáció valami azonos példányának elkészítése. Ha egy írásos dokumentum fénymásolatát készíti (régi iskola), vagy számítógépen használja a másolás és beillesztés funkciót (új iskola), akkor mindkét esetben megismétli a tartalmat.
A DNS replikáción megy keresztül, de az RNS, amennyiben a modern tudomány meg tudja állapítani, nem; csak az átiratból származik _._ Egy latin gyökérből, amely azt jelenti, hogy „írás egész”, az átirat egy adott kódolás egy eredeti forrás másolatában. Lehet, hogy hallottál az orvosi átírókról, akiknek az a feladata, hogy írásos formában írják be az orvosi feljegyzéseket hangfelvételként. Ideális esetben a szavak, és így a, pontosan megegyeznek a közeg változása ellenére. A sejtekben a transzkripció magában foglalja a nitrogén alapú szekvenciák nyelvén írt genetikai DNS másolását RNS formába - különösképpen, messenger RNS-be (mRNS). Ez az RNS szintézis az eukarióta sejtek magjában zajlik le, amely után az mRNS elhagyja a magot, és egy riboszómának nevezett szerkezet felé vezet fordítás.
Míg a transzkripció egy egyszerű fizikai kódolása egy másik közegben, biológiai értelemben vett fordítás azt jelenti, hogy célzott cselekvéssé alakítja. Egy DNS vagy egyetlen DNS hosszúságú, úgynevezett a gén, végül azt eredményezi, hogy a sejtek egyedi proteinterméket állítanak elő. A DNS ezt mRNS formájában továbbítja, amely azután riboszómába hordozza azt, hogy fehérjévé váljon. Ebben a nézetben az mRNS olyan, mint egy kék vagy utasításkészlet egy bútordarab összeszereléséhez.
Ez remélhetőleg megtisztítja a rejtélyeket, amelyek a nukleinsavakkal kapcsolatosak. De mi lesz a transzkripcióval?
Az átírás lépései
A DNS meglehetősen híres módon egy kétszálú spirálba szövött. De ebben a formában fizikailag nehéz bármi építeni belőle. Ezért a megindítás, inicializálás A transzkripció fázisában (vagy lépésében) a DNS-molekulát helikázoknak nevezett enzimek tekercselik. A kapott DNS-szálak közül csak az egyiket használják egyszerre RNS szintézisre. Erre a szálra hivatkozunk nem kódoló szál, mert a DNS és az RNS bázispárosodás szabályainak köszönhetően a másik DNS szál ugyanolyan nitrogénbázisú szekvenciával rendelkezik, mint a szintetizálandó mRNS, tehát ez a szál az kódolás part. A korábban megfogalmazott pontok alapján arra a következtetésre juthatunk, hogy a DNS-szál és az a mRNS, amelyért a gyártás felelős, komplementer.
Mivel a szál már készen áll a cselekvésre, a promoter-szekvenciának nevezett DNS-szakasz jelzi, hogy a szál mentén hol kezdődik a transzkripció. Az RNS-polimeráz enzim megérkezik erre a helyre, és egy promoter-komplex részévé válik. Mindez annak biztosítása, hogy az mRNS-szintézis pontosan ott kezdődik, ahol állítólag a DNS-molekulán áll, és ez létrehoz egy RNS-szálat, amely a kívánt kódoltot tartalmazza.
Ezután a nyúlás fázisban az RNS-polimeráz "leolvassa" a DNS-szálat, kezdve a promoter szekvenciától és mozogva a DNS-szál mentén, mint egy tanár, aki egy diákok sorát sétál és elosztja a teszteket, és nukleotidokat ad az újonnan kialakuló RNS molekula növekvő végéhez.
Az egyik nukleotid foszfátcsoportjai és a következő nukleotid ribóz- vagy dezoxiribózcsoportja között létrejött kötéseket foszfodiészter kötés. Vegye figyelembe, hogy egy DNS-molekulának van egy úgynevezett 3 ("három-prime") végével az egyik végén és egy 5 ("öt-prime") terminállal, ezek a számok a terminális szénatom helyzetéből származnak. a megfelelő terminális ribóz "gyűrűk". Mivel az RNS-molekula maga a 3 irányban növekszik, az 5 irányban mozog a DNS-szál mentén. Meg kell vizsgálnia egy diagramot, hogy megbizonyosodjon arról, hogy teljes mértékben megérti az mRNS szintézisének mechanikáját.
A nukleotidok - különösen a nukleozid-trifoszfátok (ATP, CTP, GTP és UTP; ATP egy adenozin-trifoszfát, CTP - citidin-trifoszfát és így tovább) hozzáadása a megnyúló mRNS szálhoz energiát igényel. Ezt a sok biológiai folyamathoz hasonlóan a nukleozid-trifoszfátok foszfátkötései biztosítják. Amikor a nagy energiájú foszfát-foszfát kötés megszakad, a kapott nukleotidokat (AMP, CMP, GMP és UMP; ezekben a nukleotidokban az "MP" jelentése "monofoszfát") adják az mRNS-hez, és egy pár szervetlen foszfát molekulát , általában írt PPén, esik el.
Amint a transzkripció megtörténik, ahogyan azt állítottuk, a DNS egyetlen szálának mentén történik. Légy tudatában annak, hogy a teljes DNS-molekula nem tér ki és nem szétválódik komplementer szálakba; ez csak a transzkripció közvetlen közelében történik. Ennek eredményeként elképzelhető egy "transzkripciós buborék", amely a DNS molekula mentén mozog. Ez olyan, mint egy objektum, amely egy cipzár mentén mozog, amelyet egy mechanizmus előtt éppen kicsomagolnak, míg egy másik mechanizmus újból cipzárral zárja az objektumokat.
Végül, amikor az mRNS elérte a kívánt hosszúságot és formát, a befejezés A fázis folyamatban van. Az iniciációhoz hasonlóan ezt a fázist lehetővé teszik olyan specifikus DNS-szekvenciák is, amelyek az RNS-polimeráz stop jeleként működnek.
Baktériumokban ez két általános módon történhet. Egyikükben a terminációs szekvencia átíródik, olyan hosszú mRNS-t generálva, amely visszatükröződik önmagában, és így "összecsukódik", amint az RNS-polimeráz folytatja munkáját. Az mRNS ezen hajtogatott szakaszaira gyakran hajtűs szálként hivatkoznak, és komplementer bázispárokkal járnak az egyszálú, de torzított mRNS-molekulán belül. A hajtűszakasztól lefelé egy U bázisok vagy maradékok hosszan tartó szakasza van. Ezek az események arra kényszerítik az RNS-polimerázt, hogy hagyja abba a nukleotidok hozzáadását és leváljon a DNS-től, ezzel véget vetve a transzkripciónak. Ezt rho-független terminációnak nevezik, mivel nem támaszkodik egy rho-faktorként ismert proteinre.
A rho-függő befejezésnél a helyzet egyszerűbb, és nincs szükség hajtű mRNS szegmensekre vagy U maradékokra. Ehelyett az rho-faktor kötődik az mRNS kívánt pontjához, és fizikailag elvonja az mRNS-t az RNS-polimeráztól. Az, hogy a rho-független vagy a rho-függő termináció megtörténik-e, az RNS-polimeráz pontos verziójától függ, amely a DNS-re és az mRNS-re hat (különféle altípusok léteznek), valamint a fehérjéktől és más tényezőktől a közvetlen celluláris környezetben.
Mindkét esemény kaszkád végül azt eredményezi, hogy az mRNS megszabadul a DNS-től a transzkripciós buboréknál.
Prokarióták vs. eukarióták
Számos különbség van a transzkripció között a prokariótákban (amelyek szinte mindegyike baktérium) és az eukariótákban (többsejtű szervezetek, például állatok, növények és gombák). Például a prokariótákban történő iniciálás általában egy Pribnow doboznak nevezett DNS-bázis elrendezést foglal magában, ahol a TATAAT bázisszekvencia körülbelül 10 bázispár távolságra van attól a helytől, ahonnan maga a transzkripció iniciálódik. Az eukariótáknak azonban vannak fokozó szekvenciái, amelyek nagy távolságra vannak a beindítási helytől, valamint olyan aktivátorfehérjékkel, amelyek elősegítik a DNS-molekula deformálódását oly módon, hogy az RNS-polimeráz számára hozzáférhetőbbé tegye.
Ezenkívül a megnyúlás kb. Kétszer gyorsabban fordul elő baktériumokban (körülbelül 42-54 bázispár percenként, másodpercenként egy határral), mint az eukariótákban (körülbelül 22-25 bázispár percenként). Végül, míg a bakteriális végződési mechanizmusokat fentebb leírtuk, az eukariótákban ez a fázis magában foglal specifikus terminációs faktorokat, valamint az RNS egy szálát, amelyet poli-A (mint sorozatban sok adeninbázisban) "faroknak" nevezünk. Még nem világos, hogy a megnyúlás megszüntetése kiváltja-e az mRNS lehasadását a buborékból, vagy hogy a hasítás maga hirtelen véget vet-e a megnyúlás folyamatának.