DNA Transkripsiyonu: DNA Transkripsiyonunun Proses ve Mekanizması

DNA Transkripsiyonu hakkında bilgi edinmek için bu makaleyi okuyun: DNA Transkripsiyonunun Proses ve Mekanizması

DNA'nın antisens veya şablon dizisinden genetik bilginin RNA'ya kopyalanması sürecine transkripsiyon denir. Kodlanmış bilginin DNA'dan protein sentezi için gereken yere alınması anlamına gelir. Tamamlayıcılığın ilkeleri, transkripsiyonda bile kullanılır.

Bunun istisnası, (i) Uracil'in şablonun timenin karşıt adenin yerine yerine dahil edilmesidir, (ii) Sadece DNA'nın şablon zinciri kopyalanır. Her iki DNA zinciri de transkripsiyonda kopyalanamaz, çünkü bunlar doğru tipte amino asit dizisine sahip diğeri ters amino asit dizisine sahip iki tip protein üretecektir.

Ayrıca, iki tamamlayıcı RNA aynı anda üretilirse, kodlanmış bilgilerin proteinlere aktarılmamasıyla sonuçlanan çift sarmallı RNA oluşturma eğiliminde olurlar. Transkripsiyonun bütün alıştırması boşuna görünür.

Transkripsiyon Birimi:

Transkripsiyonda yer alan DNA segmentine transkripsiyon ünitesi denir (Şekil 6.16). Üç bileşene sahiptir (i) bir destekleyici, (ii) yapısal gen ve (iii) bir sonlandırıcı. Bir promotörün yanı sıra, ökaryotlar da bir arttırıcı gerektirir. Promotör yapısal genin yukarısında yer almaktadır. Geleneksel olarak 5 ′ uç (şablon iplikçinin 3 ′ ucu olan kodlama teli) adı verilir. Terminatör bölgesi, yapısal genin 3 at ucunda bulunur (gerçekte st şablon şeridinin 5 ′ ucu olan kodlama şeridinin). Promotörün çeşitli transkripsiyon faktörlerine tutturulması için farklı kısımları vardır.

Çoğu durumda, promotör TATA kutusu olarak adlandırılan AT bakımından zengin bir bölgeye sahiptir. Alan, spesifik protein bileşenlerinin birleşebileceği bir oyuğa sahiptir. TATA içeren bölge, aynı zamanda keşif isminden sonra Pribnow kutusu olarak da adlandırılır.

Yapısal gen, 3 '→ 5 ′ kutupluluğa sahip olan DNA dizisinin bir bileşenidir (transkripsiyon sadece 5' → 3 ′ yönünde olabilir). DNA'nın bu teli, şablon teli veya ana teli veya antisens veya (-) teli olarak adlandırılır. Polarite 5 '→ 3 has olan diğer iplik transkripsiyon sırasında yer değiştirir. Transkripsiyonda yer almayan bu plaka olmayan iplik, aynı zamanda duyu ya da kodlayıcı iplik ya da artı (+) iplik olarak da adlandırılır, çünkü bu iplikçikte mevcut olan genetik kod, urasil yerine timidin yerine, genetik koda (mRNA'ya dayalı) benzer.

Transkripsiyon Mekanizması:

Ökaryotlarda, transkripsiyon farklılaşmış hücrelerde I-faz boyunca gerçekleşir, ancak daha çok G1 ve çekirdeğin içindeki hücre döngüsünün G2 fazlarında gerçekleşir. İhtiyaca bağlı olarak, yapısal bir gen sayısız RNA molekülüne kopyalanabilir. Transkripsiyon ürünleri çeviri için sitoplazmaya taşınır.

Prokaryotlarda, transkripsiyon, DNA sitoplazmada yer aldığından, sitoplazma ile temas halinde gerçekleşir. Transkripsiyon, DNA'ya bağımlı bir RNA polimerazı gerektirir. Ökaryotlar, üç RNA polimerazına, Pol I (Pol A) (ribozal veya 5S rRNA hariç rRNA'lar için), Pol II (mRNA, snRNS için) ve Pol III'e (transfer veya tRNA, 5S rRNA ve bazı snRNA'lara) sahiptir. Ökaryotik RNA polimerazları ayrıca başlangıç ​​için transkripsiyon faktörlerini gerektirir.

DNA'nın farklı bölümleri, çeşitli ribonükleik asitlerin transkripsiyonunda rol oynar. Prokaryotlar, tüm RNA tiplerini sentezleyen sadece bir RNA polimerazına sahiptir. Escherichia coli'nin RNA polimerazı five, β ', α, α' ve σ (sigma) faktörüne sahip beş polipeptit zincirine sahiptir. Holoenzim, 4, 50, 000 moleküler ağırlığa sahiptir. Sigma veya bir faktör, DNA'nın başlangıç ​​sinyalini veya promotör bölgesini (TATA kutusu) tanır.

Polimeraz enzim eksi 8 faktörü kısmına çekirdek enzim adı verilir (Şekil 6.17). a ve a'-polipeptitleri koruyucu iken β ve β 'doğada katalitiktir.

Transkripsiyonun sonlandırılması için Rho (p) faktörü adı verilen bir sonlandırma faktörü gerekir. DNA dupleksinin çözülmesi, çözülmemiş DNA zincirinin stabilizasyonu, baz eşleşmesi, kopyalanan RNA'nın ayrılması ve işlenmesi için bir dizi başka faktör de gereklidir.

1. Ribo-nükleotitlerin aktivasyonu:

Ribonükleotitler, deoksiriboz şeker yerine riboz şekeri olan deoksiribonükleotitlerden farklılık gösterir. Timidin monofosfat, ididin monofosfat ile değiştirilir. Dört tip ribonükleotit, adenozin monofosfat (AMP), guanosin monofosfat (GMP), ididin monosfosfat (UMP) ve sitidin monofosfattır (CMP). Nükleoplazmada serbestçe oluşurlar. Transkripsiyondan önce, nükleotidler fosforilasyon yoluyla aktive edilir. Enzim fosforilazı enerji ile birlikte gereklidir. Aktif veya fosforile edilmiş ribonükleotitler, adenozin trifosfat (ATP), guanozin trifosfat (GTP), ididin trifosfat (UTP) ve sitidin trifosfattır (CTP).

2. DNA Şablonu:

Özel sinyallerde, bir veya daha fazla sistrona karşılık gelen DNA'nın bölümleri susturulur ve kopyalanmaya hazır hale gelir. Bu tür her DNA transkripsiyon segmenti bir promotör bölgeye, başlangıç ​​bölgesine, kodlama bölgesine ve bir sonlandırıcı bölgeye sahiptir. Transkripsiyon başlangıçta başlar ve sonlandırıcı bölgede biter. Bir destekleyici bölge, RNA polimeraz tanıma bölgesine ve RNA polimeraz bağlama bölgesine sahiptir.

Zincir açma, çoğu prokaryotta TATAATG nükleotitlerinin (TATA kutusu) bulunduğu bölgede meydana gelir. Zincir ayrılması için gerekli olan enzimler; şarapsızlıklar, jiroskoplar ve tek iplikli bağlanma proteinleridir. Terminatör bölgesi, poli A baz dizisine veya palindromik diziye (iki DNA zincirinde zıt yönlerde çalışan aynı baz dizisine) sahiptir.

RNA polimeraz (prokaryotlarda yaygın ve ökaryotlarda spesifik), promotör bölgesine kendisini bağlar. DNA'nın iki teli, polimeraz bağlanma bölgesinden aşamalı olarak çözülemez. İki DNA dizisinden biri (3'— »5 ′), RNA'nın transkripsiyonu için bir şablon olarak işlev görür. Buna ana, şablon veya antisens iplik olarak adlandırılır. Transkript oluşumu 5 '-> 3' yönünde gerçekleşir.

3. Baz Eşleştirme:

Çevreleyen ortamda mevcut olan ribonükleosit trifosfatlar, DNA şablonunun (Antisense iplikçik) azot bazlarının karşısında durmaktadır. Tamamlayıcı çiftler, A karşısında A, A karşısında T, G karşısında G ve G karşısında C oluştururlar. Ribonükleotit oluşturmak üzere her bir ribonükleosit trifosfattan bir pirofosfat salınır. Pirofosfat, pirofosfataz enzimi yardımıyla hidrolize edilir. Enerji açığa çıkarır.

4. Zincir Oluşumu:

RNA polimeraz yardımı ile DNA şablonu üzerinde tutulan bitişik ribo-nükleotitler, RNA zincirini oluşturmak üzere birleşir. Prokaryotlarda, tek bir polimeraz promoter ve başlangıç ​​bölgesini tanır. Ökaryotlarda, transkripsiyonun aktivasyonu için ayrı transkripsiyon faktörleri ve RNA polimeraz vardır. RNA zinciri oluşumu başladığında, prokaryotik RNA polimerazının sigma (a) faktörü ayrılır. RNA polimerazı (çekirdek enzim), DNA zincirinde ilerleyerek RNA zincirinin saniyede yaklaşık 30 nükleotit oranında uzamasına neden olur. RNA sentezi, polimeraz sonlandırıcı bölgeye ulaşır ulaşmaz durur. Bunun için Rho faktörü (p) gereklidir. Sonlandırıcı bölgenin bir durdurma sinyali vardır. Aynı zamanda 4-8 A-nükleotitlere sahiptir.

5. RNA Ayrımı:

Fesih veya rho faktörü ATP-ase aktivitesine sahiptir (Roberts, 1976). Tamamlanmış RNA zincirinin salgılanmasına yardımcı olur. Serbest kalan RNA, birincil transkript olarak adlandırılır. İşlevsel RNA'lar oluşturmak için işlenir. Birçok prokaryotta, ilgili fonksiyonların yapısal genlerinin bazıları operonlarda gruplandırılmıştır. Bir operon, tek bir birim olarak kopyalanır. Böyle bir transkripsiyon ünitesi, bir polikistronik mRNA üretir. Ökaryotlarda, transkripsiyon ünitesi bir mono-sistronik mRNA verir.

6. Dubleks Oluşturma. Birincil transkriptin serbest bırakılmasından sonra, iki DNA zinciri tamamlayıcı baz çiftleri arasında bağlantılar kurar. Gyras, unwindases ve SSB proteinleri serbest bırakılır. Sonuç olarak, DNA'nın çift sarmal formu devam ettirilir.

7. Transkripsiyon Sonrası İşlem:

Birincil transkript, genellikle fonksiyonel RNA'lardan daha büyüktür. Bu primer transkript özellikle mRNA durumunda, heterojen nükleer RNA veya hnRNA olarak adlandırılır. Transkripsiyon sonrası işlem, tüm RNA tiplerinin primer transkriptini fonksiyonel RNA'lara dönüştürmek için gereklidir (Şekil 6.18). Dört çeşittir:

(i) Bölünme:

Daha büyük RNA öncüleri daha küçük RNA'lar oluşturmak için ayrılır. RRNA'nın primer transkripti, ökaryotlarda 45 S'dir. Aşağıdakileri oluşturmak için ayrılır:

Birincil transkript ayrıca rfoonükleaz-P (bir RNA enzimi) ile de parçalanır. Birincil transkript 5-7 tRNA öncüleri oluşturabilir.

(ii) Ekleme:

Ökaryotik transkriptler, intronlar veya araya giren diziler veya kodlayıcı olmayan diziler adı verilen ilave bölümlere sahiptir. Olgun veya işlenmiş RNA'da görünmezler. İşlevsel kodlama dizilerine eksonlar denir. Ekleme, fonksiyonel RNA'lar oluşturmak için intronların çıkarılması ve ekzonların füzyonudur. Her bir intron dinükleotit GU ile başlar ve dinükleotit AG ile sona erer (GU-AG kuralı).

Sn-RNP'lerin (snurps olarak telaffuz edilir) veya küçük nükleer ribonükleoproteinlerin (viz-Ul, U2, U4, U5, U6) ekleme cihazlarının bileşenleri tarafından tanınırlar. Spliceosome adı verilen bir kompleks intronun 5 ′ ucu (GU) ve 3 ′ ucu (AG) arasında oluşur. ATR'den elde edilen enerji İntronu uzaklaştırır. Bitişik ekzonlar bir araya getirilir. Uçlar RNA ligazı ile kapatılmıştır (Şekil 6.18).

İntronlar son gelişme değildir. RNA merkezli genetik makineler yerinde olduğunda ortaya çıktılar. Bu nedenle, bölünmüş genler ve bölünmüş transkriptler genetik sistemin eski özellikleridir. Ekleme, RNA aracılı katalitik fonksiyon olmaya devam eder. Bu tür RNA bağımlı süreçlerin birçoğu gün ışığına çıkıyor.

(iii) Terminal Eklemeleri (Kapaklama ve Tailing):

Spesifik fonksiyonlar için RNA'ların uçlarına ilave nükleotitler, örneğin, tRNA'daki CCA segmenti, mRNA'nın 5 5 ucundaki cap nükleotitleri veya mRNA'nın 3-ucundaki poli-A segmentleri (200-300 artıklar) eklenir. Kapak, GTP'nin 7-metil guanozin veya 7mG'ye modifikasyonu ile oluşturulur.

(iv) Nükleotid Değişiklikleri:

Bunlar en çok tRNA-metilasyon (örn., Metil sitozin, metil guanosin), deaminasyon (örneğin, adeninden inosin), dihidrourasil, psödorasil, vb.

Prokaryotlarda, mRNA aktif olmak için ayrıntılı bir işlem gerektirmez. Ayrıca, transkripsiyon ve çeviri aynı bölgede meydana gelir. MRNA tamamen oluşmadan önce bile çeviri başlangıcı ile sonuçlanır.

RNA'nın in vitro sentezi ilk önce Ochoa (1967) tarafından yapılmıştır.