Sisältö
- Yleiskatsaus nukleiinihapoista
- DNA-transkriptio vs. käännös
- Transkription vaiheet
- Prokaryootit vs. eukaryotit
Riippumatta siitä, oletko biologian uusi tulokas vai pitkäaikainen harrastaja, mahdollisuudet ovat erinomaiset, että oletusarvoisesti katsot deoksiribonukleiinihappoa (DNA) ehkä kaikkein välttämättömimmäksi käsitteeksi kaikessa biotieteessä. Ainakin olet todennäköisesti tietoinen siitä, että DNA on se, mikä tekee sinusta ainutlaatuisen miljardien ihmisten välillä planeetalla, mikä antaa sille roolin rikosoikeuden maailmassa sekä keskittyä molekyylibiologian luentoihin. Olet melkein varmasti oppinut, että DNA on vastuussa omistamisesta kaikille vanhemmiltasi perimille ominaisuuksille ja että oma DNA on suora perintösi tuleville sukupolville, jos sinulla on lapsia.
Se, josta et ehkä tiedä paljoakaan, on polku, joka yhdistää solujen DNA: n fyysisiin piirteisiin, jotka ilmestyvät, sekä avoimiin että piilotettuihin, ja vaiheen sarjoille tuolla polulla. Molekyylibiologit ovat tuottaneet alallaan käsitteen "keskeinen dogma", joka voidaan tiivistää yksinkertaisesti "DNA: sta RNA: ksi proteiiniksi". Tämän prosessin ensimmäinen osa - RNA: n tai ribonukleiinihapon tuottaminen DNA: sta - tunnetaan nimellä transkriptio, ja tämä hyvin tutkittu ja koordinoitu biokemiallisen voimistelun sarja on yhtä tyylikäs kuin se on tieteellisesti syvällinen.
Yleiskatsaus nukleiinihapoista
DNA ja RNA ovat nukleiinihappoja. Molemmat ovat perustavanlaatuisia koko elämässä; nämä makromolekyylit ovat erittäin läheisesti toisiinsa liittyviä, mutta niiden toiminnot, vaikka ne ovat kauniisti kietoutuneet toisiinsa, ovat erittäin erilaisia ja erikoistuneita.
DNA on polymeeri, mikä tarkoittaa, että se koostuu suuresta määrästä toistuvia alayksiköitä. Nämä alayksiköt eivät ole tarkalleen identtisiä, mutta ovat muodoltaan identtisiä. Mieti pitkää helminauhaa, joka koostuu kuutioista, jotka ovat nelivärisiä ja vaihtelevat aina niin vähän kooltaan, ja saat ymmärryksen siitä, kuinka DNA ja RNA on järjestetty.
Nukleiinihappojen monomeerit (alayksiköt) tunnetaan nimellä nukleotidin. Itse nukleotidit koostuvat kolmen erillisen molekyylin kolmesta: fosfaattiryhmä (tai ryhmät), viiden hiilen sokeri ja typpirikas emäs ("emäs" ei tarkoita "perustaa", mutta tarkoittaa "vety-ionin vastaanottajaa" ). Nukleiinihappojen muodostavissa nukleotideissa on yksi fosfaattiryhmä, mutta joissakin on kaksi tai jopa kolme fosfaattia kiinnittyneinä peräkkäin. Adenosiinidifosfaatti (ADP) ja adenosiinitrifosfaatti (ATP) ovat molekyylejä, joilla on poikkeuksellisen tärkeä merkitys solun energian aineenvaihdunnassa.
DNA ja RNA eroavat toisistaan useilla tärkeillä tavoilla. Yksi, vaikka kukin näistä molekyyleistä sisältää neljä erilaista typpipohjaista emästä, DNA sisältää adeniinin (A), sytosiinin (C), guaniinin (G) ja tymiinin (T), kun taas RNA sisältää nämä kolme ensimmäistä, mutta korvaavat urasiilin (U) T. Kaksi: DNA: n sokeri on deoksiribosi, kun taas RNA: ssa riboosi. Ja kolme, DNA on kaksijuosteinen energisimmin stabiilissa muodossaan, kun taas RNA on yksijuosteinen. Nämä erot ovat erittäin tärkeitä sekä spesifisessä transkriptiossa että näiden vastaavien nukleiinihappojen toiminnassa yleensä.
Emäksiä A ja G kutsutaan puriineiksi, kun taas C, T ja U luokitellaan pyrimidiiniksi. Kriittisesti A sitoutuu kemiallisesti T: hen (jos DNA) tai U: hon (jos RNA); C sitoutuu G: ään ja vain siihen. DNA-molekyylin kaksi juostet ovat komplementaarisia, mikä tarkoittaa, että kunkin juosteen emäkset vastaavat joka kohtaa vastakkaisessa juosteessa olevan ainutlaatuisen "partneri" emäksen kanssa. Siten AACTGCGTATG täydentää TTGACGCATAC: ia (tai UUGACGCAUAC: ta).
DNA-transkriptio vs. käännös
Ennen kuin tutkitaan DNA-transkription mekaniikkaan, on syytä hetki tarkistaa DNA: han ja RNA: han liittyvä terminologia, koska sekoituksessa olevien niin monien samankaltaisten sanojen kanssa voi olla helppo sekoittaa ne.
replikointi on teko tehdä samanlainen kopio jostakin. Kun teet valokopion kirjallisesta asiakirjasta (vanha koulu) tai käytät kopiointi ja liittäminen -toimintoa tietokoneella (uusi koulu), kopioit sisältöä molemmissa tapauksissa.
DNA: ssa tapahtuu replikaatio, mutta RNA, niin kauan kuin moderni tiede voi varmistaa, ei; se johtuu vain transkriptiosta _._ Latinalaisesta juuresta, joka tarkoittaa "kirjoitusta yli", transkriptio on tietyn osan koodaus alkuperäisen lähteen kopiossa. Olet ehkä kuullut lääketieteellisistä transkriptiohenkilöistä, joiden tehtävänä on kirjoittaa äänitteeksi tehdyt lääketieteelliset huomautukset kirjalliseen muotoon. Ihannetapauksessa sanat, ja siten sanat, ovat täsmälleen samat, huolimatta muutoksesta väliaineessa. Soluissa transkriptio sisältää typpipohjaisten sekvenssien kielellä kirjoitetun geneettisen DNA: n kopioimisen RNA-muotoon - erityisesti, lähetti-RNA: han (mRNA). Tämä RNA-synteesi tapahtuu eukaryoottisolujen ytimessä, minkä jälkeen mRNA poistuu ytimestä ja johtaa rakenteeseen, jota kutsutaan ribosomiksi. käännös.
Kun transkriptio on yksinkertainen fyysinen koodaus toisella väliaineella, biologisessa mielessä tapahtuva translaatio on muunto kyseisestä tarkoituksenmukaisesta toiminnasta. DNA: n tai yksittäisen DNA: n pituus, nimeltään a geeni, johtaa lopulta soluihin, jotka valmistavat ainutlaatuisen proteiinituotteen. DNA kuljettaa tämän mRNA: n muodossa, joka kuljettaa sitten ribosomiin sen muuntamiseksi proteiiniksi. Tässä näkymässä mRNA on kuin sininen tai joukko ohjeita huonekalun kokoamiseksi.
Se toivottavasti tyhjentää kaikki mahdolliset mysteerit siitä, mitä nukleiinihapot tekevät. Entä erityisesti transkriptio?
Transkription vaiheet
DNA, varsin kuuluisasti, kudotaan kaksijuosteiseksi kierreksi. Mutta tässä muodossa fyysisesti olisi vaikeaa rakentaa mitään siitä. Siksi aloittamista transkription vaiheessa (tai vaiheessa) DNA-molekyyli purkaa entsyymeillä, joita kutsutaan helikaseiksi. Vain yhtä kahdesta tuloksena olevasta DNA-juosteesta käytetään RNA-synteesiin kerrallaan. Tälle säikeelle viitataan ei-koodaavaa juoste, koska DNA: n ja RNA: n emäspariutumissääntöjen ansiosta toisella DNA-juosteella on sama typpipitoisten emästen sekvenssi kuin syntetisoitavalla mRNA: lla, mikä tekee tästä juosteesta koodaus säie. Aikaisemmin esitettyjen pisteiden perusteella voit päätellä, että DNA-juoste ja sen valmistamisesta vastaava mRNA ovat komplementaarisia.
Kun juoste on nyt valmis toimintaan, osa DNA-nimestä, jota kutsutaan promoottorisekvenssiksi, osoittaa, missä transkription on alkava juostetta pitkin. Entsyymi-RNA-polymeraasi saapuu tähän kohtaan ja siitä tulee osa promoottorikompleksia. Kaiken tämän tarkoituksena on varmistaa, että mRNA: n synteesi alkaa tarkalleen missä sen oletetaan olevan DNA-molekyylissä, ja tämä tuottaa RNA-juosteen, joka pitää halutun koodatun.
Seuraavaksi pidentäminen vaiheessa RNA-polymeraasi "lukee" DNA-juosteen, aloittaen promoottorisekvenssistä ja liikkuen DNA-juostetta pitkin, kuten opettaja, joka kävelee opiskelijariviä ylös ja jakaa testit lisäämällä nukleotideja vasta muodostuvan RNA-molekyylin kasvavaan päähän.
Yhden nukleotidin fosfaattiryhmien ja seuraavan nukleotidin riboosi- tai deoksiribroosiryhmien välille muodostettuja sidoksia kutsutaan fosfodiesterisidokset. Huomaa, että DNA-molekyylillä on ns. 3 ("kolmen alukkeen") pää, toisessa päässä ja 5 ("viisi") pää, toisessa päässä, jolloin nämä numerot tulevat terminaalisista hiiliatomipaikoista vastaavat pääte riboosi "renkaat". Kun RNA-molekyyli itsessään kasvaa 3-suunnassa, se liikkuu DNA-juostetta pitkin 5-suunnassa. Sinun tulisi tutkia kaavio varmistaaksesi itsellesi, että ymmärrät täysin mRNA: n synteesin mekaniikan.
Nukleotidien - erityisesti nukleosiditrifosfaattien (ATP, CTP, GTP ja UTP; ATP on adenosiinitrifosfaatti, CTP on sytidiinitrifosfaatti ja niin edelleen) lisääminen pidentyvään mRNA-juosteeseen vaatii energiaa. Tämän, kuten niin monien biologisten prosessien, antavat fosfaattisidokset itse nukleosiditrifosfaateissa. Kun korkeaenergiset fosfaatti-fosfaattisidokset hajoavat, syntynyt nukleotidi (AMP, CMP, GMP ja UMP; näissä nukleotideissa "MP" tarkoittaa "monofosfaattia") lisätään mRNA: hon ja pari epäorgaanisia fosfaattimolekyylejä , yleensä kirjoitettu PPminä, pudota pois.
Kun transkriptio tapahtuu, se tekee niin, kuten todettiin, yhtä DNA-juostetta pitkin. Muista kuitenkin, että koko DNA-molekyyli ei kerru ja erota komplementaarisiksi juosteiksi; tämä tapahtuu vain transkription välittömässä läheisyydessä. Seurauksena voit visualisoida "transkriptiokuplan", joka liikkuu pitkin DNA-molekyyliä. Tämä on kuin esine, joka liikkuu vetoketjua pitkin, joka puretaan juuri objektin eteen yhdellä mekanismilla, kun taas toinen mekanismi vetoketjun vetoketjun uudelleen esineissä herättää.
Lopuksi, kun mRNA on saavuttanut vaaditun pituuden ja muodon, päättyminen vaihe alkaa. Kuten aloittaminen, tämän vaiheen sallivat spesifiset DNA-sekvenssit, jotka toimivat RNA-polymeraasin lopetusmerkkinä.
Bakteereissa tämä voi tapahtua kahdella yleisellä tavalla. Yhdessä näistä terminaatiosekvenssi transkriptoidaan, jolloin muodostuu mRNA: n pituus, joka taittuu takaisin itsensä sisään ja siten "kimppuun", kun RNA-polymeraasi jatkaa työtään. Näihin mRNA: n taitettuihin osiin viitataan usein hiusneulalankoina, ja niihin sisältyy komplementaarinen emäsparien muodostuminen yksijuosteisen, mutta supistetun mRNA-molekyylin sisällä. Tämän hiusneulaosan alavirtaan sisältyy pitkäaikainen U-emästen tai tähteiden venytys. Nämä tapahtumat pakottavat RNA-polymeraasin lopettamaan nukleotidien lisäämisen ja irrottautumaan DNA: sta lopettamalla transkription. Tätä kutsutaan rho-riippumattomaksi päätteeksi, koska se ei ole riippuvainen proteiinista, joka tunnetaan rho-tekijänä.
Rho-riippuvaisessa päätteessä tilanne on yksinkertaisempi, eikä hiusneulan mRNA-segmenttejä tai U-tähteitä tarvita. Sen sijaan rho-tekijä sitoutuu vaadittuun kohtaan mRNA: lla ja vetää fyysisesti mRNA: n pois RNA-polymeraasista. Se, tapahtuuko rho-riippumaton vai rho-riippuvainen terminaatio, riippuu RNA-polymeraasin tarkasta versiosta, joka vaikuttaa DNA: han ja mRNA: han (erilaisia alatyyppejä on olemassa), sekä proteiineista ja muista tekijöistä välittömässä soluympäristössä.
Molemmat tapahtumien kaskadit johtavat lopulta mRNA: n vapautumiseen DNA: sta transkriptiokuplan kohdalla.
Prokaryootit vs. eukaryotit
Prokaryootien (joista kaikki ovat bakteereja) ja eukaryoottien (monisoluiset organismit, kuten eläimet, kasvit ja sienet) transkription välillä on lukuisia eroja. Esimerkiksi aloitus prokaryooteissa sisältää yleensä DNA-emäsjärjestelyn, joka tunnetaan nimellä Pribnow-laatikko, emässekvenssin TATAAT ollessa suunnilleen 10 emäsparin päässä siitä, missä itse transkription aloitus tapahtuu. Eukaryooteilla on kuitenkin tehostajasekvenssejä, jotka on sijoitettu huomattavaan etäisyyteen aloituskohdasta, samoin kuin aktivaattoriproteiineja, jotka auttavat deformoimaan DNA-molekyylin tavalla, joka tekee siitä paremmin RNA-polymeraasin saatavuuden.
Lisäksi pidentyminen tapahtuu noin kaksi kertaa niin nopeasti bakteereissa (noin 42 - 54 emäsparia minuutissa, rajoittuen yhteen sekunnissa) kuin eukaryooteissa (noin 22-25 emäsparia minuutissa). Lopuksi, vaikka bakteerien lopetusmekanismeja on kuvattu yllä, eukaryooteissa, tässä vaiheessa on spesifisiä lopetuskertoimia, samoin kuin RNA-juoste, jota kutsutaan poly-A: ksi (kuten monissa adeniiniemäksissä peräkkäin) "häntä". Ei ole vielä selvää, laukaiseeko pidentymisen lopettaminen mRNA: n pilkkoutumisen kuplasta vai lopettaako katkaisu itse äkillisesti pidennysprosessin.