DNA-transkription: Process och mekanism för DNA-transkription

Läs den här artikeln för att lära dig om DNA-transkription: Process och mekanism för DNA-transkription

Processen att kopiera genetisk information från antisens eller mallsträngen av DNA till RNA kallas transkription. Det är avsett att ta den kodade informationen från DNA till den plats där den krävs för proteinsyntes. Principer för komplementaritet används även vid transkription.

Undantaget är att (i) Uracil införlivas i stället för thymin motsatt adenin av mall, (ii) Endast DNA-mallsträngen transkriberas. Båda DNA-strängarna kan inte kopieras i transkription eftersom det kommer att producera två typer av proteiner, en med korrekt sekvens av aminosyror och den andra med omvänd sekvens av aminosyror.

Vidare, om två komplementära RNA produceras samtidigt skulle de ha en tendens att bilda dubbelsträngad RNA som resulterar i icke-translatering av kodad information till proteiner. Hela transkriptionsövning skulle då framstå som frivilligt.

Transkriptionsenhet:

Segmentet av DNA som deltar i transkription kallas transkriptionsenhet (Fig. 6.16). Den har tre komponenter (i) en promotor, (ii) strukturgenen och (iii) en terminator. Förutom en promotor kräver eukaryoter också en förstärkare. Promoter är belägen uppströms strukturgenen. Enligt konventionen kallas det 5'-änden (av kodningssträngen som är 3'-änden av mallsträngen). Terminatorregionen är närvarande nedströms strukturgenen vid 3'-änden (av kodningssträngen som faktiskt är 5'-änden av mallsträngen). Promoter har olika delar för att fästa vid olika transkriptionsfaktorer.

I många fall har promotorn en AT-rik region som kallas TATA-box. Området har ett spår som specifika proteinkomponenter kan kombinera. TATA-innehållande region kallas även Pribnow-låda efter namnet på dess upptäckare.

Strukturgenen är komponent i den DNA-strängen som har 3 '→ 5' polaritet (eftersom transkription endast kan ske i 5 '→ 3' riktning). Denna DNA-sträng kallas mallsträng eller huvudsträng eller antisense eller (-) sträng. Den andra strängen som har en polaritet av 5 '→ 3' förskjuts under transkription. Denna obestämda sträng som inte deltar i transkription kallas också förkänning eller kodningsträng eller plussträng (+) eftersom genetisk kod närvarande i denna sträng liknar genetisk kod (baserat på mRNA) förutom att uracil ersätts av tymin.

Transkriptionsmekanism:

I eukaryoter sker transkription i hela I-fasen i differentierade celler men mer i G ₁ och G ₂ faser av cellcykeln inuti kärnan. Beroende på kravet kan en konstruktionsgen transkribera en till flera RNA-molekyler. Transkriptionsprodukterna går ut i cytoplasma för översättning.

I prokaryoter uppträder transkription i kontakt med cytoplasman eftersom deras DNA ligger i cytoplasman. Transkription kräver ett DNA-beroende RNA-polymeras. Eukaryoter har tre RNA-polymeraser, Pol I (Pol A) (för riboso- mal eller rRNA utom 5S rRNA), Pol II (för mRNA, snRNS) och Pol III (för överföring eller tRNA, 5S rRNA och vissa snRNA). Eukaryota RNA-polymeraser kräver också transkriptionsfaktorer för initiering.

Olika delar av DNA är involverade i transkription av olika ribonukleinsyror. Prokaryoter har bara ett RNA-polymeras som syntetiserar alla typer av RNA. Rna-polymeras av Escherichia coli har fem polypeptidkedjor p, p ', a, a' och en a (sigma) -faktor. Holoenzymet har en molekylvikt av 4, 50, 000. Sigma eller en faktor känner igen DNA-startssignalen eller promotorregionen (TATA-boxen).

Den del av polymerasenzymet minus с-faktor kallas kärnenzym (fig 6.17). a och a'-polypeptider är skyddande medan p och p 'är katalytiska i naturen.

En termineringsfaktor som kallas Rho (p) -faktor krävs för uppsägning av transkription. Ett antal andra faktorer är också nödvändiga för avveckling av DNA-duplex, stabilisering av avviken DNA-sträng, basparning, separation och behandling av transkriberad RNA.

1. Aktivering av ribo-nukleotider:

Ribonukleotider skiljer sig från deoxiribonukleotider med att ha ribosocker istället för deoxiribosocker. Thymidinmonofosfat ersätts med uridinmonofosfat. De fyra typerna av ribonukleotider är adenosinmonofosfat (AMP), guanosinmonofosfat (GMP), uridinmonosfat (UMP) och cytidinmonofosfat (CMP). De förekommer fritt i nukleoplasman. Före transkription aktiveras nukleotiderna genom fosforylering. Enzymfosforylas krävs tillsammans med energi. De aktiverade eller fosforylerade ribonukleotiderna är adenosintrifosfat (ATP), guanosintrifosfat (GTP), uridintrifosfat (UTP) och cytidintrifosfat (CTP).

2. DNA-mall:

På specifika signaler blir segment av DNA som motsvarar en eller flera cistrons nedtryckta och redo att transkribera. Varje sådant DNA-transkriptionssegment har en promotorregion, initieringsplats, kodningsregion och en terminatorregion. Transkription börjar vid initieringsplatsen och slutar vid terminatorregionen. En promotorregion har RNA-polymerasigenkänningssätt och RNA-polymerasbindningsställe.

Kedjeöppning sker i regionen upptaget av TATAATG-nukleotider (TATA-box) i de flesta prokaryoter. Enzymer som krävs för kedjeseparation är unwindaser, gyraser och enkelsträngade bindningsproteiner. Terminatorregionen har antingen poly A-bassekvens eller palindromisk sekvens (identisk bassekvens som löper i motsatta riktningar i de två DNA-kedjorna).

RNA-polymeras (vanligt i prokaryoter och specifika i eukaryoter) binder sig till promotorregionen. De två strängarna av DNA avkolar progressivt från polymerasbindningsstället. En av de två strängarna av DNA (3'- »5 ') fungerar som en mall för transkription av RNA. Det kallas mästare, mall eller antisenssträng. Transskriptionsbildningen sker i 5 '-> 3' riktning.

3. Basparning:

Ribonukleosidtrifosfater närvarande i det omgivande mediet kommer att ligga mitt emot kvävebaserna i DNA-mallen (Antisense-strängen). De bildar komplementära par, U motsatta A, En motsatt T, С motsatt G, och G motsatt C. Ett pyrofosfat frigörs från varje ribonukleosidtrifosfat för att bilda ribonukleotid. Pyrofosfatet hydrolyseras med hjälp av enzympyrofosfatas. Det släpper ut energi.

4. Kedjeformation:

Med hjälp av RNA-polymeras sammanfogas de intilliggande ribo-nukleotiderna över DNA-mallar för att bilda RNA-kedjan. I prokaryoter känner igen ett enda polymeras promotor och initieringsregionen. I eukaryoter finns separata transkriptionsfaktorer och RNA-polymeras för aktivering av transkription. När RNA-kedjans bildning initieras separerar sigma (a) -faktorn för prokaryot RNA-polymeras. RNA-polymeras (kärnenzym) rör sig längs DNA-mallen som orsakar förlängning av RNA-kedjan med en hastighet av cirka 30 nukleotider per sekund. RNA-syntesen stoppas så snart polymeras når terminatorregionen. Rho-faktor (p) krävs för detta. Terminatorregionen har en stoppsignal. Den har också 4-8 A-nukleotider.

5. Separation av RNA:

Avslutande eller rho-faktor har ATP-ase-aktivitet (Roberts, 1976). Det hjälper till vid frisläppandet av färdigställd RNA-kedja. Det frigjorda RNA kallas primärt transkript. Den bearbetas för att bilda funktionella RNA. I många prokaryoter grupperas några av de strukturella generna av besläktade funktioner tillsammans i operoner. En operon transkriberas som en enda enhet. En sådan transkriptionsenhet producerar ett polykistiskt mRNA. I eukaryoter ger transkriptionsenheten ett monokistiskt mRNA.

6. Duplexformation. Efter frisättningen av primära transkript etablerar de två strängarna av DNA kopplingar mellan komplementära baspar. Gysser, unwindaser och SSB-proteiner släpps. Följaktligen återupptas den dubbla spiralformen av DNA.

7. Post-transkriptionsbehandling:

Primärt transkript är ofta större än de funktionella RNA. Detta primära transkript kallas heterogent nukleärt RNA eller hnRNA, speciellt i fallet med mRNA. Post-transkriptionsbehandling krävs för att omvandla primärtranskript av alla typer av RNA till funktionella RNA (Fig. 6.18). Det är av fyra typer:

(i) klyvning

Större RNA-precursorer klyvs för att bilda mindre RNA. Primärt transkript av rRNA är 45 S i eukaryoter. Det är klyvt för att bilda följande:

Primärt transkript klyvs också av rfoonukleas-P (ett RNA-enzym). Ett primärt transkript kan bilda 5-7 tRNA-prekursorer.

(ii) Splicing:

Eukaryotiska transkript har extra segment som kallas introner eller mellanliggande sekvenser eller icke-kodande sekvenser. De förekommer inte i moget eller behandlat RNA. De funktionella kodningssekvenserna kallas exoner. Splicing är borttagning av introner och fusion av exoner för att bilda funktionella RNA. Varje intron börjar med dinukleotid GU och slutar med dinukleotid AG (GU-AG-regel).

De kännetecknas av komponenter i splitsningsapparaten av Sn-RNP (uttalade som snurps) eller små kärnbibonukleoproteiner (viz-Ul, U2, U4, U5, U6). Ett komplex kallat spliceosom bildas mellan 5'-änden (GU) och 3'-änden (AG) av intron. Energi erhålls från ATR Det tar bort intronen. De intilliggande exonerna sätts ihop. Ändarna förseglas med RNA-ligas (Fig 6.18).

Introns är inte nyutveckling. De uppträdde när RNA-centrerad genetisk maskineri var på plats. Därför är splittrade gener och delade transkript äldre egenskaper hos det genetiska systemet. Splicing fortsätter att vara RNA-medierad katalytisk funktion. Många fler sådana RNA-beroende processer kommer fram.

iii) Terminaltillägg (Capping and Tailing):

Ytterligare nukleotider tillsätts till ändarna av RNA för specifika funktioner, t ex CCA-segment i tRNA, cap-nukleotider vid 5'-änden av mRNA eller poly-A-segment (200-300 rester) vid 3'-änden av mRNA. Kepsen bildas genom modifiering av GTP i 7-metylguanosin eller 7mG.

(iv) Nukleotidmodifieringar:

De är vanligast vid tRNA-metylering (t.ex. metylcytosin, metylguanosin), deaminering (t.ex. inosin från adenin), dihydrouracil, pseudouracil, etc.

I prokaryoter kräver mRNA ingen utarbetad behandling för att bli aktiv. Vidare förekommer transkription och översättning i samma region. Det resulterar i början av översättningen redan innan mRNA är fullständigt bildad.

In vitro-syntes av RNA utfördes först av Ochoa (1967).