Phiên mã DNA: Quá trình và cơ chế của phiên mã DNA

Đọc bài viết này để tìm hiểu về Phiên mã DNA: Quá trình và cơ chế của phiên mã DNA

Quá trình sao chép thông tin di truyền từ antisense hoặc chuỗi mẫu của DNA vào RNA được gọi là phiên mã. Nó có nghĩa là để lấy thông tin được mã hóa từ DNA đến vị trí cần thiết để tổng hợp protein. Nguyên tắc bổ sung được sử dụng ngay cả trong phiên mã.

Ngoại lệ là (i) Uracil được kết hợp thay vì thymine đối diện với adenine của mẫu, (ii) Chỉ có chuỗi mẫu của DNA được phiên mã. Cả hai chuỗi DNA không thể được sao chép trong phiên mã bởi vì điều đó sẽ tạo ra hai loại protein, một loại có chuỗi axit amin chính xác và loại còn lại có chuỗi axit amin ngược.

Hơn nữa, nếu hai RNA bổ sung được sản xuất đồng thời, chúng sẽ có xu hướng hình thành RNA sợi đôi dẫn đến việc không truyền thông tin được mã hóa thành protein. Toàn bộ tập thể của phiên mã sau đó sẽ xuất hiện vô ích.

Đơn vị phiên mã:

Đoạn DNA tham gia phiên mã được gọi là đơn vị phiên mã (Hình 6.16). Nó có ba thành phần (i) một nhà tổ chức, (ii) gen cấu trúc và (iii) một bộ kết thúc. Bên cạnh một chất xúc tiến, sinh vật nhân chuẩn cũng cần một chất tăng cường. Promoter nằm ở thượng nguồn của gen cấu trúc. Theo quy ước, nó được gọi là 5 ′ end (của chuỗi mã hóa là 3 ′ end của chuỗi mẫu). Vùng kết thúc có mặt ở hạ lưu của gen cấu trúc ở đầu 3 ((của chuỗi mã hóa thực sự là 5 ′ đầu của chuỗi mẫu). Promoter có các phần khác nhau để đính kèm với các yếu tố phiên mã khác nhau.

Trong nhiều trường hợp, nhà quảng cáo có một vùng giàu AT được gọi là hộp TATA. Khu vực này có một rãnh mà các thành phần protein cụ thể có thể kết hợp. Vùng chứa TATA cũng được gọi là hộp Pribnow theo tên của người phát hiện ra nó.

Gen cấu trúc là thành phần của chuỗi DNA có phân cực 3 '→ 5 ((vì phiên mã chỉ có thể xảy ra theo hướng 5' → 3). Chuỗi DNA này được gọi là chuỗi mẫu hoặc chuỗi chủ hoặc antisense, hoặc (-) chuỗi. Các sợi khác có cực tính 5 '→ 3 bị dịch chuyển trong quá trình phiên mã. Chuỗi không nhận dạng này không tham gia phiên mã cũng được gọi là chuỗi cảm giác hoặc chuỗi mã hóa hoặc chuỗi cộng (+) vì mã di truyền có trong chuỗi này tương tự như mã di truyền (dựa trên mRNA) ngoại trừ uracil được thay thế bằng thymine.

Cơ chế phiên mã:

Ở sinh vật nhân chuẩn, quá trình phiên mã xảy ra trong suốt pha I trong các tế bào biệt hóa nhưng nhiều hơn ở giai đoạn G 1 và G 2 của chu kỳ tế bào bên trong nhân. Tùy thuộc vào yêu cầu, một gen cấu trúc có thể phiên mã từ một đến nhiều phân tử RNA. Các sản phẩm phiên mã di chuyển ra ngoài tế bào chất để dịch mã.

Ở prokaryote, phiên mã xảy ra khi tiếp xúc với tế bào chất vì DNA của chúng nằm trong tế bào chất. Phiên mã đòi hỏi một RNA polymerase phụ thuộc DNA. Sinh vật nhân chuẩn có ba loại polymerase RNA, Pol I (Pol A) (đối với riboso- rRNA hoặc ngoại trừ 5S rRNA), Pol II (đối với mRNA, snRNS) và Pol III (đối với chuyển hoặc tRNA, 5S rRNA và một số snRNA). RNA polymerase sinh vật nhân chuẩn cũng đòi hỏi các yếu tố phiên mã để bắt đầu.

Các phần khác nhau của DNA có liên quan đến phiên mã các axit ribonucleic khác nhau. Prokaryote chỉ có một RNA-polymerase tổng hợp tất cả các loại RNA. Rna polymerase của Escherichia coli có năm chuỗi polypeptide, ', α, α' và một yếu tố (sigma). Các holoenzyme có trọng lượng phân tử 4, 50, 000. Sigma hoặc một yếu tố nhận ra tín hiệu bắt đầu hoặc vùng quảng bá (hộp TATA) của DNA.

Một phần của enzyme polymerase trừ đi yếu tố được gọi là enzyme lõi (Hình 6.17). α và α'-polypeptide là bảo vệ trong khi và 'là chất xúc tác trong tự nhiên.

Một yếu tố chấm dứt được gọi là yếu tố Rho (p) là cần thiết để chấm dứt phiên mã. Một số yếu tố khác cũng được yêu cầu để giải phóng chuỗi song công DNA, ổn định chuỗi DNA không liên kết, ghép cặp cơ sở, tách và xử lý RNA được phiên mã.

1. Kích hoạt Ribo-nucleotide:

Ribonucleotide khác với deoxyribonucleotide trong việc có đường ribose thay vì đường deoxyribose. Thymidine monophosphate được thay thế bằng uridine monophosphate. Bốn loại ribonucleotide là adenosine monophosphate (AMP), guanosine monophosphate (GMP), uridine monosphosphate (UMP) và cytidine monophosphate (CMP). Chúng xảy ra tự do trong nhân tế bào. Trước khi phiên mã, các nucleotide được kích hoạt thông qua quá trình phosphoryl hóa. Enzyme phosphorylase được yêu cầu cùng với năng lượng. Các ribonucleotide được hoạt hóa hoặc phosphoryl hóa là adenosine triphosphate (ATP), guanosine triphosphate (GTP), uridine triphosphate (UTP) và cytidine triphosphate (CTP).

2. Mẫu DNA:

Trên các tín hiệu cụ thể, các đoạn DNA tương ứng với một hoặc nhiều cistron trở nên không bị nén và sẵn sàng phiên mã. Mỗi phân đoạn sao chép DNA như vậy có một khu vực quảng bá, trang web khởi đầu, khu vực mã hóa và khu vực kết thúc. Phiên mã bắt đầu tại vị trí bắt đầu và kết thúc tại vùng kết thúc. Một vùng quảng bá có vị trí nhận biết RNA polymerase và vị trí gắn RNA polymerase.

Việc mở chuỗi xảy ra trong khu vực chiếm giữ bởi các nucleotide TATAATG (hộp TATA) trong hầu hết các trường hợp. Các enzyme cần thiết cho việc tách chuỗi là các chuỗi, các cụm từ và các protein liên kết đơn. Vùng kết thúc có trình tự cơ sở poly A hoặc trình tự palindromic (trình tự cơ sở giống hệt nhau chạy theo hướng ngược nhau trong hai chuỗi DNA).

RNA polymerase (phổ biến trong Procaryote và đặc hiệu trong bạch đàn) liên kết chính nó với khu vực quảng bá. Hai chuỗi DNA tách ra dần dần từ vị trí gắn polymerase. Một trong hai chuỗi DNA (3'Làm »5) có chức năng như một khuôn mẫu để phiên mã RNA. Nó được gọi là chủ, mẫu hoặc sợi antisense. Sự hình thành bảng điểm xảy ra theo hướng 5 '-> 3'.

3. Ghép nối cơ sở:

Ribonucleoside triphosphate có trong môi trường xung quanh nằm đối diện với các bazơ nitơ của mẫu DNA (sợi Antisense). Chúng tạo thành các cặp bổ sung, U đối diện A, A đối diện T, С đối diện G và G đối diện C. Một pyrophosphate được giải phóng từ mỗi ribonucleoside triphosphate để tạo thành ribonucleotide. Pyrophosphate được thủy phân với sự trợ giúp của enzyme pyrophosphatase. Nó giải phóng năng lượng.

4. Hình thành chuỗi:

Với sự trợ giúp của RNA polymerase, các ribo-nucleotide liền kề được giữ trên mẫu DNA tham gia để tạo thành chuỗi RNA. Ở prokaryote, một polymerase duy nhất nhận ra vùng khởi đầu và vùng khởi đầu. Ở sinh vật nhân chuẩn, có các yếu tố phiên mã và RNA polymerase riêng biệt để kích hoạt phiên mã. Khi sự hình thành chuỗi RNA bắt đầu, yếu tố sigma (a) của RNA polymerase prokaryotic tách ra. RNA polymerase (enzyme lõi) di chuyển dọc theo mẫu DNA gây ra sự kéo dài chuỗi RNA với tốc độ khoảng 30 nucleotide mỗi giây. Quá trình tổng hợp RNA dừng lại ngay khi polymerase đến vùng kết thúc. Yếu tố Rho (p) là cần thiết cho việc này. Khu vực Terminator có tín hiệu dừng. Nó cũng sở hữu 4-8 A-nucleotide.

5. Tách RNA:

Chấm dứt hoặc yếu tố rho có hoạt động ATP-ase (Roberts, 1976). Nó giúp phát hành chuỗi RNA hoàn thành. RNA được phát hành được gọi là bản phiên mã chính. Nó được xử lý để tạo thành các RNA chức năng. Ở nhiều prokaryote, một số gen cấu trúc của các chức năng liên quan được nhóm lại với nhau trong các operon. Một operon được phiên âm là một đơn vị duy nhất. Một đơn vị phiên mã như vậy tạo ra một mRNA đa nang. Ở sinh vật nhân chuẩn, đơn vị phiên mã mang lại một mRNA đơn dòng.

6. Hình thành song công. Sau khi phát hành bản phiên mã chính, hai chuỗi DNA thiết lập mối liên kết giữa các cặp cơ sở bổ sung. Các cụm từ, thư giãn và protein SSB được phát hành. Do đó, dạng xoắn ốc kép của DNA được nối lại.

7. Xử lý sau phiên mã:

Bản phiên mã sơ cấp thường lớn hơn các RNA chức năng. Bản phiên mã chính này được gọi là RNA hạt nhân không đồng nhất hoặc hnRNA, đặc biệt là trong trường hợp của mRNA. Cần xử lý sau phiên mã để chuyển đổi bản phiên mã chính của tất cả các loại RNA thành RNA chức năng (Hình 6.18). Nó có bốn loại:

(i) Phân tách:

Tiền chất RNA lớn hơn được phân cắt để tạo thành các RNA nhỏ hơn. Bản sao chính của rRNA là 45 S ở bạch đàn. Nó được tách ra để tạo thành như sau:

Bản sao sơ ​​cấp cũng được phân cắt bởi rfoonuclease-P (một loại enzyme RNA). Một bản phiên mã chính có thể tạo thành các tiền chất 5-7 tRNA.

(ii) Nối:

Bảng điểm Eucaryotic sở hữu các phân đoạn bổ sung được gọi là intron hoặc các chuỗi can thiệp hoặc trình tự không mã hóa. Chúng không xuất hiện trong RNA trưởng thành hoặc được xử lý. Trình tự mã hóa chức năng được gọi là exon. Nối là loại bỏ các intron và hợp nhất các exon để tạo thành các RNA chức năng. Mỗi intron bắt đầu bằng dinucleotide GU và kết thúc bằng dinucleotide AG (quy tắc GU-AG).

Chúng được công nhận bởi các thành phần của bộ máy nối của Sn-RNP (phát âm là snurps) hoặc ribonucleoprotein hạt nhân nhỏ (viz- Ul, U2, U4, U5, U6). Một phức hợp được gọi là spliceosome được hình thành giữa 5 ′ end (GU) và 3 ′ end (AG) của intron. Năng lượng được lấy từ ATR Nó loại bỏ intron. Các exon liền kề được mang lại với nhau. Các đầu được niêm phong bởi RNA ligase (Hình 6.18).

Intron không phải là sự phát triển gần đây. Chúng xuất hiện khi máy móc di truyền trung tâm RNA được đưa ra. Do đó, các gen phân tách và bản sao phân tách là những đặc điểm cổ xưa của hệ thống gen. Nối tiếp tục là chức năng xúc tác trung gian RNA. Nhiều quá trình phụ thuộc RNA như vậy đang được đưa ra ánh sáng.

(iii) Bổ sung thiết bị đầu cuối (Đóng và nối đuôi):

Các nucleotide bổ sung được thêm vào các đầu của RNA cho các chức năng cụ thể, ví dụ: phân đoạn CCA trong tRNA, nucleotide nắp ở 5 ′ đầu mRNA hoặc poly-A (dư lượng 200-300) ở 3 ′ đầu mRNA. Cap được hình thành bằng cách sửa đổi GTP thành 7-methyl guanosine hoặc 7mG.

(iv) Sửa đổi nucleotide:

Chúng phổ biến nhất trong methyl hóa tRNA (ví dụ, methyl cytosine, methyl guanosine), khử amin (ví dụ, inosine từ adenine), dihydrouracil, pseudouracil, v.v.

Ở prokaryote, mRNA không yêu cầu bất kỳ quá trình xử lý phức tạp nào để hoạt động. Hơn nữa, phiên mã và dịch thuật xảy ra trong cùng một khu vực. Nó dẫn đến việc bắt đầu dịch ngay cả trước khi mRNA được hình thành đầy đủ.

Quá trình tổng hợp RNA in vitro lần đầu tiên được thực hiện bởi Ochoa (1967).