Transskription (biologi)

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 2. april 2020; checks kræver 9 redigeringer .

Transkription (fra latin  transcriptio "omskrivning") er processen med RNA-  syntese, der forekommer i alle levende celler ved hjælp af DNA som skabelon ; overførsel af genetisk information fra DNA til RNA.

Transskription katalyseres af enzymet DNA-afhængig RNA-polymerase. RNA-polymerase bevæger sig langs DNA-molekylet i 3`-5` retningen [1] .

Hvis vi taler om transskription af proteinkodende regioner, så er enheden for bakteriel transkription en operon  - et fragment af et DNA-molekyle bestående af en promotor (en operator, som repressorproteinet binder til), en transskriberet del (som kan indeholde flere proteinkodende sekvenser) og en terminator. I eukaryoter indeholder den transskriberede del sædvanligvis en enkelt proteinkodende sekvens.

DNA-kæden, der tjener som skabelon til at færdiggøre RNA'et, kaldes kodning eller skabelon . Sekvensen, der resulterer fra en sådan RNA-syntese, vil være identisk med sekvensen af ​​den ikke-kodende DNA-streng (eksklusive erstatningen af ​​thymin -DNA med uracil -RNA) ifølge komplementaritetsprincippet .

Transskription af pro- og eukaryoter

I bakterier katalyseres transkription af en enkelt RNA-polymerase. Den består af en hoveddel af fem underenheder (α 2 ββ'ω) og en σ underenhed (sigma faktor), der bestemmer bindingen til promotoren og er den eneste transkriptionsinitiator. I Escherichia coli , for eksempel, er den mest almindelige form for sigma-faktoren σ 70 .

Eukaryote celler indeholder mindst 3 RNA-polymeraser , mens planter indeholder 5, som kræver et sæt faktorer for initiering og forlængelse. RNA-polymerase II  er det vigtigste enzym i eukaryote celler, der katalyserer transkriptionen af ​​proteinkodende mRNA'er (og nogle andre RNA'er).

I bakterier modificeres mRNA ikke på nogen måde efter transkription, og translation kan forekomme direkte under transkription . I eukaryote celler modificeres mRNA i kernen - en 5'-hætte hænges på den, og en 3'-polyA-hale syntetiseres, splejsning sker . mRNA'et kan derefter komme ind i cytoplasmaet, hvor translation vil finde sted.

Transskriptionsproces

Transskription består af stadierne initiering, forlængelse og afslutning.

Indledning

Transkriptionsinitiering er processen med DNA-afhængig RNA-polymerase , der binder til en promotor og danner et stabilt kompleks for at fortsætte transkriptionen.

Transkriptionsinitiering kan opdeles i flere trin [2] .

  1. RNA-polymerase (sammen med transkriptionsinitieringsfaktorer i eukaryoter) binder sig til en promotor for at danne et lukket kompleks . I denne form er DNA-dobbelthelixen placeret inde i komplekset.
  2. Transformation til et åbent kompleks . DNA-helixen i en afstand på omkring 13 basepar fra transkriptionsstartpunktet smelter, det vil sige, at DNA-strengene er adskilt fra hinanden. Den del af DNA-strenge, der er blevet adskilt, kaldes transkriptionsboblen.
  3. Strandseparation giver adgang til den ikke-kodende streng af DNA. De første to ribonukleotider justeres med template-DNA'et og forbinder sig. Yderligere forlængelse af RNA sker, når ribonukleotider er knyttet til 3'-enden af ​​kæden. Sammenføjning af de første 10 nukleotider er en ineffektiv proces, så transkription afsluttes ofte på dette stadium, et kort transkript frigives, og syntesen starter igen. Denne polymeraseglidning kaldes abortiv transkription .
  4. Så snart polymerase-promotorkomplekset danner et transkript længere end 10 nukleotider, bliver det stabilt nok til at fortsætte transkriptionen og går ind i forlængelsesstadiet. Kaldes også promoter-undgåelse .

Transkriptionsinitiering er en kompleks proces, der afhænger af DNA-sekvensen nær den transskriberede sekvens (og i eukaryoter også på fjernere dele af genomforstærkerne og lyddæmperne ) og af tilstedeværelsen eller fraværet af forskellige proteinfaktorer .

Forlængelse

Overgangsmomentet for RNA-polymerase fra transkriptionsinitiering til forlængelse er ikke blevet præcist bestemt. Tre biokemiske hovedbegivenheder karakteriserer denne overgang i tilfælde af E. coli RNA-polymerase : adskillelsen af ​​sigma-faktoren, den første translokation af enzymmolekylet langs skabelonen og den stærke stabilisering af transkriptionskomplekset, som ud over RNA polymerase, omfatter en voksende RNA-streng og transskriberet DNA. De samme fænomener er karakteristiske for eukaryote RNA-polymeraser. Overgangen fra initiering til forlængelse er ledsaget af brydning af bindinger mellem enzymet, promotoren , transkriptionsinitieringsfaktorerne og i nogle tilfælde af overgangen af ​​RNA-polymerase til en tilstand af forlængelseskompetence (f.eks. fosforylering af CTD - domænet i RNA-polymerase II). Forlængelsefasen slutter efter frigivelsen af ​​det voksende transkript og dissociation af enzymet fra skabelonen (terminering).

På forlængelsesstadiet er ca. 18 basepar af nukleotider ikke snoet i DNA . Ca. 12 nukleotider af templatestrengen af ​​DNA danner en hybridhelix med en voksende ende af RNA-kæden. Når RNA-polymerasen bevæger sig langs skabelonen, sker der afvikling foran den, og gendannelsen af ​​DNA-dobbelthelixen sker bagved. Samtidig frigives det næste led i den voksende RNA-kæde fra komplekset med skabelonen og RNA-polymerase. Disse bevægelser skal ledsages af relativ rotation af RNA-polymerasen og DNA. Det er svært at forestille sig, hvordan dette kan ske i en celle, især ved kromatintranskription . Derfor er det muligt, at for at forhindre en sådan rotation, er RNA-polymerase, der bevæger sig langs DNA, ledsaget af topoisomeraser .

Forlængelse udføres ved hjælp af de vigtigste forlængende faktorer, der er nødvendige for at processen ikke stopper for tidligt [3] .

For nylig er der opstået beviser, der viser, at regulatoriske faktorer også kan regulere forlængelse. RNA-polymerase pauser i visse områder af genet under forlængelse . Dette er især tydeligt ved lave koncentrationer af substrater . I nogle dele af matrixen, lange forsinkelser i fremme af RNA-polymerase, den såkaldte. pauser observeres selv ved optimale koncentrationer af substrater. Varigheden af ​​disse pauser kan styres af forlængelsesfaktorer.

Opsigelse

Bakterier har to mekanismer til at afslutte transkription:

Transkriptionsterminering i eukaryoter er mindre undersøgt. Det ender med RNA-skæring, hvorefter enzymet tilføjer adskillige adeniner (…AAAA) til sin 3'-ende, hvis antal bestemmer stabiliteten af ​​dette transkript [4] .

Transskriptionsfabrikker

Der er en række eksperimentelle data, der indikerer, at transkription udføres i de såkaldte transkriptionsfabrikker: enorme, ifølge nogle skøn, op til 10 M Da - komplekser, der indeholder omkring 8 RNA-polymeraser II og komponenter af efterfølgende behandling og splejsning , som samt korrektion af det nyligt syntetiserede transkript [5] . I cellekernen er der en konstant udveksling mellem puljer af opløselig og involveret RNA-polymerase. Aktiv RNA-polymerase er involveret i et sådant kompleks, som igen er en strukturel enhed, der organiserer kromatinkomprimering . Nylige data [6] indikerer, at transkriptionsfabrikker også eksisterer i fravær af transkription, de er fikseret i cellen (det er endnu ikke klart, om de interagerer med cellens nukleare matrix eller ej) og repræsenterer et uafhængigt nuklear subrum. Transkriptionsfabrikskomplekset indeholdende RNA-polymerase I, II eller III blev analyseret ved massespektrometri. [7]

Omvendt transskription

Nogle vira (såsom den humane immundefektvirus, der forårsager HIV-infektion ) har evnen til at transskribere RNA til DNA. HIV har et RNA- genom , der integreres i DNA. Som et resultat kan virussens DNA kombineres med værtscellens genom. Det vigtigste enzym, der er ansvarligt for syntesen af ​​DNA fra RNA, kaldes reversetase . En af funktionerne ved reversetase er at skabe komplementært DNA (cDNA) fra det virale genom. Det associerede enzym ribonuclease H spalter RNA, og reversetase syntetiserer cDNA fra DNA-dobbelthelixen. cDNA'et integreres i værtscellens genom af en integrase . Resultatet er syntesen af ​​virale proteiner af værtscellen, som danner nye vira. I tilfælde af HIV er apoptose (celledød) af T-lymfocytter også programmeret . [8] I andre tilfælde kan cellen forblive en distributør af vira.

Nogle eukaryote celler indeholder enzymet telomerase , som også udviser omvendt transkriptionsaktivitet. Med dens hjælp syntetiseres gentagne sekvenser i DNA. Telomerase aktiveres ofte i cancerceller til endeløs genomduplikation uden tab af proteinkodende DNA-sekvens. Nogle RNA-holdige dyrevira, ved hjælp af RNA-afhængig DNA-polymerase, er i stand til at syntetisere DNA, der er komplementært til viralt RNA. Det integreres i genomet af en eukaryot celle, hvor det kan forblive skjult i mange generationer. Under visse forhold (f.eks. udsættelse for kræftfremkaldende stoffer) kan virale gener aktiveres, og raske celler vil blive til kræftceller.

Noter

  1. ↑ Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts. Cellens molekylærbiologi . — 4. - Garland Science, 2002. - ISBN 978-0-8153-3218-3 , 978-0-8153-4072-0.
  2. ↑ James D. Watson. Genets molekylære biologi . - W. A. ​​Benjamin, 1965. - 530 s.
  3. ↑ DB Nikolov, SK Burley. RNA-polymerase II-transkriptionsinitiering: Et strukturelt synspunkt  //  Proceedings of the National Academy of Sciences. — 1997-01-07. — Bd. 94 , udg. 1 . — S. 15–22 . - ISSN 1091-6490 0027-8424, 1091-6490 . - doi : 10.1073/pnas.94.1.15 .
  4. ↑ Benjamin Lewin. Gener 9 . - Jones & Bartlett Learning, 2008. - 912 s. - ISBN 978-0-7637-4063-4 .
  5. ↑ Peter R. Cook. Organisationen af ​​replikering og transskription  (engelsk)  // Videnskab. — 1999-06-11. — Bd. 284 , udg. 5421 . — S. 1790–1795 . — ISSN 1095-9203 0036-8075, 1095-9203 . - doi : 10.1126/science.284.5421.1790 .
  6. ↑ Jennifer A. Mitchell, Peter Fraser. Transkriptionsfabrikker er nukleare underrum, der forbliver i fravær af transskription  //  Gener & Development. — 01-01-2008. — Bd. 22 , udg. 1 . — S. 20–25 . — ISSN 1549-5477 0890-9369, 1549-5477 . - doi : 10.1101/gad.454008 .
  7. ↑ Svitlana Melnik, Binwei Deng, Argyris Papantonis, Sabyasachi Baboo, Ian M. Carr. Proteomerne fra transkriptionsfabrikker indeholdende RNA-polymeraser I, II eller III  //  Nature Methods. - 2011-11. — Bd. 8 , iss. 11 . — S. 963–968 . — ISSN 1548-7105 . - doi : 10.1038/nmeth.1705 .
  8. ↑ Irina Nikolaevna Kolesnikova. Nogle træk ved apoptosemekanismerne ved HIV-infektion . - Rostov ved Don, 2000.
  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger
 Transskription (biologi)

Transskriptionsregulering _
prokaryoter
eukaryoter
Histonmodifikationsenzymer ( histoner / nukleosom )
_
_
DNA-methyleringDNA methyltransferase
Chromatin ombygning
CHD7
Fælles for
pro- og eukaryoter
Aktivering
IndvielseStartside for transskription
Forlængelse
Afslutning