Das DNA-Transkription ist der Prozess, durch den die in Desoxyribonukleinsäure enthaltenen Informationen in Form eines ähnlichen Moleküls, der RNA, kopiert werden, entweder als vorheriger Schritt für die Proteinsynthese oder zur Bildung von RNA-Molekülen, die an mehreren zellulären Prozessen von großer Bedeutung beteiligt sind (Regulation von Genexpression, Signalübertragung usw.).
Obwohl es nicht wahr ist, dass alle Gene eines Organismus für Proteine kodieren, ist es wahr, dass alle Proteine einer Zelle, ob eukaryotisch oder prokaryotisch, von einem oder mehreren Genen codiert werden, wobei jede Aminosäure durch einen Satz von Proteinen dargestellt wird drei DNA-Basen (Codon).
Die Synthese der Polypeptidkette, die zu einem zellulären Protein gehört, erfolgt dank zweier grundlegender Prozesse: Transkription und Translation; beide sind stark reguliert, da sie zwei Prozesse sind, die für das Funktionieren eines lebenden Organismus von großer Bedeutung sind.
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Die Transkription beinhaltet die Bildung einer "Matrize" für ein RNA-Molekül, das als "Messenger-RNA" (mRNA) bekannt ist, aus der "Standard" -Sequenz, die in der Region der DNA codiert ist, die dem zu transkribierenden Gen entspricht..
Dieser Prozess wird von einem Enzym namens RNA-Polymerase ausgeführt, das spezielle Stellen in der DNA-Sequenz erkennt, an diese bindet, den DNA-Strang öffnet und ein RNA-Molekül unter Verwendung eines dieser komplementären DNA-Stränge als Matrize oder Muster synthetisiert, selbst wenn dies der Fall ist trifft auf eine andere spezielle Stoppsequenz.
Die Translation ist andererseits der Prozess, durch den die Proteinsynthese stattfindet. Es besteht aus dem "Lesen" der in der mRNA enthaltenen Informationen, die von einem Gen transkribiert wurden, der "Translation" der DNA-Codons in Aminosäuren und der Bildung einer Polypeptidkette.
Die Translation der Nukleotidsequenzen der mRNA erfolgt durch Enzyme, die als Aminoacyl-tRNA-Synthetasen bekannt sind, dank der Beteiligung anderer RNA-Moleküle, die als "Transfer-RNA" (tRNA) bekannt sind und Anticodons der in den MRNAs enthaltenen Codons sind. die eine echte Kopie der DNA-Sequenz eines Gens sind.
In eukaryotischen Zellen findet der Transkriptionsprozess im Zellkern statt, der die wichtigste intrazelluläre Organelle ist, in der DNA in Form von Chromosomen enthalten ist. Es beginnt mit der "Kopie" der kodierenden Region des Gens, die in ein einzelnes Bandenmolekül transkribiert wird, das als Messenger-RNA (mRNA) bekannt ist..
Da DNA in dieser Organelle eingeschlossen ist, fungieren die mRNA-Moleküle als Vermittler oder Transporter bei der Übertragung der genetischen Botschaft vom Kern zum Cytosol, wo die Translation der RNA stattfindet, und der gesamten Biosynthesemaschinerie für die Proteinsynthese (Ribosomen)..
Ein Gen besteht aus einer DNA-Sequenz, deren Eigenschaften seine Funktion bestimmen, da die Reihenfolge der Nukleotide in dieser Sequenz die Transkription und anschließende Translation bestimmt (im Fall derjenigen, die für Proteine kodieren)..
Wenn ein Gen transkribiert wird, dh wenn seine Informationen in Form von RNA kopiert werden, kann das Ergebnis eine nicht-kodierende RNA (cRNA) sein, die direkte Funktionen bei der Regulation der Genexpression, bei der Zellsignalisierung usw. hat. oder es kann eine Messenger-RNA (mRNA) sein, die dann in eine Aminosäuresequenz in einem Peptid übersetzt wird.
Ob ein Gen ein funktionelles Produkt in Form von RNA oder Protein aufweist, hängt von bestimmten Elementen oder Regionen ab, die in seiner Sequenz vorhanden sind..
Gene, eukaryotisch oder prokaryotisch, haben zwei DNA-Stränge, einen als "Sense" -Strang und einen als "Antisense" bekannten Strang. Die Enzyme, die für die Transkription dieser Sequenzen verantwortlich sind, "lesen" nur einen der beiden Stränge, typischerweise den "Sense" - oder "Coding" -Strang, der eine "Richtung" 5'-3 'hat..
Jedes Gen hat an seinen Enden regulatorische Sequenzen:
- Wenn sich die Sequenzen vor der codierenden Region befinden (derjenigen, die transkribiert wird), werden sie als "Promotoren" bezeichnet.
- Wenn sie durch viele Kilobasen getrennt sind, können sie "stumm schalten" oder "verstärken".
- Diese Sequenzen, die näher an der 3'-Region von Genen liegen, sind normalerweise Terminatorsequenzen, die die Polymerase anweisen, die Transkription (oder gegebenenfalls die Replikation) zu stoppen und zu beenden.
Die Promotorregion wird entsprechend ihrer Nähe zur codierenden Region in distal und proximal unterteilt. Es befindet sich am 5'-Ende des Gens und ist die Stelle, an der das Enzym RNA-Polymerase und andere Proteine erkannt werden, um die Transkription von DNA zu RNA zu initiieren.
Im proximalen Teil der Promotorregion können Transkriptionsfaktoren binden, die die Affinität des Enzyms zu der zu transkribierenden Sequenz modifizieren können, weshalb sie für die positive oder negative Regulierung der Transkription von Genen verantwortlich sind..
Die Enhancer- und Silencing-Regionen sind auch für die Regulierung der Gentranskription verantwortlich, indem sie die "Aktivität" der Promotorregionen durch ihre Vereinigung mit Aktivator- oder Repressorelementen "stromaufwärts" der codierenden Sequenz des Gens modifizieren..
Es wird gesagt, dass eukaryotische Gene standardmäßig immer "ausgeschaltet" oder "unterdrückt" sind, so dass sie ihre Aktivierung durch Promotorelemente benötigen, um exprimiert (transkribiert) zu werden..
Unabhängig vom Organismus wird die Transkription von einer Gruppe von Enzymen durchgeführt, die als RNA-Polymerasen bezeichnet werden. Diese sind ähnlich wie die Enzyme, die für die DNA-Replikation bei der Teilung einer Zelle verantwortlich sind, auf die Synthese einer RNA-Kette aus einem der DNA-Stränge von spezialisiert das transkribierte Gen..
RNA-Polymerasen sind große Enzymkomplexe, die aus vielen Untereinheiten bestehen. Es gibt verschiedene Arten:
- RNA-Polymerase I (Pol I): Transkribiert die Gene, die für die „große“ ribosomale Untereinheit kodieren.
- RNA-Polymerase II (Pol II): Transkribiert proteinkodierende Gene und produziert Mikro-RNAs.
- RNA-Polymerase III (Pol III): produziert die während der Translation verwendeten Transfer-RNAs und auch die RNA, die der kleinen Untereinheit des Ribosoms entspricht.
- RNA-Polymerase IV und V (Pol IV und Pol V): sind typisch für Pflanzen und für die Transkription kleiner störender RNAs verantwortlich.
Die genetische Transkription ist ein Prozess, der in drei Phasen unterteilt werden kann: Initiierung, Verlängerung und Beendigung..
RNA-Polymerase (z. B. RNA-Polymerase II) bindet an die Promotorregionssequenz, die aus einer 6-10-Basenpaar-Dehnung am 5'-Ende des Gens besteht, üblicherweise etwa 35 Basenpaare entfernt. Transkriptionsstartstelle.
Die Vereinigung der RNA-Polymerase führt zur "Öffnung" der DNA-Doppelhelix, wodurch die komplementären Stränge getrennt werden. Die RNA-Synthese beginnt an der als "Initiationsstelle" bekannten Stelle und erfolgt in 5'-3'-Richtung, dh "stromabwärts" oder von links nach rechts (gemäß Konvention)..
Die Initiierung der durch RNA-Polymerasen vermittelten Transkription hängt von der gleichzeitigen Anwesenheit von Proteintranskriptionsfaktoren ab, die als allgemeine Transkriptionsfaktoren bekannt sind und zur "Position" des Enzyms in der Promotorregion beitragen.
Nachdem das Enzym zu polymerisieren begonnen hat, wird es sowohl von der Promotorsequenz als auch von allgemeinen Transkriptionsfaktoren "abgestoßen"..
Es tritt auf, wenn sich die RNA-Polymerase entlang der DNA-Sequenz "bewegt" und Ribonukleotide hinzufügt, die zum DNA-Strang komplementär sind und als "Matrize" für die wachsende RNA dienen. Wenn die RNA-Polymerase den DNA-Strang "passiert", verbindet sie sich wieder mit ihrem Antisense-Strang.
Die durch RNA-Polymerase durchgeführte Polymerisation besteht aus nukleophilen Angriffen von Sauerstoff in Position 3 'der wachsenden RNA-Kette auf das Phosphat "alpha" des nächsten hinzuzufügenden Nukleotidvorläufers mit der daraus resultierenden Bildung von Phosphodiesterbindungen und der Freisetzung eines Pyrophosphats Molekül (PPi).
Der Satz, der aus dem DNA-Strang, der RNA-Polymerase und dem entstehenden RNA-Strang besteht, ist als Transkriptionsblase oder -komplex bekannt..
Die Terminierung erfolgt, wenn die Polymerase die Terminationssequenz erreicht, die sich logischerweise "stromabwärts" von der Transkriptionsinitiationsstelle befindet. In diesem Fall lösen sich sowohl das Enzym als auch die synthetisierte RNA von der zu transkribierenden DNA-Sequenz..
Die Terminationsregion besteht normalerweise aus einer DNA-Sequenz, die in der Lage ist, sich selbst zu "falten" und eine Struktur vom Typ "Haarnadelschleife" zu bilden. Haarnadelschleife).
Nach der Terminierung ist der synthetisierte RNA-Strang als primäres Transkript bekannt, das aus dem Transkriptionskomplex freigesetzt wird. Danach kann er durch einen Prozess namens "vor der Translation in Protein, falls zutreffend) posttranskriptionell verarbeitet werden oder nicht" Schneiden und Spleißen ".
Da prokaryotische Zellen keinen membranumschlossenen Kern haben, erfolgt die Transkription im Cytosol, insbesondere in der "Kern" -Region, in der die chromosomale DNA konzentriert ist (Bakterien haben ein kreisförmiges Chromosom)..
Auf diese Weise ist der Anstieg der cytosolischen Konzentration eines bestimmten Proteins bei Prokaryoten wesentlich schneller als bei Eukaryoten, da die Transkriptions- und Translationsprozesse im selben Kompartiment stattfinden..
Prokaryontische Organismen haben Gene, die Eukaryoten sehr ähnlich sind: Die ersteren verwenden auch Promotor- und Regulationsregionen für ihre Transkription, obwohl ein wichtiger Unterschied damit zusammenhängt, dass die Promotorregion häufig ausreicht, um eine "starke" Expression der Gene zu erreichen.
In diesem Sinne ist es wichtig zu erwähnen, dass prokaryotische Gene im Allgemeinen standardmäßig immer "an" sind..
Die Promotorregion ist mit einer anderen Region assoziiert, üblicherweise "stromaufwärts", die durch Repressormoleküle reguliert wird und als "Operatorregion" bekannt ist..
Ein Unterschied in der Transkription zwischen Prokaryoten und Eukaryoten besteht darin, dass normalerweise die Messenger-RNAs von Eukaryoten monocistronisch sind, dh jede enthält die Informationen zur Synthese eines einzelnen Proteins, während diese in Prokaryoten monocistronisch oder polycistronisch sein können, wobei nur eine MRNA die enthalten kann Informationen für zwei oder mehr Proteine.
So ist bekannt, dass prokaryotische Gene, die beispielsweise für Proteine mit ähnlichen Stoffwechselfunktionen kodieren, in Gruppen gefunden werden, die als Operons bekannt sind und gleichzeitig in eine Einzelmolekülform von Messenger-RNA transkribiert werden..
Prokaryontische Gene sind dicht gepackt, ohne dass viele nichtkodierende Regionen dazwischen liegen. Sobald sie in lineare Messenger-RNA-Moleküle transkribiert wurden, können sie sofort in Protein übersetzt werden (eukaryotische mRNAs müssen häufig weiter verarbeitet werden)..
Prokaryontische Organismen wie beispielsweise Bakterien verwenden dasselbe RNA-Polymeraseenzym, um alle ihre Gene zu transkribieren, dh diejenigen, die für ribosomale Untereinheiten kodieren, und diejenigen, die für verschiedene zelluläre Proteine kodieren.
In den Bakterien E coli Die RNA-Polymerase besteht aus 5 Polypeptiduntereinheiten, von denen zwei identisch sind. Die α, α, β, β'-Untereinheiten umfassen den zentralen Teil des Enzyms und bauen sich während jedes Transkriptionsereignisses zusammen und zerlegen sich..
Die α-Untereinheiten sind diejenigen, die die Vereinigung zwischen der DNA und dem Enzym ermöglichen; Die β-Untereinheit bindet an die Triphosphat-Ribonukleotide, die gemäß der DNA-Matrize im entstehenden mRNA-Molekül polymerisiert werden, und die β'-Untereinheit bindet an den Matrizen-DNA-Strang.
Die fünfte Untereinheit, bekannt als σ ist an der Initiierung der Transkription beteiligt und verleiht der Polymerase Spezifität.
Die Transkription in Prokaryoten ist der von Eukaryoten sehr ähnlich (sie ist auch in Initiierung, Verlängerung und Terminierung unterteilt), mit einigen Unterschieden hinsichtlich der Identität der Promotorregionen und der Transkriptionsfaktoren, die für die Ausübung Ihrer Funktionen durch die RNA-Polymerase erforderlich sind.
Obwohl die Promotorregionen zwischen verschiedenen prokaryotischen Spezies variieren können, gibt es zwei konservierte "Konsensus" -Sequenzen, die in der -10-Region (TATAAT) und in der -35-Region (TTGACA) stromaufwärts der codierenden Sequenz leicht identifiziert werden können..
Es hängt von der σ-Untereinheit der RNA-Polymerase ab, da es die Wechselwirkung zwischen DNA und dem Enzym vermittelt und es in die Lage versetzt, Promotorsequenzen zu erkennen. Die Initiierung endet, wenn einige abortive Transkripte von etwa 10 Nukleotiden produziert werden, die freigesetzt werden.
Wenn sich die σ-Untereinheit vom Enzym löst, beginnt die Elongationsphase, die aus der Synthese eines mRNA-Moleküls in 5'-3'-Richtung besteht (ungefähr 40 Nukleotide pro Sekunde)..
Die Beendigung in Prokaryoten hängt von zwei verschiedenen Arten von Signalen ab, sie können Rho-abhängig und Rho-unabhängig sein.
Das Rho-abhängige Protein wird von diesem Protein gesteuert, das der Polymerase "folgt", während es in der RNA-Synthese voranschreitet, bis diese eine Sequenz erreicht, die reich an Guaninen (G) ist, langsamer wird und mit dem Rho-Protein in Kontakt kommt mRNA.
Die Rho-unabhängige Terminierung wird durch spezifische Sequenzen des Gens gesteuert, die normalerweise reich an Guanin-Cytosin (GC) -Repeats sind..
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