Vsebina
- Pregled nukleinskih kislin
- Transkripcija DNK v primerjavi s prevodom
- Koraki prepisovanja
- Prokarioti proti Eukarioti
Ne glede na to, ali ste novinec pri biologiji ali dolgoletni ljubitelj, so možnosti odlične, da deoksiribonukleinska kislina (DNK) privzeto gledate kot morda na najbolj nepogrešljiv koncept v celotni znanosti o življenju. Vsaj verjetno se zavedate, da je DNK tisto, zaradi česar ste edinstveni med milijardami ljudi na planetu, saj mu daje vlogo v svetu kazenskega pravosodja in tudi osrednji del predavanj o molekularni biologiji. Skoraj zagotovo ste izvedeli, da je DNK odgovoren za to, da vas obdaruje s svojimi lastnostmi, ki ste jih podedovali od svojih staršev, in da je vaša lastna DNK vaša neposredna zapuščina prihodnjim generacijam, če boste imeli otroke.
O čemer morda ne veste veliko, je pot, ki povezuje DNK v vaših celicah s fizičnimi lastnostmi, ki jih kažete, očitnimi in prikritimi, ter z nizom korakov na tej poti. Molekularni biologi so na svojem področju ustvarili koncept "osrednje dogme", ki jo je mogoče povzeti preprosto kot "DNK v RNK za beljakovine". Prvi del tega procesa - ustvarjanje RNA ali ribonukleinske kisline iz DNK - je znan kot prepisovanje, in ta dobro proučena in usklajena serija biokemijske gimnastike je prav tako elegantna kot znanstveno globoka.
Pregled nukleinskih kislin
DNA in RNA sta nukleinski kislini. Oboje je temeljno za vse življenje; te makromolekule so zelo tesno povezane, vendar so njihove funkcije, medtem ko so izredno prepletene, zelo razhajajoče in specializirane.
DNK je polimer, kar pomeni, da je sestavljen iz velikega števila ponavljajočih se podenot. Te podenote niso natančno enake, vendar so po obliki enake. Razmislite o dolgi vrvici kroglic, sestavljenih iz kock, ki so v štirih barvah in so tako zelo majhne po velikosti, in pridobite osnovni občutek, kako sta DNK in RNA razporejena.
Monomeri (podenote) nukleinskih kislin so znani kot nukleotidi. Sami nukleotidi so sestavljeni iz triad treh ločenih molekul: fosfatne skupine (ali skupin), pet-ogljikovega sladkorja in baze, ki je bogata z dušikom ("baza" ne v smislu "temeljev", ampak pomeni "sprejemnik vodikovega iona" ). Nukleotidi, ki sestavljajo nukleinske kisline, imajo eno fosfatno skupino, nekateri pa imajo dva ali celo tri fosfate, zaporedoma pritrjene. Molekuli adenozin-difosfat (ADP) in adenozin-trifosfat (ATP) sta nukleotidi izjemnega pomena pri celični presnovi energije.
DNK in RNA se razlikujeta na več pomembnih načinov. Ena, medtem ko vsaka od teh molekul vključuje štiri različne dušikove baze, DNA vključuje adenin (A), citozin (C), gvanin (G) in timin (T), medtem ko RNA vključuje prve tri od teh, vendar nadomešča uracil (U) za T. dva je sladkor v DNK deoksiriboza, medtem ko je v RNA riboza. In trije, DNK je v svoji energetsko najbolj stabilni obliki dvo-verižen, medtem ko je RNA enojna. Te razlike so najpomembnejše pri specifični transkripciji in na splošno pri delovanju teh nukleinskih kislin.
Bazi A in G se imenujeta purini, C, T in U pa pirimidini. Kritično se A kemično veže na in le na T (če je DNK) ali U (če RNA); C se veže na in samo na G. Dva sklopa molekule DNA sta komplementarna, kar pomeni, da se baze v vsakem sklopu ujemajo v vsaki točki z edinstveno "partnersko" bazo v nasprotnem sklopu. Tako AACTGCGTATG dopolnjuje TTGACGCATAC (ali UUGACGCAUAC).
Transkripcija DNK v primerjavi s prevodom
Preden se potopite v mehaniko prepisovanja DNK, je vredno vzeti trenutek za pregled terminologije, povezane z DNK in RNK, saj jih s toliko podobnimi zvenečimi besedami v mešanici lahko zmedemo.
Podvajanje je dejanje izdelave identične kopije nečesa. Ko naredite fotokopijo pisnega dokumenta (stara šola) ali uporabite funkcijo kopiranja in lepljenja v računalnik (nova šola), vsebino razmnožujete v obeh primerih.
DNK se podvaja, vendar RNA, kolikor sodobna znanost lahko ugotovi, tega ne stori; izhaja samo iz transkripcije _._ Iz latinskega korena, ki pomeni "pisanje čez", je prepisovanje kodiranje določene v kopiji izvirnega vira. Morda ste že slišali za medicinske prepisovalce, katerih naloga je, da v pisno obliko vtipkajo medicinske zapiske, narejene kot zvočni posnetek. V idealnem primeru bodo besede in s tem kljub spremembi medija popolnoma enake. V celicah transkripcija vključuje kopiranje genetske DNK, napisane v jeziku dušikovih baznih zaporedij, v obliko RNA - posebej, messenger RNA (mRNA). Ta sinteza RNA se zgodi v jedru evkariontskih celic, po kateri mRNA zapusti jedro in se usmeri v strukturo, imenovano ribosom, prevod.
Medtem ko je transkripcija preprosto fizično kodiranje v drugem mediju, je v biološkem smislu prevod pretvorba le-tega v namensko dejanje. Dolžina DNK ali enojne DNK, imenovana a gen, končno povzroči, da celice izdelajo edinstven beljakovinski izdelek. DNK pošlje to skupaj v obliki mRNA, ki nato prenese ribosom, da se prevede v tvorbo proteina. V tem pogledu je mRNA kot modra ali nabor navodil za sestavljanje kosa pohištva.
To upa, da bo razčistilo vse vaše skrivnosti o tem, kaj počnejo nukleinske kisline. Kaj pa prepisovanje še posebej?
Koraki prepisovanja
DNK, precej znano, je vtisnjen v dvojno vijačnico. Toda v tej obliki bi bilo fizično težko iz tega karkoli zgraditi. Zato je v iniciacija fazo (ali stopnjo) transkripcije, molekulo DNA odvajajo encimi, imenovani helikaze. Za sintezo RNA se hkrati uporablja samo eden od dveh nastalih verig DNA. Ta pramen se imenuje nekodiranje jer je po pravilih združevanja baz DNK in RNK drug veriga DNA enak zaporedju dušikovih baz kot mRNA, ki se sintetizira, tako da je ta nit kodiranje pramen. Na podlagi predhodnih točk lahko sklepamo, da se niz DNK in mRNA, ki je odgovoren za proizvodnjo, dopolnjujeta.
Ko je pramen pripravljen za ukrepanje, odsek DNK, imenovan promotorsko zaporedje, označuje, kje naj se začne transkripcija vzdolž niti. Na to mesto pride encimska RNA polimeraza in postane del promocijskega kompleksa. Vse to je za zagotovitev, da se sinteza mRNA začne točno tam, kjer naj bi bila na molekuli DNK, in s tem nastane niz RNA, ki ima želeno kodirano.
Nato v raztezek faza, RNA polimeraza "bere" verigo DNK, začenši s promocijskim zaporedjem in se gibljejo po verigi DNK, kot učitelj, ki hodi po vrsti študentov in distribuira teste, dodaja nukleotide na rastoči konec novo nastajajoče molekule RNA.
Veze, ustvarjene med fosfatnimi skupinami enega nukleotida in ribozo ali deoksiribozno skupino na naslednjem nukleotidu, imenujemo fosfodiesterske povezave. Upoštevajte, da ima molekula DNA tako imenovano 3 ("tri-prime") konec na enem koncu in 5 ("pet-prime") konec na drugem, pri čemer te številke prihajajo iz končnih položajev atoma ogljika v ustrezna terminalna riboza "obroči". Ker molekula RNA sama raste v 3 smeri, se giblje vzdolž verige DNK v 5 smeri. Preučiti morate diagram, da se prepričate, da popolnoma razumete mehaniko sinteze mRNA.
Dodajanje nukleotidov - natančneje, nukleozidni trifosfati (ATP, CTP, GTP in UTP; ATP je adenozin-trifosfat, CTP je citidin-trifosfat in tako naprej) - iztegnjenemu nizu mRNA je potrebna energija. To, kot toliko bioloških procesov, zagotavljajo fosfatne vezi v samih nukleozidnih trifosfatih. Ko se visokoenergetska fosfatno-fosfatna vez poruši, nastali nukleotid (AMP, CMP, GMP in UMP; v teh nukleotidih "MP" pomeni "monofosfat") se doda mRNA in paru anorganskih fosfatnih molekul , običajno napisan PPjaz, pasti stran.
Ko pride do prepisovanja, to stori, kot je navedeno, na enem samem nizu DNK. Vendar se zavedajte, da se celotna molekula DNK ne odvije in loči na komplementarne niti; to se zgodi le v neposredni bližini prepisa. Kot rezultat, lahko vizualizirate "transkripcijski mehurček", ki se premika po molekuli DNK. To je kot predmet, ki se premika po zadrzi, ki jo en mehanizem odklene tik pred objektom, drugačen mehanizem pa zadrgo v predmetih zbudi.
Ko končno mRNA doseže zahtevano dolžino in obliko, je prekinitev faza se začne. Tako kot iniciacija, to fazo omogočajo specifična zaporedja DNK, ki delujejo kot zaustavitveni znaki za RNA polimerazo.
Pri bakterijah se to lahko zgodi na dva splošna načina. V enem od njih je zaporedno zaporo prepisano, kar generira dolžino mRNA, ki se zloži vase in se tako "poveže", ko polimeraza RNA še naprej opravlja svoje delo. Te prepognjene odseke mRNA pogosto imenujemo pramenov las in vključujejo komplementarno združevanje baz znotraj enojne, a izkrivljene molekule mRNA. Spodaj od tega odseka za las je dolgotrajen del U baz ali ostankov. Ti dogodki prisilijo RNA polimerazo, da preneha z dodajanjem nukleotidov in se odcepi od DNK, kar konča prepisovanje. Temu rečemo kot rho-neodvisno prenehanje, ker se ne zanaša na beljakovine, znane kot rho faktor.
Pri prenehanju, ki je odvisno od rho, je situacija enostavnejša in niso potrebni mRNA segmenti las ali U ostanki. Namesto tega se rho faktor veže na želeno mesto na mRNA in fizično potegne mRNA stran od polimeraze RNA. Ali bo prišlo do rho-neodvisnega ali od rho odvisnega prenehanja, je odvisno od natančne različice polimeraze RNA, ki deluje na DNA in mRNA (obstajajo različne podtipe), pa tudi od beljakovin in drugih dejavnikov v neposrednem celičnem okolju.
Obe kaskadi dogodkov na koncu privedeta do tega, da se mRNA izloči iz DNA na transkripcijskem mehurju.
Prokarioti proti Eukarioti
Obstajajo številne razlike med prepisovanjem v prokariote (skoraj vse so to bakterije) in evkarioti (večcelični organizmi, kot so živali, rastline in glive). Na primer, iniciacija v prokariote ponavadi vključuje bazno ureditev DNA, znano kot polje Pribnow, pri čemer je osnovna zaporedje TATAAT približno 10 baznih parov oddaljeno od mesta, kjer pride do same iniciacije transkripcije. Eukarioti pa imajo ojačevalne sekvence, ki so nameščene na precejšnji razdalji od mesta iniciacije, kot tudi aktivatorjeve beljakovine, ki pomagajo deformirati molekulo DNK na način, da postane bolj dostopna polimerazi RNA.
Poleg tega se pri bakterijah podaljša približno dvakrat hitreje (približno 42 do 54 baznih parov na minuto, ki meji na eno na sekundo) kot pri evkariotih (približno 22 do 25 baznih parov na minuto). Nazadnje, medtem ko so bakterijski mehanizmi prenehanja opisani zgoraj, pri evkariontih ta faza vključuje posebne faktorje prenehanja, pa tudi niz RNA, imenovan poli-A (kot v mnogih adeninskih bazah zapored) "rep." Ni še jasno, ali prenehanje raztezka sproži cepitev mRNA iz mehurja ali pa se s cepitvijo naglo konča postopek raztezanja.