Πώς πραγματοποιείται η μεταγραφή του DNA;
Το RNA παράγεται από το DNA σε μια διαδικασία που ονομάζεται μεταγραφή. Η μεταγραφή εκτελείται από RNA πολυμεράση, η οποία διαβάζει το πρότυπο DNA και προσθέτει συμπληρωματικά νουκλεοτίδια στον κλώνο RNA. Η διαδικασία μεταγραφής μπορεί να έχει πολλές πολυμεράσες σε ένα μόνο πρότυπο και η μεταγραφή μπορεί να πραγματοποιηθεί για πολλούς γύρους.
Το DNA είναι το σχέδιο της ζωής. Είναι οι πληροφορίες βάσει των οποίων λειτουργούν όλα τα κύτταρα μας. Όταν διαβάζουμε για τα κύτταρα και τις λειτουργίες τους, συναντάμε όρους όπως πρωτεΐνες και ένζυμα (πρωτεΐνες που λειτουργούν ως καταλύτες), αλλά έχετε αναρωτηθεί ποτέ πώς ξέρουν τα κύτταρα ποια πρωτεΐνη να φτιάξουν; Ή ποια είναι στην πραγματικότητα η ακριβής δομή της πρωτεΐνης; Αυτή είναι η δουλειά που κάνει το DNA μας. Βασικά λειτουργεί ως μονάδα αποθήκευσης που διατηρεί την αλληλουχία αμινοξέων για κάθε πρωτεΐνη με τη μορφή αλληλουχιών νουκλεοτιδίων (τα αμινοξέα είναι οι βασικές μονάδες που συνθέτουν την πρωτεΐνη και η αλληλουχία τους καθορίζει ποια πρωτεΐνη είναι!). Θα κατανοούσατε καλύτερα τη διαδικασία εάν διαβάσετε το άρθρο μας για την Αντιγραφή DNA, καθώς καλύπτει τη δομή και την κατευθυντικότητα του DNA. Διαβάστε το λοιπόν εδώ!
Πώς πιστεύετε λοιπόν ότι το DNA μας θα πει στο κύτταρο για αυτήν την αλληλουχία; Στέλνοντας μήνυμα! Όχι, όχι ένα κείμενο SMS ή Whatsapp, αλλά μάλλον ένα μήνυμα με τη μορφή νουκλεοτιδίων. Η αλληλουχία αυτών των νουκλεοτιδίων είναι μοναδική για κάθε πρωτεΐνη, αλλά αυτά τα νουκλεοτίδια δεν σχηματίζονται από DNA, χρησιμοποιούν RNA για να το κάνουν αυτό. Επίσης, σε αντίθεση με το DNA, αυτή η αλληλουχία RNA είναι μονόκλωνη. Χάρη στο δημιουργικό μας μυαλό, ονομάσαμε αυτό το RNA ως mRNA, δηλαδή αγγελιοφόρο RNA.
Η διαδικασία παραγωγής αλληλουχιών mRNA από το DNA είναι γνωστή ως Μεταγραφή. Ας ρίξουμε λοιπόν μια ματιά στο πώς συμβαίνει αυτό!
Μεταγραφή DNA
Γνωρίζουμε ότι το DNA είναι δίκλωνο, αλλά μόνο ένας κλώνος είναι γνωστός ως κωδικοποιητικός κλώνος (επίσης γνωστός ως κλώνος αίσθησης)! Έτσι, η αλληλουχία του mRNA θα πρέπει να είναι παρόμοια με την κωδικεύουσα αλυσίδα! Πώς το πετυχαίνουμε αυτό; Χρησιμοποιώντας το συμπληρωματικό μη κωδικοποιητικό σκέλος (επίσης γνωστό ως σκέλος anti-sense) ως πρότυπο! Αυτό είναι πολύ σημαντικό, οπότε κρατήστε το στο μυαλό σας. Το σκέλος κωδικοποίησης δεν χρησιμοποιείται ως πρότυπο. Τώρα, ας ρίξουμε μια ματιά στη διαδικασία βήμα προς βήμα.
Έναρξη
Η διαδικασία κατασκευής των αλληλουχιών RNA εκτελείται από την πολυμεράση RNA, μαζί με τη βοήθεια ενός μεταγραφικού παράγοντα. Ο παράγοντας μεταγραφής βοηθά την RNA Πολυμεράση να αναγνωρίσει και να συνδεθεί με μια αλληλουχία που ονομάζεται αλληλουχία προαγωγέα. Η πολυμεράση ξετυλίγει γύρω από 14 ζεύγη βάσεων DNA και σχηματίζει ένα ανοιχτό σύμπλεγμα RNA πολυμεράσης-προαγωγέα. Αυτή η μονόκλωνη μορφή DNA είναι γνωστή ως «φυσαλίδα μεταγραφής».
Τώρα για να συνεχίσει η Πολυμεράση τη δουλειά της και να προσθέσει νουκλεοτίδια για να φτιάξει το mRNA, πρέπει να αποκολληθεί από τον προαγωγέα. Αυτό συμβαίνει μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως Abortive Initiation. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, η Πολυμεράση δημιουργεί σύντομα μεταγραφήματα mRNA που απελευθερώνονται πριν η πολυμεράση αποκολληθεί από τον υποκινητή.
Διαφυγή υποστηρικτών. (Φωτογραφία:Luis E Ramirez-Tapia / Wikimedia Commons)
Εκτέλεση
Ακόμη και μετά την αποκόλληση από τον προαγωγέα, παρατηρήθηκε ότι η πολυμεράση που παρέμεινε δεν μετακινήθηκε. Το ερώτημα λοιπόν που προκύπτει είναι πώς διαβάζει η πολυμεράση το πρότυπο χωρίς να κινείται; Η απάντηση σε αυτό είναι το DNA Scrunching (το τρίψιμο σημαίνει σύνθλιψη ή συμπίεση). Ενώ η πολυμεράση είναι ακίνητη, τραβά το πρότυπο DNA στο σύμπλοκο μεταγραφής. Το πρότυπο διέρχεται από την ενεργή θέση της πολυμεράσης, επιτρέποντας τη μεταγραφή να πραγματοποιηθεί χωρίς να απαιτείται καμία κίνηση! Το μη τυλιγμένο DNA συσσωρεύεται στο σύμπλεγμα, γι' αυτό και ονομάζεται σάρωση DNA. Στη συνέχεια, η πολυμεράση επανατυλίγεται και απελευθερώνει το κατάντη τμήμα του ξετυλιγμένου DNA.
Η πολυμεράση ταξιδεύει κατά μήκος του εκμαγείου (το οποίο εκτείνεται προς την κατεύθυνση από 3' έως 5'). Αυτό σημαίνει ότι η RNA πολυμεράση κάνει το mRNA προς την κατεύθυνση 5' προς 3'. Διαβάζει το πρότυπο και προσθέτει τα συμπληρωματικά νουκλεοτίδια στις αλληλουχίες RNA. Αυτή η διαδικασία συνεχίζεται μέχρι να φτάσει σε μια τελική ακολουθία.
Η διαδικασία μεταγραφής μπορεί να έχει πολλαπλές πολυμεράσες σε ένα μόνο πρότυπο και η μεταγραφή θα μπορούσε να πραγματοποιηθεί για πολλούς γύρους. Αυτό επιτρέπει τη δημιουργία μεγάλου αριθμού mRNA από ένα μόνο πρότυπο. Η επιμήκυνση έχει επίσης έναν μηχανισμό διόρθωσης, ο οποίος βοηθά στην αντικατάσταση των νουκλεοτιδίων που έχουν εισαχθεί εσφαλμένα και στη διατήρηση της ακριβούς αλληλουχίας!
Μεταγραφή DNA. (Φωτογραφία:Εθνικό Ινστιτούτο Έρευνας Ανθρώπινου Γονιδιώματος / Wikimedia Commons)
Τερματισμός
Ο τερματισμός έχει δύο τύπους, ο πρώτος είναι Rho-ανεξάρτητος και ο δεύτερος Rho-εξαρτώμενος (ο παράγοντας Rho είναι πρωτεΐνη). Ας τα δούμε ένα προς ένα.
- Τερματισμός μεταγραφής ανεξάρτητος από Rho – Σε αυτή τη διαδικασία, η πολυμεράση φτάνει σε μια αλληλουχία τερματισμού γουανινών και κυτοσινών. Αυτό ακολουθείται από μια αλληλουχία επαναλαμβανόμενων αδενινών. Στη συνέχεια, σχηματίζεται ένας βρόχος στην περιοχή γουανίνης-κυτοσίνης και καθώς η γουανίνη σχηματίζει τρεις δεσμούς υδρογόνου με την κυτοσίνη, χρειάζεται περισσότερος χρόνος για να ενώσει η RNA Πολυμεράση. Όλα αυτά επιβαρύνουν την περιοχή της αδενίνης και προκαλούν την αποκοπή του κλώνου, απελευθερώνοντας την πολυμεράση!
Rho-ανεξάρτητος τερματισμός. (Φωτογραφία:Oalnafo1 / Wikimedia Commons)
- Τερματισμός μεταγραφής που εξαρτάται από το Rho – Η πρωτεΐνη Rho κινείται κατά μήκος της αλληλουχίας RNA μέχρι να φτάσει στην αλληλουχία τερματισμού. Μόλις φτάσει στην αλληλουχία τερματισμού, η πρωτεΐνη Rho αποσταθεροποιεί την αλληλεπίδραση μεταξύ προτύπου και αλληλουχίας RNA.
Rho-εξαρτώμενος μεταγραφικός τερματισμός. (Φωτογραφία:Oalnafo1 / Wikimedia Commons)
Ευκαρυώτες εναντίον βακτηρίων
Υπάρχουν κάποιες διαφορές μεταξύ του τρόπου με τον οποίο γίνεται η μεταγραφή σε ευκαρυώτες και βακτήρια.
- Η σύνθεση RNA στους ευκαρυώτες λαμβάνει χώρα στον πυρήνα.
- Οι ευκαρυώτες έχουν τρεις τύπους RNA πολυμερασών (ένας για mRNA, tRNA και rRNA)
- Οι ευκαρυώτες έχουν τουλάχιστον 5 μεταγραφικούς παράγοντες που βοηθούν τις πολυμεράσες RNA να συνδέονται με τον υποκινητή, ενώ τα βακτήρια χρησιμοποιούν μόνο έναν παράγοντα σίγμα.
