Transkription (biologi)

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 2 april 2020; kontroller kräver 9 redigeringar .

Transkription (från latin  transcriptio "omskrivning") är processen för RNA-  syntes som sker i alla levande celler med hjälp av DNA som mall ; överföring av genetisk information från DNA till RNA.

Transkription katalyseras av enzymet DNA-beroende RNA-polymeras. RNA-polymeras rör sig längs DNA-molekylen i 3`-5`-riktningen [1] .

Om vi ​​talar om transkription av proteinkodande regioner, så är enheten för bakteriell transkription en operon  - ett fragment av en DNA-molekyl som består av en promotor (en operatör till vilken repressorproteinet binder), en transkriberad del (som kan innehålla flera proteinkodande sekvenser) och en terminator. I eukaryoter innehåller den transkriberade delen vanligtvis en enda proteinkodande sekvens.

DNA-kedjan som fungerar som mall för att fullborda RNA kallas kodning eller mall . Sekvensen som resulterar från sådan RNA-syntes kommer att vara identisk med sekvensen för den icke-kodande DNA-strängen (exklusive ersättning av tymin -DNA med uracil -RNA) enligt komplementaritetsprincipen .

Transkription av pro- och eukaryoter

Hos bakterier katalyseras transkriptionen av ett enda RNA-polymeras. Den består av en huvuddel av fem subenheter (α 2 ββ'ω) och en σ subenhet (sigmafaktor) som bestämmer bindning till promotorn och är den enda transkriptionsinitiatorn. I Escherichia coli , till exempel, är den vanligaste formen av sigmafaktorn σ 70 .

Eukaryota celler innehåller minst 3 RNA-polymeraser , medan växter innehåller 5, som kräver en uppsättning faktorer för initiering och förlängning. RNA-polymeras II  är huvudenzymet i eukaryota celler som katalyserar transkriptionen av proteinkodande mRNA (och vissa andra RNA).

I bakterier modifieras inte mRNA på något sätt efter transkription, och translation kan ske direkt under transkription . I eukaryota celler modifieras mRNA i kärnan - en 5'-kapsel hängs på den och en 3'-polyA-svans syntetiseras, splitsning sker . mRNA:t kan sedan komma in i cytoplasman, där translation kommer att ske.

Transkriptionsprocess

Transkription består av stadierna initiering, förlängning och avslutning.

Initiering

Transkriptionsinitiering är processen för DNA-beroende RNA-polymeras som binder till en promotor och bildar ett stabilt komplex för att fortsätta transkriptionen.

Transkriptionsinitiering kan delas upp i flera steg [2] .

  1. RNA-polymeras (tillsammans med transkriptionsinitieringsfaktorer i eukaryoter) binder till en promotor för att bilda ett slutet komplex . I denna form är DNA-dubbelhelixen belägen inuti komplexet.
  2. Förvandling till ett öppet komplex . DNA-helixen på ett avstånd av cirka 13 baspar från transkriptionsstartpunkten smälter, det vill säga DNA-strängarna separeras från varandra. Sektionen av DNA-strängar som har separerats kallas transkriptionsbubblan.
  3. Strängseparation ger tillgång till den icke-kodande DNA-strängen. De två första ribonukleotiderna ligger i linje med mall-DNA:t och går samman. Ytterligare förlängning av RNA sker när ribonukleotider fästs till 3'-änden av kedjan. Att sammanfoga de första 10 nukleotiderna är en ineffektiv process, så transkriptionen avslutas ofta i detta skede, ett kort transkript frigörs och syntesen startar igen. Denna polymerasglidning kallas abortiv transkription .
  4. Så snart polymeras-promotorkomplexet bildar ett transkript längre än 10 nukleotider, blir det tillräckligt stabilt för att fortsätta transkriptionen och går in i förlängningsstadiet. Kallas även promotorundvikande .

Transkriptionsinitiering är en komplex process som beror på DNA-sekvensen nära den transkriberade sekvensen (och i eukaryoter även på mer avlägsna delar av genomförstärkarna och ljuddämparna ) och på närvaron eller frånvaron av olika proteinfaktorer .

Förlängning

Övergångsögonblicket för RNA-polymeras från transkriptionsinitiering till förlängning har inte bestämts exakt. Tre biokemiska huvudhändelser kännetecknar denna övergång i fallet med E. coli RNA-polymeras : separationen av sigmafaktorn, den första translokationen av enzymmolekylen längs mallen och den starka stabiliseringen av transkriptionskomplexet, som förutom RNA polymeras, inkluderar en växande RNA-sträng och transkriberat DNA. Samma fenomen är karakteristiska för eukaryota RNA-polymeraser. Övergången från initiering till förlängning åtföljs av brytning av bindningar mellan enzymet, promotorn , transkriptionsinitieringsfaktorerna och, i vissa fall, av övergången av RNA-polymeras till ett tillstånd av förlängningskompetens (till exempel fosforylering av CTD -domänen i RNA-polymeras II). Förlängningsfasen slutar efter frisättningen av det växande transkriptet och dissociering av enzymet från mallen (terminering).

Vid förlängningsstadiet är ungefär 18 baspar av nukleotider otvinnade i DNA . Ungefär 12 nukleotider av mallsträngen av DNA bildar en hybridhelix med en växande ände av RNA-kedjan. När RNA-polymeraset rör sig längs mallen sker avlindning framför den, och återställandet av DNA-dubbelhelixen sker bakom den. Samtidigt frigörs nästa länk i den växande RNA-kedjan från komplexet med mallen och RNA-polymeraset. Dessa rörelser måste åtföljas av relativ rotation av RNA-polymeraset och DNA. Det är svårt att föreställa sig hur detta kan hända i en cell, speciellt vid kromatintranskription . Därför är det möjligt att för att förhindra sådan rotation, RNA-polymeras som rör sig längs DNA åtföljs av topoisomeraser .

Förlängning utförs med hjälp av de viktigaste förlängningsfaktorerna som är nödvändiga för att processen inte ska avbrytas i förtid [3] .

Nyligen har bevis dykt upp som visar att regulatoriska faktorer också kan reglera förlängning. RNA-polymeras pausar vid vissa regioner av genen under förlängning . Detta är särskilt tydligt vid låga koncentrationer av substrat . I vissa delar av matrisen, långa förseningar i främjandet av RNA-polymeras, den så kallade. pauser observeras även vid optimala koncentrationer av substrat. Varaktigheten av dessa pauser kan styras av förlängningsfaktorer.

Uppsägning

Bakterier har två mekanismer för att avsluta transkription:

Transkriptionsterminering i eukaryoter studeras mindre. Det slutar med RNA-skärning, varefter enzymet lägger till flera adeniner (…AAAA) till sin 3'-ände, vars antal bestämmer stabiliteten hos detta transkript [4] .

Transkriptionsfabriker

Det finns ett antal experimentella data som indikerar att transkription utförs i de så kallade transkriptionsfabrikerna: enorma, enligt vissa uppskattningar, upp till 10 M Da - komplex som innehåller cirka 8 RNA-polymeraser II och komponenter av efterföljande bearbetning och splitsning , som samt korrigering av det nyligen syntetiserade transkriptet [5] . I cellkärnan sker ett konstant utbyte mellan pooler av lösligt och involverat RNA-polymeras. Aktivt RNA-polymeras är involverat i ett sådant komplex, som i sin tur är en strukturell enhet som organiserar kromatinkomprimering . Nya data [6] indikerar att transkriptionsfabriker även existerar i frånvaro av transkription, de är fixerade i cellen (det är ännu inte klart om de interagerar med cellens kärnmatris eller inte) och representerar ett oberoende nukleärt underavdelning. Transkriptionsfabrikskomplexet innehållande RNA-polymeras I, II eller III analyserades med masspektrometri. [7]

Omvänd transkription

Vissa virus (som det mänskliga immunbristviruset som orsakar HIV-infektion ) har förmågan att transkribera RNA till DNA. HIV har ett RNA- genom som integreras i DNA. Som ett resultat kan virusets DNA kombineras med värdcellens genom. Det huvudsakliga enzymet som ansvarar för syntesen av DNA från RNA kallas reversetas . En av funktionerna hos reversetas är att skapa komplementärt DNA (cDNA) från det virala genomet. Det associerade enzymet ribonukleas H klyver RNA och reversetas syntetiserar cDNA från DNA-dubbelhelixen. cDNA:t integreras i värdcellens genom av ett integras . Resultatet är syntesen av virala proteiner av värdcellen, som bildar nya virus. I fallet med HIV programmeras även apoptos (celldöd) av T-lymfocyter . [8] I andra fall kan cellen förbli en distributör av virus.

Vissa eukaryota celler innehåller enzymet telomeras , som också uppvisar omvänd transkriptionsaktivitet. Med dess hjälp syntetiseras repeterande sekvenser i DNA. Telomeras aktiveras ofta i cancerceller för ändlös genomduplicering utan förlust av proteinkodande DNA-sekvens. Vissa RNA-innehållande djurvirus, med användning av RNA-beroende DNA-polymeras, kan syntetisera DNA som är komplementärt till viralt RNA. Den integreras i genomet av en eukaryot cell, där den kan förbli dold i många generationer. Under vissa förhållanden (till exempel exponering för cancerframkallande ämnen) kan virala gener aktiveras och friska celler förvandlas till cancerceller.

Anteckningar

  1. ↑ Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts. Cellens molekylärbiologi . — 4:a. - Garland Science, 2002. - ISBN 978-0-8153-3218-3 , 978-0-8153-4072-0.
  2. ↑ James D. Watson. Genens molekylärbiologi . - W. A. ​​Benjamin, 1965. - 530 sid.
  3. ↑ DB Nikolov, SK Burley. RNA-polymeras II-transkriptionsinitiering: En strukturell vy  //  Proceedings of the National Academy of Sciences. — 1997-01-07. — Vol. 94 , iss. 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 sid. - ISBN 978-0-7637-4063-4 .
  5. ↑ Peter R. Cook. Organisationen för replikering och transkription  (engelska)  // Vetenskap. — 1999-06-11. — Vol. 284 , utg. 5421 . — S. 1790–1795 . — ISSN 1095-9203 0036-8075, 1095-9203 . - doi : 10.1126/science.284.5421.1790 .
  6. ↑ Jennifer A. Mitchell, Peter Fraser. Transkriptionsfabriker är nukleära underavdelningar som finns kvar i frånvaro av transkription  //  Gener & Development. — 2008-01-01. — Vol. 22 , iss. 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. Proteomerna från transkriptionsfabriker som innehåller RNA-polymeraser I, II eller III  //  Nature Methods. — 2011-11. — Vol. 8 , iss. 11 . — S. 963–968 . — ISSN 1548-7105 . - doi : 10.1038/nmeth.1705 .
  8. ↑ Irina Nikolaevna Kolesnikova. Några egenskaper hos mekanismerna för apoptos vid HIV-infektion . - Rostov-on-Don, 2000.
  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger
 Transkription (biologi)
Transkriptionsreglering
_
prokaryoter
eukaryoter
Histonmodifieringsenzymer ( histoner / nukleosom )
_
_
DNA-metyleringDNA-metyltransferas
Kromatin ombyggnad
CHD7
Gemensamt för
pro- och eukaryoter
Aktivering
InitieringStartsida för transkription
Förlängning
Uppsägning