DNA-transcriptie: proces en mechanisme van DNA-transcriptie

Lees dit artikel om meer te weten te komen over de DNA-transcriptie: proces en mechanisme van DNA-transcriptie

Het proces van het kopiëren van genetische informatie van antisense of matrijsstreng van het DNA naar RNA wordt transcriptie genoemd. Het is bedoeld om de gecodeerde informatie van DNA naar de plaats te brengen waar het nodig is voor eiwitsynthese. Principes van complementariteit worden zelfs bij transcriptie gebruikt.

De uitzondering is dat (i) Uracil wordt geïncorporeerd in plaats van thymine tegenovergesteld adenine van sjabloon, (ii) Alleen de matrijsstreng van het DNA wordt getranscribeerd. Beide DNA-strengen kunnen niet in transcriptie worden gekopieerd omdat dat twee soorten eiwitten zal produceren, één met de juiste volgorde van aminozuren en de andere met omgekeerde sequentie van aminozuren.

Verder, als twee complementaire RNA's tegelijkertijd worden geproduceerd, zouden ze de neiging hebben om dubbelstrengs RNA te vormen resulterend in niet-translatie van gecodeerde informatie in eiwitten. De hele oefening van transcriptie lijkt dan zinloos.

Transcriptie-eenheid:

Het segment van DNA dat deelneemt aan transcriptie wordt transcriptie-eenheid genoemd (Fig. 6.16). Het heeft drie componenten (i) een promotor, (ii) het structurele gen en (iii) een terminator. Naast een promotor hebben eukaryoten ook een versterker nodig. Promotor bevindt zich stroomopwaarts van het structurele gen. Volgens afspraak wordt dit het 5'-uiteinde genoemd (van de coderingsstreng die het 3'-uiteinde van de matrijsstreng is). Het terminatorgebied bevindt zich stroomafwaarts van het structurele gen aan het 3'-uiteinde (van de coderingsstreng die feitelijk 5'-uiteinde van de matrijsstreng is). Promotor heeft verschillende delen voor hechting aan verschillende transcriptiefactoren.

In veel gevallen heeft de promotor een AT-rijke regio met de naam TATA-box. Het gebied heeft een groef waarmee specifieke eiwitcomponenten kunnen worden gecombineerd. TATA bevattende regio wordt ook Pribnow-box genoemd naar de naam van zijn ontdekker.

Structureel gen is een component van die DNA-streng met een 3 '→ 5'-polariteit (omdat transcriptie alleen in 5' → 3'-richting kan voorkomen). Deze DNA-streng wordt matrijsstreng of hoofdstreng of antisense of (-) streng genoemd. De andere streng met een polariteit van 5 '-> 3' wordt verplaatst tijdens transcriptie. Deze niet-gemaskeerde streng die niet deelneemt aan transcriptie wordt ook wel sense of coderende streng of plus (+) streng genoemd omdat genetische code die in deze streng aanwezig is, vergelijkbaar is met genetische code (op basis van mRNA) behalve dat uracil door thymine is vervangen.

Mechanisme van transcriptie:

Bij eukaryoten komt transcriptie voor in de I-fase in gedifferentieerde cellen, maar meer in G1- en G2-fasen van de celcyclus in de kern. Afhankelijk van de behoefte, kan een structureel gen één tot talrijke RNA-moleculen transcriberen. De transcriptieproducten verhuizen naar het cytoplasma voor vertaling.

In prokaryoten treedt transcriptie op bij contact met het cytoplasma, aangezien hun DNA in het cytoplasma ligt. Voor transcriptie is een DNA-afhankelijk RNA-polymerase vereist. Eukaryoten hebben drie RNA-polymerasen, Pol I (Pol A) (voor ribosomale of rRNA's behalve 5S rRNA), Pol II (voor mRNA, snRNS) en Pol III (voor overdracht of tRNA, 5S-rRNA en enkele snRNA's). Eukaryote RNA-polymerasen vereisen ook transcriptiefactoren voor initiatie.

Verschillende delen van DNA zijn betrokken bij transcriptie van verschillende ribonucleïnezuren. Prokaryoten hebben slechts één RNA-polymerase dat alle soorten RNA's synthetiseert. Rna-polymerase van Escherichia coli heeft vijf polypeptideketens β, β ', α, α' en een σ (sigma) -factor. Het holo-enzym heeft een molecuulgewicht van 4, 50.000. Sigma of een factor herkent het startsignaal of promotorgebied (TATA-box) van DNA.

Het deel van de polymerase-enzymminus factor wordt kernenzym genoemd (figuur 6.17). α- en α'-polypeptiden zijn beschermend, terwijl β en β 'katalytisch van aard zijn.

Voor beëindiging van de transcriptie is een terminatiefactor genaamd Rho (p) -factor vereist. Een aantal andere factoren zijn ook vereist- voor het afwikkelen van DNA-duplex, stabilisatie van de afgewikkelde DNA-streng, basenparing, scheiding en verwerking van getranscribeerd RNA.

1. Activatie van Ribo-nucleotiden:

Ribonucleotiden verschillen van deoxyribonucleotiden door het hebben van ribosesuiker in plaats van deoxyribosesuiker. Thymidinemonofosfaat wordt vervangen door uridinemonofosfaat. De vier soorten ribonucleotiden zijn adenosine monofosfaat (AMP), guanosine monofosfaat (GMP), uridine monosfaat (UMP) en cytidine monofosfaat (CMP). Ze komen vrij in het nucleoplasma voor. Voorafgaande aan transcriptie worden de nucleotiden geactiveerd door fosforylering. Enzymfosforylase is tegelijk met energie vereist. De geactiveerde of gefosforyleerde ribonucleotiden zijn adenosinetrifosfaat (ATP), guanosinetrifosfaat (GTP), uridine-trifosfaat (UTP) en cytidinetrifosfaat (CTP).

2. DNA-sjabloon:

Op specifieke signalen worden segmenten van DNA die overeenkomen met één of meer cistrons gedepressed en klaar om te transcriberen. Elk dergelijk DNA-transcriptiesegment heeft een promotorgebied, initiatieplaats, coderend gebied en een terminatorgebied. De transcriptie begint op de initiatieplaats en eindigt op het terminatorgebied. Een promotorgebied heeft RNA-polymeraseherkenningsplaats en RNA-polymerase-bindingsplaats.

Het openen van de ketting vindt plaats in de regio bezet door TATAATG-nucleotiden (TATA-box) in de meeste prokaryoten. Enzymen die nodig zijn voor ketenscheiding zijn unwindasen, gyrases en enkelstrengige bindende eiwitten. Het terminatorgebied heeft een poly-A-basesequentie of palindrome sequentie (identieke basesequentie die in tegengestelde richtingen in de twee DNA-ketens loopt).

RNA-polymerase (gebruikelijk in prokaryoten en specifiek in eukaryoten) bindt zich aan het promotorgebied. De twee strengen DNA ontrollen zich progressief van de plaats van polymerasebinding. Eén van de twee strengen DNA (3'- »5 ') functioneert als een sjabloon voor transcriptie van RNA. Dit wordt master, sjabloon of antisense-streng genoemd. Transcriptvorming vindt plaats in de richting 5 '-> 3'.

3. Base Pairing:

Ribonucleoside-trifosfaten die in het omringende medium aanwezig zijn, komen tegenover de stikstofbasen van de DNA-matrijs (Antisense streng) te liggen. Ze vormen complementaire paren, U tegenover A, A tegenover T, С tegenover G en G tegenover C. Een pyrofosfaat wordt vrijgegeven uit elk ribonucleoside trifosfaat om ribonucleotide te vormen. Het pyrofosfaat wordt gehydrolyseerd met behulp van enzympyrofosfatase. Het geeft energie vrij.

4. Kettingvorming:

Met behulp van RNA-polymerase voegen de aangrenzende ribo-nucleotiden die over de DNA-matrijs worden gehouden zich bij elkaar om RNA-keten te vormen. In prokaryoten herkent een enkel polymerase de promotor en het initiatiegebied. In eukaryoten zijn er afzonderlijke transcriptiefactoren en RNA-polymerase voor activering van transcriptie. Naarmate de vorming van de RNA-keten initieert, scheidt de sigma (a) factor van prokaryotisch RNA-polymerase zich. RNA-polymerase (kernenzym) beweegt langs de DNA-matrijs en verlengt de RNA-keten met een snelheid van ongeveer 30 nucleotiden per seconde. RNA-synthese stopt zodra polymerase het terminatorgebied bereikt. Rhofactor (p) is hiervoor vereist. Terminatorregio heeft een stopsignaal. Het bezit ook 4-8 ​​A-nucleotiden.

5. Scheiding van RNA:

Beëindiging of rho factor heeft ATP-ase activiteit (Roberts, 1976). Het helpt bij de afgifte van voltooide RNA-keten. Het vrijgemaakte RNA wordt primair transcript genoemd. Het wordt verwerkt tot functionele RNA's. In veel prokaryoten zijn enkele van de structurele genen van verwante functies bij operons gegroepeerd. Een operon wordt getranscribeerd als een enkele eenheid. Een dergelijke transcriptie-eenheid produceert een polycistronisch mRNA. In eukaryoten levert de transcriptie-eenheid een mono-cistronisch mRNA op.

6. Duplex formatie. Na de afgifte van primair transcript leggen de twee strengen van DNA verbanden vast tussen complementaire baseparen. Gyrases, unwindases en SSB-eiwitten worden vrijgegeven. Dientengevolge wordt de dubbele helixvorm van DNA hervat.

7. Verwerking na transcriptie:

Primaire transcript is vaak groter dan de functionele RNA's. Dit primaire transcript wordt heterogeen nucleair RNA of hnRNA genoemd, vooral in het geval van mRNA. Post-transcriptieverwerking is vereist om het primaire transcript van alle soorten RNA's om te zetten in functionele RNA's (Fig. 6.18). Het is van vier soorten:

(i) Splitsing:

Grotere RNA-precursors worden gesplitst om kleinere RNA's te vormen. Het primaire transcript van rRNA is 45 S in eukaryoten. Het wordt gesplitst om het volgende te vormen:

Het primaire transcript wordt ook gesplitst door rfoonuclease-P (een RNA-enzym). Een primair transcript kan 5-7 tRNA-precursors vormen.

(ii) Splitsing:

Eukaryotische transcripten bezitten extra segmenten die introns of tussenliggende sequenties of niet-coderende sequenties worden genoemd. Ze komen niet voor in volwassen of verwerkt RNA. De functionele coderende sequenties worden exons genoemd. Splicing is het verwijderen van introns en fusie van exons om functionele RNA's te vormen. Elk intron begint met dinucleotide GU en eindigt met dinucleotide AG (GU-AG-regel).

Ze worden herkend door componenten van splicingapparatuur van Sn-RNP's (uitgesproken als snurps) of kleine nucleaire ribonucleoproteïnen (viz- Ul, U2, U4, U5, U6). Een complex genaamd spliceosome wordt gevormd tussen het 5'-uiteinde (GU) en het 3'-uiteinde (AG) van intron. Energie wordt verkregen van ATR Het verwijdert het intron. De aangrenzende exonen worden bij elkaar gebracht. De uiteinden worden afgesloten door RNA-ligase (Fig 6.18).

Introns zijn geen recente ontwikkeling. Ze verschenen toen RNA-centrische genetische machinerie op zijn plaats was. Daarom zijn gespleten genen en gespleten transcripten oude kenmerken van het genetische systeem. Splicing blijft een door RNA gemedieerde katalytische functie. Veel meer van dergelijke RNA-afhankelijke processen komen aan het licht.

(iii) Terminal-addities (beperking en tailing):

Additionele nucleotiden worden toegevoegd aan de uiteinden van RNA's voor specifieke functies, bijvoorbeeld CCA-segment in tRNA, cap-nucleotiden aan het 5'-uiteinde van mRNA of poly-A-segmenten (200-300 residuen) aan het 3'-uiteinde van mRNA. Cap wordt gevormd door modificatie van GTP in 7-methylguanosine of 7 mg.

(iv) Nucleotide modificaties:

Ze komen het meest voor in tRNA-methylatie (bijv. Methylcytosine, methylguanosine), deaminatie (bijv. Inosine van adenine), dihydrouracil, pseudouracil, enz.

In prokaryoten vereist mRNA geen uitgebreide bewerking om actief te worden. Verder vinden transcriptie en translatie plaats in hetzelfde gebied. Het resulteert in het begin van translatie nog voordat mRNA volledig is gevormd.

In vitro synthese van RNA werd het eerst uitgevoerd door Ochoa (1967).