Επεξήγηση της μεταγραφής DNA

Βασικές έννοιες

Σε αυτό το σεμινάριο, θα μάθετε για τη διαδικασία της μεταγραφής DNA και πώς είναι σημαντική η λειτουργία των κυττάρων.

Θέματα που καλύπτονται σε άλλα άρθρα

• Ταυτομερές DNA
• Τι είναι η σηματοδότηση κυψέλης;
• Γλυκόλυση:Let’s Break Down!
• Διάγραμμα αμινοξέων
• Κεντρικό Δόγμα της Βιολογίας

Τι είναι η μεταγραφή DNA;

Η μεταγραφή (σύνθεση RNA) στη βιολογία είναι το πρώτο στάδιο της γονιδιακής έκφρασης. Γονιδιακή έκφραση είναι όταν χρησιμοποιούνται πληροφορίες γονιδίων για τη δημιουργία ενός λειτουργικού προϊόντος όπως μια πρωτεΐνη. Ο σκοπός της μεταγραφής είναι η δημιουργία αγγελιοφόρου RNA (mRNA) από έναν υπάρχοντα κλώνο DNA. Για παράδειγμα, σε ένα γονίδιο που κωδικοποιεί πρωτεΐνη, το αντίγραφο RNA (μεταγραφή) φέρει τις πληροφορίες που απαιτούνται για την κατασκευή ενός πολυπεπτιδίου. Η μεταγραφή DNA σε ευκαρυώτες πρέπει να περάσει από τα ίδια στάδια επεξεργασίας πριν από τη μετάφραση σε πρωτεΐνες.

RNA Πολυμεράση

Το κύριο ένζυμο που χρησιμοποιείται στη μεταγραφή του DNA είναι η RNA πολυμεράση . Στους ευκαρυώτες χρησιμοποιούνται τρεις τύποι RNA πολυμεράσης (I, II και II). Ωστόσο, στους προκαρυώτες χρησιμοποιείται μόνο ένας τύπος πολυμεράσης RNA. Η RNA πολυμεράση χρησιμοποιεί ένα μονόκλωνο πρότυπο DNA για τη σύνθεση ενός συμπληρωματικού κλώνου RNA. Συγκεκριμένα, δημιουργεί έναν κλώνο RNA στην κατεύθυνση 5' προς 3'.

Οι κύριες λειτουργίες της RNA πολυμεράσης περιλαμβάνουν:

1. Σχηματισμός του συμπλέγματος εκκινητή που είναι υπεύθυνος για το ξετύλιγμα της δομής της διπλής έλικας του DNA.
2. Σύνθεση και επιμήκυνση του μεταγράφου RNA με την προσθήκη βάσεων νουκλεοτιδίων (αδενίνη, κυτοσίνη, γουανίνη και ουρακίλη).
3. Σχηματισμός της ακολουθίας τερματισμού που σταματά τη μεταγραφή.

Διαδικασία μεταγραφής DNA

Υπάρχουν τρία στάδια στα οποία υφίσταται η μεταγραφή:έναρξη, επιμήκυνση και τερματισμός. Ωστόσο, οι διαδικασίες που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια αυτών των σταδίων διαφέρουν από προκαρυώτες σε ευκαρυώτες.

Έναρξη

Η έναρξη είναι το πρώτο βήμα της μεταγραφής. Η RNA πολυμεράση δεσμεύεται στο προαγωγέα r που είναι μια περιοχή του DNA. Ο προαγωγέας είναι υπεύθυνος να λέει στην RNA πολυμεράση πού να αρχίσει η μεταγραφή στον κλώνο.

Κάθε γονίδιο σε προκαρυώτες και ευκαρυώτες έχει έναν προαγωγέα που περιέχει αλληλουχίες DNA που επιτρέπουν την προσκόλληση της RNA πολυμεράσης. Αυτή η δέσμευση προκαλεί το σχηματισμό μιας φυσαλίδας μεταγραφής που ξεκινά τη μεταγραφή.

Προωθητές σε Προκαρυώτες

Ένα παράδειγμα προκαρυωτικού θα ήταν τα βακτήρια. Ο υποκινητής που βρίσκεται στα βακτήρια έχει δύο σημαντικές αλληλουχίες DNA τα -10 και -35 στοιχεία . Όταν η RNA πολυμεράση δεσμεύεται σε αυτούς τους προαγωγείς, το DNA ανοίγει και στις δύο θέσεις. Αυτό μπορεί να συμβεί επειδή οι δεσμοί μεταξύ αδενίνης και θυμίνης είναι αρκετά αδύναμοι, γεγονός που καθιστά εύκολο τον διαχωρισμό τους. Ο λόγος που έχουν αυτό το όνομα είναι ότι έρχονται 35 και 10 νουκλεοτίδια πριν από τη θέση έναρξης.

Προωθητές στους Ευκαρυώτες

Σε σύγκριση με τα προκαρυωτικά, η RNA πολυμεράση στους ευκαρυώτες δεν συνδέεται άμεσα με τους προαγωγείς. Αντίθετα, ένας βασικός μεταγραφικός παράγοντας (βοηθητική πρωτεΐνη) συνδέεται πρώτα με τον προαγωγέα, βοηθώντας την RNA πολυμεράση να προσκολληθεί στο DNA. Ο πιο κοινός ευκαρυωτικός προαγωγέας είναι το πλαίσιο TATA .

Επιμήκυνση

Αφού η RNA πολυμεράση συνδεθεί με τον κλώνο DNA, λαμβάνει χώρα επιμήκυνση. Επιμήκυνση είναι όταν ο κλώνος RNA μακραίνει μέσω της προσθήκης νέων νουκλεοτιδίων. Η RNA πολυμεράση ταξιδεύει κατά μήκος του κλώνου προτύπου στην κατεύθυνση 3′ έως 5′. Για κάθε νουκλεοτίδιο, η RNA πολυμεράση προσθέτει ένα αντίστοιχο νουκλεοτίδιο RNA στο άκρο 3' σύμφωνα με το ζεύγος βάσεων Watson-Crick.

Η μεταγραφή RNA θα είναι πανομοιότυπη με την μη-πρότυπο κλώνο , που είναι το σκέλος που δεν εμπλέκεται στη μεταγραφή. Ωστόσο, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι η ουρακίλη θα χρησιμοποιηθεί στη θέση της θυμίνης.

Τερματισμός κατά τη μεταγραφή DNA

Το τελευταίο βήμα της μεταγραφής είναι ο τερματισμός. Η μεταγραφή σταματά όταν η RNA πολυμεράση μεταγράφει μια αλληλουχία DNA που ονομάζεται τερματιστής . Το τελικό αποτέλεσμα είναι μια μεταγραφή RNA που θα χρησιμοποιηθεί στην επόμενη διαδικασία:μετάφραση. Η μεταγραφή RNA είναι επίσης γνωστή ως αγγελιοφόρος RNA (mRNA).

Τερματισμός σε βακτήρια

Υπάρχουν δύο στρατηγικές στις οποίες υποβάλλονται τα βακτήρια για να ξεκινήσουν τον τερματισμό:εξαρτώμενο από Rho και Rho-ανεξάρτητο .

Στο Rho-εξαρτώμενο τερματισμό, ο κλώνος RNA που δημιουργήθηκε έχει μια θέση δέσμευσης για τον παράγοντα Rho (πρωτεΐνη). Ο παράγοντας Rho συνδέεται με την αλληλουχία RNA και ταξιδεύει μέχρι την RNA πολυμεράση.

Όταν ο παράγοντας Rho φτάσει στην RNA πολυμεράση, την απομακρύνει από τον κλώνο του DNA.

Στο Rho-ανεξάρτητο τερματισμό, μια συγκεκριμένη αλληλουχία DNA προκαλεί τερματισμό. Όταν η RNA πολυμεράση πλησιάζει το τέλος του γονιδίου, εισέρχεται σε μια περιοχή πλούσια σε κυτοσίνη και γουανίνη. Αυτό αναγκάζει το μεταγραφόμενο RNA να διπλωθεί πάνω του για να δημιουργήσει μια δομή φουρκέτας. Αυτό εμποδίζει την πολυμεράση, προκαλώντας την πτώση του ενζύμου και την απελευθέρωση του μεταγράφου RNA.

Περαιτέρω ανάγνωση

• Λειτουργική ομάδα αιθέρα
• Ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA)
• Δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA)