De DNA-transcriptie is het proces waarbij de informatie in deoxyribonucleïnezuur wordt gekopieerd in de vorm van een vergelijkbaar molecuul, RNA, hetzij als een eerdere stap voor eiwitsynthese, hetzij voor de vorming van RNA-moleculen die deelnemen aan meerdere cellulaire processen die van groot belang zijn (regulering van genexpressie, signalering, etc.).
Hoewel het niet waar is dat alle genen van een organisme coderen voor eiwitten, is het waar dat alle eiwitten van een cel, of ze nu eukaryoot of prokaryoot zijn, worden gecodeerd door een of meer genen, waarbij elk aminozuur wordt weergegeven door een reeks drie DNA-basen (codon).
De synthese van de polypeptideketen die tot elk cellulair eiwit behoort, vindt plaats dankzij twee fundamentele processen: transcriptie en translatie; beide sterk gereguleerd, aangezien het twee processen zijn die van groot belang zijn voor het functioneren van elk levend organisme.
Artikel index
Transcriptie omvat de vorming van een "sjabloon" voor een RNA-molecuul dat bekend staat als "boodschapper-RNA" (mRNA) uit de "standaard" -sequentie die wordt gecodeerd in het DNA-gebied dat overeenkomt met het te transcriberen gen..
Dit proces wordt uitgevoerd door een enzym genaamd RNA-polymerase, dat speciale plaatsen in de DNA-sequentie herkent, eraan bindt, de DNA-streng opent en een RNA-molecuul synthetiseert met behulp van een van deze complementaire DNA-strengen als sjabloon of patroon, zelfs als het komt een andere speciale stopreeks tegen.
Vertaling, aan de andere kant, is het proces waardoor eiwitsynthese plaatsvindt. Het bestaat uit het "lezen" van de informatie in het mRNA dat werd getranscribeerd van een gen, de "vertaling" van de DNA-codons in aminozuren en de vorming van een polypeptideketen.
De vertaling van de nucleotidesequenties van het mRNA wordt uitgevoerd door enzymen die bekend staan als aminoacyl-tRNA-synthetasen, dankzij de deelname van andere RNA-moleculen die bekend staan als "transfer-RNA" (tRNA), die anticodons zijn van de codons in de MRNA's, die een echte kopie zijn van de DNA-sequentie van een gen.
In eukaryote cellen vindt het transcriptieproces plaats in de kern, het belangrijkste intracellulaire organel waarin DNA zich bevindt in de vorm van chromosomen. Het begint met de "kopie" van het coderende gebied van het gen dat wordt getranscribeerd in een enkelbandmolecuul dat bekend staat als boodschapper-RNA (mRNA)..
Omdat DNA is opgesloten in genoemd organel, fungeren de mRNA-moleculen als tussenpersonen of transporteurs bij de overdracht van de genetische boodschap van de kern naar het cytosol, waar de vertaling van het RNA plaatsvindt en de gehele biosynthetische machinerie voor eiwitsynthese (ribosomen)..
Een gen bestaat uit een DNA-sequentie waarvan de kenmerken de functie ervan bepalen, aangezien de volgorde van de nucleotiden in die sequentie de transcriptie en daaropvolgende translatie bepaalt (in het geval van degenen die coderen voor eiwitten)..
Wanneer een gen wordt getranscribeerd, dat wil zeggen wanneer de informatie wordt gekopieerd in de vorm van RNA, kan het resultaat een niet-coderend RNA (cRNA) zijn, dat directe functies heeft bij de regulatie van genexpressie, bij celsignalering, enz. of het kan een boodschapper-RNA (mRNA) zijn, dat vervolgens wordt vertaald in een aminozuursequentie in een peptide.
Of een gen een functioneel product heeft in de vorm van RNA of eiwit, hangt af van bepaalde elementen of regio's die in de sequentie aanwezig zijn..
Genen, eukaryoot of prokaryoot, hebben twee DNA-strengen, de ene bekend als de "sense" -streng en de andere "antisense". De enzymen die verantwoordelijk zijn voor de transcriptie van deze sequenties 'lezen' slechts één van de twee strengen, meestal de 'sense' of 'coderende' streng, die een 'richting' 5'-3 'heeft..
Elk gen heeft aan zijn uiteinden regulerende sequenties:
- als de sequenties zich vóór het coderende gebied bevinden (het gebied dat zal worden getranscribeerd), staan ze bekend als 'promotors'
- als ze door vele kilobasen van elkaar zijn gescheiden, kunnen ze 'zwijgen' of 'stimuleren'
- die sequenties die dichter bij het 3'-gebied van genen liggen, zijn meestal terminatorsequenties, die de polymerase vertellen om de transcriptie (of replicatie, al naar het geval) te stoppen en te beëindigen
Het promotorgebied is verdeeld in distaal en proximaal, afhankelijk van de nabijheid van het coderingsgebied. Het bevindt zich aan het 5'-uiteinde van het gen en is de plaats die het enzym RNA-polymerase en andere eiwitten herkent om de transcriptie van DNA naar RNA te initiëren.
In het proximale deel van het promotorgebied kunnen transcriptiefactoren binden, die het vermogen hebben om de affiniteit van het enzym voor de te transcriberen sequentie te wijzigen, daarom zijn ze verantwoordelijk voor het positief of negatief reguleren van de transcriptie van genen..
De enhancer- en silencingregio's zijn ook verantwoordelijk voor het reguleren van gentranscriptie door de "activiteit" van de promotorregio's te modificeren door hun vereniging met activator- of repressorelementen "stroomopwaarts" van de coderende sequentie van het gen..
Er wordt gezegd dat eukaryote genen standaard altijd 'uitgeschakeld' of 'onderdrukt' zijn, dus ze moeten geactiveerd worden door promotorelementen om tot expressie te worden gebracht (getranscribeerd).
Ongeacht het organisme, wordt transcriptie uitgevoerd door een groep enzymen genaamd RNA-polymerasen, die, vergelijkbaar met de enzymen die verantwoordelijk zijn voor DNA-replicatie wanneer een cel op het punt staat zich te delen, gespecialiseerd zijn in de synthese van een RNA-keten uit een van de DNA-strengen van het gen dat wordt getranscribeerd.
RNA-polymerasen zijn grote enzymcomplexen die uit veel subeenheden bestaan. Er zijn verschillende soorten:
- RNA-polymerase I (Pol I): die de genen transcriberen die coderen voor de "grote" ribosomale subeenheid.
- RNA-polymerase II (Pol II): die eiwitcoderende genen transcriberen en micro-RNA's produceren.
- RNA-polymerase III (Pol III): die de transfer-RNA's produceren die tijdens de translatie worden gebruikt en ook het RNA dat overeenkomt met de kleine subeenheid van het ribosoom.
- RNA-polymerase IV en V (Pol IV en Pol V): zijn typisch voor planten en zijn verantwoordelijk voor de transcriptie van kleine storende RNA's.
Genetische transcriptie is een proces dat kan worden bestudeerd in drie fasen: initiatie, verlenging en beëindiging..
RNA-polymerase (zeg maar RNA-polymerase II) bindt aan de sequentie van het promotorgebied, die bestaat uit een stuk van 6-10 basenparen aan het 5'-uiteinde van het gen, gewoonlijk ongeveer 35 basenparen verwijderd..
De vereniging van RNA-polymerase leidt tot de "opening" van de dubbele DNA-helix, waardoor de complementaire strengen worden gescheiden. RNA-synthese begint op de plaats die bekend staat als de 'initiatieplaats' en vindt plaats in de 5'-3'-richting, dat wil zeggen 'stroomafwaarts' of van links naar rechts (volgens afspraak).
De initiatie van transcriptie gemedieerd door RNA-polymerasen hangt af van de gelijktijdige aanwezigheid van eiwittranscriptiefactoren die bekend staan als algemene transcriptiefactoren, die bijdragen aan de "locatie" van het enzym in het promotorgebied..
Nadat het enzym is begonnen te polymeriseren, wordt het "afgestoten" van zowel de promotorsequentie als de algemene transcriptiefactoren..
Het treedt op als RNA-polymerase langs de DNA-sequentie "beweegt" en ribonucleotiden toevoegt die complementair zijn aan de DNA-streng die dient als een "sjabloon" voor het groeiende RNA. Als RNA-polymerase door de DNA-streng "passeert", voegt het zich weer bij zijn antisense-streng.
De polymerisatie die wordt uitgevoerd door RNA-polymerase bestaat uit nucleofiele aanvallen van zuurstof op positie 3 'van de groeiende RNA-keten naar het fosfaat "alfa" van de volgende toe te voegen nucleotideprecursor, met als gevolg de vorming van fosfodiësterbindingen en het vrijkomen van een pyrofosfaat molecuul (PPi).
De set die bestaat uit de DNA-streng, de RNA-polymerase en de ontluikende RNA-streng staat bekend als een transcriptiebel of -complex..
Beëindiging vindt plaats wanneer het polymerase de terminatiesequentie bereikt, die logisch "stroomafwaarts" van de transcriptie-initiatieplaats is gelokaliseerd. Wanneer dit gebeurt, worden zowel het enzym als het gesynthetiseerde RNA 'losgemaakt' van de DNA-sequentie die wordt getranscribeerd..
Het terminatiegebied bestaat normaal gesproken uit een DNA-sequentie die in staat is zichzelf te "vouwen", waardoor een structuur van het type "haarspeldlus" wordt gevormd. haarspeld lus.
Na beëindiging staat de gesynthetiseerde RNA-streng bekend als het primaire transcript, dat wordt vrijgegeven uit het transcriptiecomplex, waarna het al dan niet post-transcriptioneel kan worden verwerkt (voorafgaand aan de vertaling in eiwit, indien van toepassing) via een proces dat '' snijden en splitsen ".
Omdat prokaryote cellen geen door een membraan omsloten kern hebben, vindt transcriptie plaats in het cytosol, met name in het "nucleaire" gebied, waar chromosomaal DNA is geconcentreerd (bacteriën hebben een circulair chromosoom).
Op deze manier is de toename van de cytosolische concentratie van een bepaald eiwit aanzienlijk sneller bij prokaryoten dan bij eukaryoten, aangezien de transcriptie- en translatieprocessen plaatsvinden in hetzelfde compartiment..
Prokaryote organismen hebben genen die sterk lijken op eukaryoten: de eerste gebruiken ook promotor- en regulatorische regio's voor hun transcriptie, hoewel een belangrijk verschil te maken heeft met het feit dat de promotorregio vaak voldoende is om een 'sterke' expressie van de genen te bereiken..
In die zin is het belangrijk om te vermelden dat prokaryote genen in het algemeen altijd standaard "aan" zijn..
Het promotorgebied is geassocieerd met een ander gebied, gewoonlijk "stroomopwaarts", dat wordt gereguleerd door repressormoleculen en staat bekend als het "operatorgebied"..
Een verschil in transcriptie tussen prokaryoten en eukaryoten is dat normaal gesproken de boodschapper-RNA's van eukaryoten monocistronisch zijn, dat wil zeggen dat elk de informatie bevat om een enkel eiwit te synthetiseren, terwijl deze in prokaryoten monocistronisch of polycistronisch kunnen zijn, waarbij slechts één MRNA de informatie voor twee of meer eiwitten.
Het is dus algemeen bekend dat prokaryote genen die coderen voor eiwitten met vergelijkbare metabolische functies, bijvoorbeeld worden aangetroffen in groepen die bekend staan als operons, die tegelijkertijd worden getranscribeerd in een vorm van boodschapper-RNA met één molecuul..
Prokaryote genen zijn dicht opeengepakt, zonder veel niet-coderende regio's ertussen, dus als ze eenmaal zijn getranscribeerd in lineaire boodschapper-RNA-moleculen, kunnen ze onmiddellijk in eiwitten worden vertaald (eukaryote mRNA's hebben vaak verdere verwerking nodig).
Prokaryote organismen zoals bacteriën gebruiken bijvoorbeeld hetzelfde RNA-polymerase-enzym om al hun genen te transcriberen, dat wil zeggen die genen die coderen voor ribosomale subeenheden en die coderen voor verschillende cellulaire eiwitten..
In de bacteriën E coli RNA-polymerase is samengesteld uit 5 polypeptidesubeenheden, waarvan er twee identiek zijn. De α, α, β, β '-subeenheden vormen het centrale deel van het enzym en assembleren en demonteren tijdens elke transcriptiegebeurtenis..
De α-subeenheden zijn degene die de vereniging tussen het DNA en het enzym mogelijk maken; de β-subeenheid bindt aan de trifosfaatribonucleotiden die zullen worden gepolymeriseerd volgens de DNA-template in het ontluikende mRNA-molecuul en de β '-subeenheid bindt aan de template-DNA-streng.
De vijfde subeenheid, bekend als σ neemt deel aan de initiatie van transcriptie en verleent specificiteit aan het polymerase.
Transcriptie in prokaryoten lijkt sterk op die van eukaryoten (het is ook onderverdeeld in initiatie, verlenging en terminatie), met enkele verschillen in termen van de identiteit van de promotorregio's en die van de transcriptiefactoren die nodig zijn voor RNA-polymerase om uw functies uit te oefenen.
Hoewel de promotorgebieden kunnen variëren tussen verschillende prokaryotische soorten, zijn er twee geconserveerde "consensus" -sequenties die gemakkelijk kunnen worden geïdentificeerd in het -10-gebied (TATAAT) en in het -35-gebied (TTGACA) stroomopwaarts van de coderende sequentie..
Het hangt af van de σ-subeenheid van RNA-polymerase, aangezien het de interactie tussen DNA en het enzym medieert, waardoor het in staat is promotersequenties te herkennen. De initiatie eindigt wanneer enkele abortieve transcripten van ongeveer 10 nucleotiden worden geproduceerd die worden vrijgegeven.
Wanneer de σ-subeenheid wordt losgemaakt van het enzym, begint de verlengingsfase, die bestaat uit de synthese van een mRNA-molecuul in de 5'-3'-richting (ongeveer 40 nucleotiden per seconde).
Beëindiging in prokaryoten is afhankelijk van twee verschillende soorten signalen, het kan Rho-afhankelijk en Rho-onafhankelijk zijn.
Het Rho-afhankelijke eiwit wordt gecontroleerd door dit eiwit dat het polymerase "volgt" terwijl het vordert in de RNA-synthese totdat de laatste een sequentie bereikt die rijk is aan guanines (G), vertraagt en in contact komt met het Rho-eiwit. mRNA.
Rho-onafhankelijke terminatie wordt gecontroleerd door specifieke sequenties van het gen, meestal rijk aan guanine-cytosine (GC) herhalingen..
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.