1. Initiering er det første stadiet av transkripsjon, hvor bindingen skjer RNA-polymeraser med promoteren og dannelsen av den første internukleotidbindingen.
Hos bakterier gjenkjenner holoenzym-RNA-polymerasen direkte visse sekvenser av nukleotidpar i promoteren: sekvensen 5-TATAAT-3 (plassert i en avstand på 10 nukleotider fra transkripsjonsstartpunktet og kalt Pribnow-boksen) og sekvensen 5-TTGACA -3 (avstand fra startpunktet for transkripsjonen med 35 nukleotider). I noen operoner, for eksempel i laktose, er foreløpig interaksjon med promotoren til et ekstra protein nødvendig ( SAR endrer strukturen til promoteren, og øker dens affinitet for RNA-polymerase kraftig).
Eukaryote RNA-polymeraser er ikke i stand til uavhengig å binde seg til promotorene til transkriberte gener. Generelle transkripsjonsfaktorer (TF-er) er involvert i bindingen av RNA-polymeraser til transkripsjoner. De skiller seg fra σ-faktorene til prokaryoter ved at de kan binde seg til DNA uavhengig av RNA-polymerase. Polymeraser I, II og III krever tilstedeværelse av forskjellige transkripsjonsfaktorer, betegnet henholdsvis TF I, TF II og TF III. Arrangører eukaryoter er mer komplekse enn prokaryote og består av flere elementer. Det nærmeste startpunktet for transkripsjon er TATA-domenet, også kalt Hogness-domenet. Dette etterfølges av CAAT- og GC-domenene. Eukaryote promotorer kan inneholde ulike kombinasjoner av disse elementene, men ingen av dem finnes i alle promotorer. CAAT-domenet spiller en viktig rolle i transkripsjonsinitiering; TATA og GC ser ut til å utføre hjelpefunksjoner.
Ved å binde seg til promoteren forårsaker RNA-polymerase lokal denaturering av DNA, dvs. separasjon av DNA-tråder over omtrent 15 nukleotidpar. Et transkripsjonelt "øye" dannes. Den første som blir inkludert i RNA-kjeden som bygges er et purin-nukleotid - ATP eller GTP, mens alle tre fosfatrestene beholdes. Etter dannelsen av den første fosfodiesterbindingen, mister σ-faktoren i bakterier sin forbindelse med enzymet, og de gjenværende kjerne-enzymet begynner å bevege seg langs DNA. Etter initiering av transkripsjon mister eukaryotisk RNA-polymerase også kontakt med transkripsjonsfaktorer og beveger seg langs DNA uavhengig.
2. Forlengelse
- sekvensiell forlengelse av den voksende RNA-kjeden. RNA-polymerase beveger seg langs DNA-dobbelthelixen og vikler kontinuerlig av helixen foran stedet der syntesen finner sted RNA. I kort tid dannes det et såkalt åpent kompleks, inne i hvilket en RNA-DNA-helix på ca. 20 nukleotider vises
(Fig. 30). Deretter vrir enzymet (ved hjelp av et spesielt sted) det igjen
Ris. 30. Transkripsjonsforlengelse
DNA bak polymerisasjonsstedet. RNA-transkriptet fjernes fra komplekset gjennom en spesiell kanal som er karakteristisk for RNA-polymerase.
Hastigheten for RNA-syntese i bakterier er omtrent 30 nukleotider per sekund er den imidlertid ikke konstant og kan avta litt. Slike perioder kalles transkripsjonspauser.
Det er vist at selv før dannelsen av en RNA-DNA-hybrid, konverterer RNA-polymerase DNA fra B-formen til A-formen. I den er planene til de nitrogenholdige basene ikke vinkelrett på helixens akse, men skråner med 20 0 til vinkelrett. Dette letter sannsynligvis separasjonen av to tilstøtende nitrogenholdige baser i DNA-strengen. Parametrene til RNA-DNA-helixen er også nesten helt identiske med egenskapene til A-formen av DNA.
3. Avslutning (slutt på transkripsjon) bestemmes av en spesiell DNA-nukleotidsekvens som ligger i operonterminatorsonen.
Det er to typer terminatorer i bakterieoperoner:
- ρ (rho)- uavhengige terminatorer (type I);
- ρ - avhengige terminatorer (type II).
Ris. 31. ρ- uavhengig transkripsjonsterminering i bakterier
ρ-uavhengige terminatorer består av sekvenser som representerer en invertert repetisjon - et palindrom (fig. 31), og er lokalisert 16-20 nukleotidpar fra termineringspunktet. Palindromer(sekvenser som leser det samme fra venstre til høyre og fra høyre til venstre) ρ- uavhengige terminatorer inneholder et stort antall G-C-repetisjoner. Bak denne delen av malkjeden er det en oligo (A) sekvens (4-8 adenylnukleotider på rad). Transkripsjon i den palindromiske regionen fører til det faktum at i det resulterende RNA-transkriptet dannes raskt et stabilt element av sekundær struktur - en "hårnål" - en spiralformet region som inneholder komplementære
G-C-par. "Hårnålen" forstyrrer styrken til DNA-RNA-bindingen i det åpne komplekset. I tillegg fører transkripsjon av oligo(A)-sekvensen i malkjeden til dannelsen av en DNA-RNA-hybridseksjon sammensatt av svake A-U-par, som også bidrar til ødeleggelse av kontakten mellom DNA og RNA.
ρ-avhengige terminatorer. En av transkripsjonsfaktorene til prokaryoter er proteinet ρ . ρ -faktor er et protein med en kvartær struktur som har ATPase-aktivitet. Det er i stand til å binde seg til 5-enden av det syntetiserte RNA på omtrent 50 nukleotider langt. ρ -faktor beveger seg langs RNA med samme hastighet som RNA-polymerase beveger seg langs DNA. På grunn av det faktum at det er mange G-C-par (med tre hydrogenbindinger) i terminatoren, bremses RNA-polymerase i terminatorregionen, ρ -faktor innhenter det, endrer konformasjonen av enzymet, og RNA-syntese stopper (fig. 32).
Tre nøkkelhendelser forekommer på begge typer terminatorer:
RNA-syntese stopper;
RNA-kjeden er frigjort fra DNA;
RNA-polymerase frigjøres fra DNA.
Uttrykket av alle gener begynner med transkripsjonen av deres nukleotidsekvens. Transkripsjon er prosessen med å oversette informasjon skrevet på språket til deoksyribonukleotidsekvensen i betydningen av DNA-strengen til språket til ribonukleotidsekvensen i mRNA. I dette tilfellet brukes en viss del av en av de to DNA-kjedene (antisense) som mal for RNA-syntese gjennom komplementær baseparing.
Enzymer som katalyserer transkripsjonsprosessen er DNA-avhengige RNA-polymeraser. Dessuten, i prokaryoter, for eksempel i Escherichia coli-celler, ble det bare funnet én type av dette enzymet, som syntetiserer alle tre typer RNA (mRNA, tRNA, rRNA). I motsetning til dette har eukaryoter tre forskjellige DNA-avhengige RNA-polymeraser, som hver er ansvarlig for transkripsjonen av gener som koder for forskjellige typer cellulært RNA. Transkripsjonsprosessen, så vel som dens enzymatiske utstyr, er best studert i prokaryoter. Bakterielle RNA-polymeraser er komplekse proteiner som består av flere forskjellige underenheter. Det mest studerte enzymet er holoenzym RNA-polymerase av E. coli, som inneholder fem forskjellige polypeptidunderenheter: to a-kjeder, en b- og en b'-kjeder, s- og w-kjeder. En alternativ form av enzymet kalt mate eller minienzym, mangler s-underenheten. Kjerneenzymet katalyserer de fleste DNA-til-RNA-transkripsjonsreaksjoner, men kan ikke sette i gang RNA-syntese på ønsket sted fordi det ikke er i stand til å gjenkjenne promotersteder. Nøyaktig binding og initiering ved promotorer skjer bare etter tilsetning av sd-underenheten til kjerneenzymet og dannelsen av holoenzymet.
Som andre malprosesser inkluderer transkripsjon 3 stadier: initiering, forlengelse og avslutning.
Igangsetting av transkripsjon. Denne prosessen krever: et holoenzym, en spesiell sekvens av nukleotider i DNA (promoter) og et sett med nukleosidtrifosfater. Transkripsjon initieres av dannelsen av et stabilt kompleks mellom holoenzymet og en spesifikk sekvens kalt promoteren, som er lokalisert i begynnelsen av alle transkripsjonsenheter. En promoter er en seksjon av et DNA-molekyl som består av omtrent 40 nukleotidpar og lokalisert rett før transkripsjonsinitieringsstedet. Den skiller to viktige og ganske konservative sekvenser i komposisjonen. En av dem består av seks eller syv nukleotider (vanligvis TATAAT) og er lokalisert i en avstand på omtrent 10 nukleotider fra det første transkriberte nukleotidet (+1); dette signalet er vanligvis utpekt som 10-sekvensen, eller Pribnow-Box, til ære for oppdageren. På dette stedet binder RNA-polymerase seg til DNA. Den andre sekvensen er lokalisert i en avstand på ~ 35 nukleotider til initieringsstedet og fungerer som et promotergjenkjenningssted for RNA-polymerase (fig. 3.1).
Når RNA-polymerase binder seg til en promoter, skjer lokal avvikling av DNA-dobbelhelixen og et åpent promoterkompleks dannes. Den kopierer nukleotidsekvensen til sense, eller (+)-streng av DNA, med en 5→3'-retning. I dette tilfellet begynner syntesen av mRNA alltid med nukleotidene A eller G. Den andre, antisense DNA-strengen, fungerer som en mal for syntesen av RNA-kjeden (fig. 3.2).
Transkripsjon ligner replikasjon ved at rekkefølgen av ribonukleotidtilsetning bestemmes ved komplementær baseparing (figur 3.2). Etter dannelsen av de første få fosfodiesterbindingene (vanligvis 5-10), separeres d-subenheten fra initieringskomplekset, og videre transkripsjon utføres ved bruk av kjerneenzymet.
Transkripsjonsforlengelse. Den voksende RNA-strengen forblir bundet til enzymet og paret i dens voksende ende med en del av malstrengen. Resten av den resulterende kjeden er ikke assosiert med verken enzymet eller DNA. Når transkripsjonen fortsetter, fungerer korenzymet som beveger seg langs DNA-tråden som en glidelås, og vikler av den doble helixen, som lukkes bak enzymet og gjenoppretter dens opprinnelige dupleksstruktur. DNA-området "åpnet" av enzymet forlenger bare noen få nukleotidpar (fig. 3.3).
RNA vokser i retning fra 5' til 3'-enden langs mal (-)-strengen, orientert i 3'→5'-retningen, dvs. antiparallell. Transkripsjon fortsetter kontinuerlig til enzymet når.
Avslutning av transkripsjon. DNA-sekvenser som fungerer som signaler for å stoppe transkripsjon kalles transkripsjonsterminatorer. De inneholder inverterte repetisjoner, på grunn av hvilke 3'-endene av RNA-transkripter folder seg for å danne pigger av forskjellige lengder (fig. 3.4).
To typer termineringssignaler er oppdaget - r-avhengige og r-uavhengige terminatorer. r er et oligomert protein som binder seg tett til RNA og i denne tilstanden hydrolyserer ATP til ADP og uorganisk fosfat. I en modell er virkningen av r-proteinet forklart av det faktum at det binder seg til den syntetiserte RNA-strengen og beveger seg langs den i 5'→3'-retningen til stedet for RNA-syntese; energien som er nødvendig for dens bevegelse frigjøres under hydrolysen av ATP. Hvis r-proteinet møter en hårnål som dannes i RNA, stopper det polymerasen, som kan fortsette transkripsjonen. Mekanismen for r-uavhengig avslutning er mindre godt studert, og mye er fortsatt uklart.
I de fleste tilfeller er de primære transkripsjonene produsert på måten beskrevet ovenfor ikke modne RNA-molekyler, men krever en modningsprosess kalt RNA-behandling. Behandling er veldig forskjellig for prokaryote og eukaryote RNA.
I prokaryoter fungerer primære transkripter, generert ved transkripsjon av proteinkodende gener, som mRNA uten påfølgende modifikasjon eller prosessering. Dessuten begynner oversettelsen av mRNA ofte selv før fullføringen av syntesen av 3'-enden av transkripsjonen. En helt annen situasjon er observert for prokaryote rRNA- og tRNA-molekyler. I dette tilfellet blir klynger av rRNA- eller tRNA-gener ofte transkribert for å danne en enkelt RNA-streng. For dannelse av modne funksjonelle former må spesifikk kutting av primære RNA-transkripsjoner og modifikasjoner skje. Disse molekylære hendelsene kalles RNA-behandling eller post-transkripsjonell modifikasjon. Den første spaltningen av primære transkripter til fragmenter som inneholder enten tRNA- eller 16S-, 23S- eller 5S-rRNA-sekvenser utføres av endonukleasen RNase III. Dens mål er korte RNA-duplekser dannet under intramolekylær baseparing i sekvensene som flankerer hver av RNA segmenter. Disse komplementære sekvensene danner hårnåler, der RNase introduserer pauser, hvoretter de ekstra sekvensene til spacer-regionene fjernes av andre RNaser. tRNA-molekyler syntetiseres først som pro-tRNA, som er ~20% lengre enn det modne. Ekstra sekvenser lokalisert ved 5'- og 3'-endene fjernes av ribonukleasene Q og P. I tillegg, for dannelse av et modent funksjonelt tRNA, spesifikk modifikasjon av basene og tilsetning av ett, to eller alle tre nukleotidene av de 3 '-CCA må tilsynelatende forekomme -end (akseptorgren).
RNA-modning i eukaryoter er mye mer kompleks. For det første har eukaryoter en kjerne, som er skilt fra cytoplasmaet med en kjernemembran. I kjernen skjer dannelsen av primære transkripsjoner, som er lengre enn det cytoplasmatiske mRNA som er involvert i translasjonen. Derfor må dannelsen av modent mRNA i eukaryoter innledes med fjerning av introner fra sekvensen til et hnRNA-transkript (denne prosessen kalles skjøting fra engelsk å spleise - å veve, spleise). Etter å ha fjernet sekvensene som tilsvarer intronene, seksjonene som er transkribert fra eksoner. Spleising katalyseres av komplekser av proteiner med RNA (snRNP), som, i samspill med hnRNA, danner spleisesomt. Det antas at RNA-komponenten har katalytisk aktivitet i spleisesomet. Slike RNA kalles ribozymer. Skjøtestedet bestemmes i splicsomes med høy nøyaktighet, siden en feil på til og med 1 nukleotid kan føre til forvrengning av proteinstrukturen. For nøyaktig gjenkjennelse inneholder introner spesifikke sekvenser - signaler.
I tillegg til spleising, gjennomgår mRNA i eukaryoter modifikasjon: ved 5'-enden syntetiseres en "hette" - en struktur som er en metylert guanosintrifosfatrest, som beskytter RNA fra hydrolyse av 5'-eksonukleaser. I 3'-enden av pro-mRNA syntetiseres en polyadenylatsekvens på 150-200 nukleotider lang, som kalles "halen". Disse strukturene er involvert i reguleringen av eukaryotisk genuttrykk. Behandling av rRNA og tRNA i eukaryoter er lik den i prokaryoter.
DNA, bæreren av all genetisk informasjon i en celle, deltar ikke direkte i syntesen av proteiner. I dyre- og planteceller er DNA-molekyler inneholdt i kromosomene i kjernen og separeres av kjernemembranen fra cytoplasma, hvor proteinsyntese finner sted. En informasjonsbærende budbringer sendes fra kjernen til ribosomene, stedet for proteinsamling, og er i stand til å passere gjennom porene i kjernemembranen. Et slikt mellomledd er messenger-RNA (i-RNA). I henhold til komplementaritetsprinsippet leses det fra DNA med deltagelse av et enzym kalt RNA-polymerase. Prosessen med å lese (eller rettere sagt, kopiere), eller syntetisere RNA, utført av RNA-polymerase, kalles transkripsjon (latin transcriptio - omskrivning). Messenger-RNA er et enkelttrådet molekyl, og transkripsjon skjer fra en tråd av et dobbelttrådet DNA-molekyl. Hvis den transkriberte DNA-strengen inneholder nukleotid G, inkluderer RNA-polymerase C i RNA, hvis det er T, inkluderer det A, hvis det er A, inkluderer det y (RNA inkluderer ikke T) (fig. 46). Lengden på hvert mRNA-molekyl er hundrevis av ganger kortere enn DNA. Messenger-RNA er ikke en kopi av hele DNA-molekylet, men bare en del av det - ett gen eller en gruppe tilstøtende gener som bærer informasjon om strukturen til proteiner som er nødvendige for å utføre en funksjon. Hos prokaryoter kalles en slik gruppe gener et operon. Du vil lese om hvordan gener kombineres til et operon og hvordan transkripsjon kontrolleres i avsnittet om proteinbiosyntese. I begynnelsen av hvert operon er det en slags landingspute for RNA-polymerase, kalt en promoter. Dette er en spesifikk sekvens av DNA-nukleotider som enzymet gjenkjenner på grunn av kjemisk affinitet. Bare ved å feste seg til promoteren er RNA-polymerase i stand til å starte syntesen av mRNA. Etter å ha nådd slutten av operonet, møter enzymet et signal (i form av en spesifikk nukleotidsekvens) som indikerer slutten av lesingen. Det ferdige mRNA forlater DNA og går til stedet for proteinsyntese. I den beskrevne transkripsjonsprosessen kan fire stadier skilles:
1) Binding av RNA-polymerase til promoteren;
2) Initiering - begynnelsen av syntese. Den består i dannelsen av den første fosfodiesterbindingen mellom ATP eller GTP og det andre nukleotidet til det syntetiserte mRNA-molekylet;
3) forlengelse - veksten av en RNA-kjede, dvs. sekvensiell tilsetning av nukleotider til hverandre i den rekkefølgen komplementære nukleotider vises i den transkriberte DNA-strengen. Forlengelseshastigheten når 50 nukleotider per sekund;
4) terminering - fullføring av mRNA-syntese.
I biologi vurderes prosessene med transkripsjon og translasjon innenfor rammen av proteinbiosyntese. Selv om ingen proteinsyntese skjer under transkripsjonsprosessen. Men uten det er oversettelse (dvs. direkte proteinsyntese) umulig. Transkripsjon går foran oversettelse.
Transkripsjon og translasjon som skjer i celler er i samsvar med det såkalte dogmet om molekylærbiologi (fremsatt av F. Crick på midten av 1900-tallet): informasjonsflyten i cellene går i retning fra nukleinsyrer (DNA og RNA). ) til proteiner, men aldri omvendt (det vil si fra proteiner til nukleinsyrer). Dette betyr at nukleinsyre kan tjene som en informasjonsmatrise for proteinsyntese, men protein kan ikke fungere som sådan for nukleinsyresyntese.
Transkripsjon
Transkripsjon er syntesen av et RNA-molekyl på et DNA-molekyl. Det vil si at DNA fungerer som en mal for RNA-syntese.
Transkripsjon katalyseres av en rekke enzymer, den viktigste er RNA-polymerase. Det bør huskes at enzymer hovedsakelig er proteiner (dette gjelder også RNA-polymerase).
RNA-polymerase beveger seg langs den doble DNA-strengen, skiller trådene, og på en av dem bygger i henhold til komplementaritetsprinsippet et RNA-molekyl fra nukleotider som flyter i kjernen. Dermed er RNA i hovedsak identisk med en del av en annen DNA-kjede (som syntese ikke skjer på), siden kjedene til DNA-molekylet også er komplementære til hverandre. Bare i RNA erstattes tymin med uracil.
Syntesen av nukleinsyrer skjer i retning fra 5"-enden av molekylene til deres 3"-ende. I dette tilfellet er de komplementære kjedene alltid antiparallelle (rettet i forskjellige retninger). Derfor syntetiseres RNA i seg selv i 5"→3"-retningen, men langs DNA-kjeden beveger det seg i sin 3"→5"-retning.
Den delen av DNA hvor transkripsjon skjer (transkripsjon, operon) består av tre deler: en promoter, et gen (i tilfelle av mRNA, generelt, den transkriberte delen) og en terminator.
For å sette i gang (starte) transkripsjon trengs ulike proteinfaktorer som festes til promoteren, hvoretter RNA-polymerase kan festes til DNA.
Avslutning (slutt) av transkripsjon skjer etter at RNA-polymerase møter et av stoppkodonene.
I eukaryote celler skjer transkripsjon i kjernen. Etter syntese gjennomgår RNA-molekyler her modning (unødvendige seksjoner kuttes ut av dem, molekylene får den tilsvarende sekundære og tertiære strukturen). Deretter kommer ulike typer RNA inn i cytoplasmaet, hvor de deltar i neste prosess etter transkripsjon - oversettelse.
Kringkaste
Translasjon er syntesen av en polypeptid (protein) kjede på et messenger RNA molekyl. På en annen måte kan translasjon beskrives som oversettelse av informasjon kodet ved hjelp av nukleotider (kodontripletter) til informasjon representert som en sekvens av aminosyrer. Denne prosessen skjer med deltakelse av ribosomer (som inkluderer ribosomalt RNA) og overførings-RNA. Dermed deltar alle tre hovedtyper av RNA i direkte proteinsyntese.
Under translasjon festes ribosomer til begynnelsen av mRNA-kjeden og beveger seg deretter langs den mot slutten. I dette tilfellet oppstår proteinsyntese.
Inne i ribosomet er det to "flekker" hvor to tRNA kan passe. Overførings-RNA-er som kommer inn i ribosomet bærer én aminosyre. Inne i ribosomet er den syntetiserte polypeptidkjeden festet til en nylig ankommet aminosyre bundet til tRNA. Deretter flyttes dette tRNA til et annet "sted", og det "gamle" som allerede er fri fra den voksende polypeptidkjeden av tRNA, fjernes fra det. Et annet tRNA med en aminosyre kommer inn i det ledige rommet. Og prosessen gjentar seg.
Det aktive sentrum av ribosomet katalyserer dannelsen av en peptidbinding mellom den nylig ankomne aminosyren og den tidligere syntetiserte delen av proteinet.
To kodoner (totalt 6 nukleotider) av mRNA er plassert i ribosomet. Antikodonene til tRNA som kommer inn i ribosomet må være komplementære til kodonene som ribosomet "sitter på". Ulike aminosyrer tilsvarer forskjellige tRNA-er (forskjellig i deres antikodoner).
Dermed bærer hvert tRNA sin egen aminosyre. Det bør huskes at det bare er rundt 20 aminosyrer involvert i proteinbiosyntesen, og det er omtrent 60 sense-kodoner (som angir aminosyre). Derfor kan forskjellige tRNA-er bære den samme aminosyren, men deres antikodoner tilsvarer den samme aminosyren.
Først etablerer du sekvensen av trinn i proteinbiosyntese, og starter med transkripsjon. Hele sekvensen av prosesser som skjer under syntesen av proteinmolekyler kan kombineres i 2 stadier:
Transkripsjon.
Kringkaste.
De strukturelle enhetene til arvelig informasjon er gener - deler av DNA-molekylet som koder for syntesen av et spesifikt protein. Når det gjelder kjemisk organisering, er ikke materialet for arv og variasjon hos pro- og eukaryoter fundamentalt forskjellig. Det genetiske materialet i dem presenteres i DNA-molekylet; prinsippet om å registrere arvelig informasjon og den genetiske koden er også vanlig. De samme aminosyrene i pro- og eukaryoter er kryptert av de samme kodonene.
Genomet til moderne prokaryote celler er preget av en relativt liten størrelse, DNAet til E. coli har form som en ring, omtrent 1 mm lang. Den inneholder 4 x 10 6 nukleotidpar, og danner omtrent 4000 gener. I 1961 oppdaget F. Jacob og J. Monod den cistroniske, eller kontinuerlige organiseringen av prokaryote gener, som utelukkende består av kodende nukleotidsekvenser, og de blir fullstendig realisert under proteinsyntese. Arvestoffet til DNA-molekylet til prokaryoter befinner seg direkte i cytoplasmaet til cellen, hvor også tRNA og enzymer som er nødvendige for genuttrykk befinner seg.Uttrykk er den funksjonelle aktiviteten til gener, eller uttrykket av gener. Derfor kan mRNA syntetisert fra DNA umiddelbart utføre funksjonen til en mal i prosessen med translasjon av proteinsyntese.
Det eukaryote genomet inneholder betydelig mer arvelig materiale. Hos mennesker er den totale lengden av DNA i det diploide settet av kromosomer omtrent 174 cm. Det inneholder 3 x 10 9 par nukleotider og inkluderer opptil 100 000 gener. I 1977 ble diskontinuitet i strukturen til de fleste eukaryote gener oppdaget, kalt "mosaikk"-genet. Det er preget av kodende nukleotidsekvenser eksonisk Og intronisk tomter. Kun informasjon fra eksoner brukes til proteinsyntese. Antall introner varierer i ulike gener. Det er blitt fastslått at kylling-ovalbumingenet inkluderer 7 introner, og pattedyrprokollagengenet inkluderer 50. Funksjonene til tause DNA-introner har ikke blitt fullstendig belyst. Det antas at de gir: 1) strukturell organisering av kromatin; 2) noen av dem er åpenbart involvert i reguleringen av genuttrykk; 3) introner kan betraktes som et lager av informasjon for variabilitet; 4) de kan spille en beskyttende rolle ved å ta på seg virkningen av mutagener.
Transkripsjon
Prosessen med å omskrive informasjon i cellekjernen fra en del av et DNA-molekyl til et mRNA-molekyl (mRNA) kalles transkripsjon(Latin Transcriptio - omskriving). Det primære genproduktet, mRNA, syntetiseres. Dette er det første stadiet av proteinsyntese. På det tilsvarende DNA-stedet gjenkjenner enzymet RNA-polymerase tegnet for starten av transkripsjon - promotor. Utgangspunktet er det første DNA-nukleotidet som er inkorporert i RNA-transkriptet av enzymet. Som regel begynner kodende regioner med kodonet AUG; noen ganger brukes GUG i bakterier. Når RNA-polymerase binder seg til promoteren, skjer lokal avvikling av DNA-dobbelthelixen og en av trådene kopieres i henhold til komplementaritetsprinsippet. mRNA syntetiseres, dens monteringshastighet når 50 nukleotider per sekund. Når RNA-polymerase beveger seg, vokser mRNA-kjeden, og når enzymet når slutten av kopieringsområdet - terminator, beveger mRNA seg bort fra malen. DNA-dobbelthelixen bak enzymet gjenopprettes.
Transkripsjon av prokaryoter skjer i cytoplasmaet. På grunn av det faktum at DNA utelukkende består av kodende nukleotidsekvenser, fungerer derfor det syntetiserte mRNA umiddelbart som en mal for translasjon (se ovenfor).
Transkripsjon av mRNA i eukaryoter skjer i kjernen. Det begynner med syntesen av store molekyler - forløpere (pro-mRNA), kalt umodent, eller kjernefysisk RNA. Det primære produktet av genet - pro-mRNA er en eksakt kopi av den transkriberte delen av DNA, inkluderer eksoner og introner. Prosessen med å danne modne RNA-molekyler fra forløpere kalles behandling. mRNA-modning skjer ved skjøting- disse kuttes av enzymer restriksjonsenzym introner og kobling av regioner med transkriberte eksonsekvenser av ligaseenzymer. (Fig.) Modent mRNA er mye kortere enn forløpermolekylene til pro-mRNA, størrelsen på intronene i dem varierer fra 100 til 1000 nukleotider eller mer. Introner står for omtrent 80 % av alt umodent mRNA.
Det har nå vist seg mulig alternativ skjøting, hvor nukleotidsekvenser kan fjernes fra ett primært transkript i forskjellige deler av det og flere modne mRNA-er vil bli dannet. Denne typen spleising er typisk i immunglobulingensystemet hos pattedyr, som gjør det mulig å danne ulike typer antistoffer basert på ett mRNA-transkript.
Når behandlingen er fullført, velges det modne mRNA før det går ut av kjernen. Det er fastslått at bare 5 % av modent mRNA kommer inn i cytoplasmaet, og resten spaltes i kjernen.
Kringkaste
Translasjon (latin Translatio - transfer, transfer) er oversettelse av informasjon som finnes i nukleotidsekvensen til et mRNA-molekyl til aminosyresekvensen til en polypeptidkjede (fig. 10). Dette er den andre fasen av proteinsyntesen. Overføringen av modent mRNA gjennom porene i kjernekappen produseres av spesielle proteiner som danner et kompleks med RNA-molekylet. I tillegg til å transportere mRNA, beskytter disse proteinene mRNA fra de skadelige effektene av cytoplasmatiske enzymer. I translasjonsprosessen spiller tRNA en sentral rolle; de sikrer nøyaktig matching av aminosyren til koden til mRNA-tripletten. Translasjons-dekodingsprosessen skjer i ribosomer og utføres i retning fra 5 til 3. Komplekset av mRNA og ribosomer kalles et polysom.
Under oversettelse kan tre faser skilles: initiering, forlengelse og terminering.
Initiering.
På dette stadiet er hele komplekset som er involvert i syntesen av proteinmolekylet satt sammen. De to ribosomale underenhetene er forent i en bestemt del av mRNA, det første aminoacyl-tRNA er festet til det, og dette setter informasjonsleserammen. I ethvert m-RNA-molekyl er det en region som er komplementær til r-RNA-en til den lille ribosomale underenheten og er spesifikt kontrollert av den. Ved siden av ligger det initierende startkodonet AUG, som koder for aminosyren metionin.Initieringsfasen avsluttes med dannelsen av et kompleks: ribosom, -mRNA-initierende aminoacyl-tRNA.
Forlengelse
— den inkluderer alle reaksjoner fra dannelsen av den første peptidbindingen til tilsetningen av den siste aminosyren. Ribosomet har to steder for binding av to tRNA-molekyler. I en region, peptidyl (P), er det første t-RNA med aminosyren metionin, og syntesen av et hvilket som helst proteinmolekyl begynner med det. Det andre tRNA-molekylet går inn i den andre delen av ribosomet, aminoacyldelen (A), og fester seg til kodonet. En peptidbinding dannes mellom metionin og den andre aminosyren. Det andre tRNA-et beveger seg sammen med sitt mRNA-kodon til peptidylsenteret. Bevegelsen av t-RNA med en polypeptidkjede fra aminoacylsenteret til peptidylsenteret er ledsaget av fremføring av ribosomet langs m-RNA med et trinn som tilsvarer ett kodon. T-RNA som leverte metionin går tilbake til cytoplasmaet, og amnoacylsenteret frigjøres. Den mottar et nytt t-RNA med en aminosyre kryptert av neste kodon. Det dannes en peptidbinding mellom den tredje og andre aminosyren og den tredje t-RNA flytter sammen med m-RNA kodonet til peptidylsenteret Prosessen med forlengelse, forlengelse av proteinkjeden. Det fortsetter til ett av de tre kodonene som ikke koder for aminosyrer kommer inn i ribosomet. Dette er et terminatorkodon og det er ikke noe tilsvarende tRNA for det, så ingen av tRNAene kan ta plass i aminoacylsenteret.
Avslutning
– fullføring av polypeptidsyntese. Det er assosiert med gjenkjennelsen av et spesifikt ribosomalt protein av et av termineringskodonene (UAA, UAG, UGA) når det kommer inn i aminoacylsenteret. En spesiell termineringsfaktor er festet til ribosomet, som fremmer separasjon av ribosomale underenheter og frigjøring av det syntetiserte proteinmolekylet. Vann tilsettes til den siste aminosyren i peptidet og karboksylenden separeres fra tRNA.
Sammenstillingen av peptidkjeden skjer ved høy hastighet. I bakterier ved en temperatur på 37°C uttrykkes det ved tilsetning av 12 til 17 aminosyrer per sekund til polypeptidet. I eukaryote celler legges to aminosyrer til et polypeptid hvert sekund.
Den syntetiserte polypeptidkjeden går deretter inn i Golgi-komplekset, hvor konstruksjonen av proteinmolekylet er fullført (den andre, tredje og fjerde strukturen vises sekvensielt). Det er her proteinmolekyler kombineres med fett og karbohydrater.
Hele prosessen med proteinbiosyntese presenteres i form av et diagram: DNA ® pro mRNA ® mRNA ® polypeptidkjede ® protein ® kompleksdannelse av proteiner og deres transformasjon til funksjonelt aktive molekyler.
Stadiene for implementering av arvelig informasjon fortsetter også på en lignende måte: først blir den transkribert til nukleotidsekvensen til mRNA, og deretter oversatt til aminosyresekvensen til et polypeptid på ribosomer med deltakelse av tRNA.
Transkripsjon i eukaryoter utføres under påvirkning av tre nukleære RNA-polymeraser. RNA-polymerase 1 er lokalisert i nukleolus og er ansvarlig for transkripsjonen av rRNA-gener. RNA-polymerase 2 finnes i kjernesaft og er ansvarlig for syntesen av forløper-mRNA. RNA-polymerase 3 er en liten fraksjon i kjernesaften som syntetiserer små rRNA og tRNA. RNA-polymeraser gjenkjenner spesifikt nukleotidsekvensen til en transkripsjonspromotor. Eukaryotisk mRNA syntetiseres først som en forløper (pro-mRNA), og informasjon fra eksoner og introner overføres til den. Det syntetiserte mRNA er større enn nødvendig for translasjon og er mindre stabilt.
Under modningen av mRNA-molekylet blir introner skåret ut ved hjelp av restriksjonsenzymer, og eksoner blir sydd sammen ved hjelp av ligaseenzymer. Modningen av mRNA kalles prosessering, og sammenføyningen av eksoner kalles spleising. Således inneholder modent mRNA bare eksoner og er mye kortere enn forgjengeren, pro-mRNA. Størrelsen på introner varierer fra 100 til 10 000 nukleotider eller mer. Intons står for omtrent 80 % av alt umodent mRNA. Muligheten for alternativ spleising er nå bevist, der nukleotidsekvenser kan fjernes fra ett primært transkript i forskjellige deler av det og flere modne mRNA-er vil bli dannet. Denne typen spleising er typisk i immunglobulingensystemet hos pattedyr, som gjør det mulig å danne ulike typer antistoffer basert på ett mRNA-transkript. Etter fullført prosessering velges det modne mRNA før det frigjøres til cytoplasmaet fra kjernen. Det er fastslått at bare 5 % av modent mRNA kommer inn, og resten spaltes i kjernen. Transformasjonen av primære transkripsjoner av eukaryote gener, assosiert med deres ekson-intron-organisasjon, og i forbindelse med overgangen av modent mRNA fra kjernen til cytoplasmaet, bestemmer funksjonene ved implementeringen av genetisk informasjon om eukaryoter. Derfor er det eukaryote mosaikkgenet ikke et cistrongen, siden ikke hele DNA-sekvensen brukes til proteinsyntese.