Η ζωή σε μορφή άνθρακα υπάρχει λόγω της παρουσίας μορίων πρωτεΐνης. Και η βιοσύνθεση πρωτεϊνών στο κύτταρο είναι η μόνη δυνατότητα για γονιδιακή έκφραση. Αλλά για να εφαρμοστεί αυτή η διαδικασία, είναι απαραίτητο να ξεκινήσει μια σειρά από διαδικασίες που σχετίζονται με το «ξεσυσκευασία» της γενετικής πληροφορίας, την αναζήτηση του επιθυμητού γονιδίου, την ανάγνωση και την αναπαραγωγή του. Ο όρος «μεταγραφή» στη βιολογία αναφέρεται συγκεκριμένα στη διαδικασία μεταφοράς πληροφοριών από ένα γονίδιο σε αγγελιοφόρο RNA. Αυτή είναι η αρχή της βιοσύνθεσης, δηλαδή της άμεσης εφαρμογής της γενετικής πληροφορίας.
Αποθήκευση γενετικών πληροφοριών
Στα κύτταρα των ζωντανών οργανισμών, η γενετική πληροφορία εντοπίζεται στον πυρήνα, τα μιτοχόνδρια, τους χλωροπλάστες και τα πλασμίδια. Τα μιτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες περιέχουν μικρή ποσότητα ζωικού και φυτικού DNA, ενώ τα βακτηριακά πλασμίδια είναι ο χώρος αποθήκευσης γονιδίων που είναι υπεύθυνα για την ταχεία προσαρμογή στις περιβαλλοντικές συνθήκες.
Στα ιικά σώματα, οι κληρονομικές πληροφορίες αποθηκεύονται επίσης με τη μορφή πολυμερών RNA ή DNA. Αλλά η διαδικασία υλοποίησης του συνδέεται και με την ανάγκη μεταγραφής. Στη βιολογία, αυτή η διαδικασία είναι εξαιρετικής σημασίας, καθώς είναι αυτή που οδηγεί στην εφαρμογή κληρονομικών πληροφοριών, πυροδοτώντας τη βιοσύνθεση πρωτεϊνών.
Στα ζωικά κύτταρα, οι κληρονομικές πληροφορίες αντιπροσωπεύονται από ένα πολυμερές DNA, το οποίο είναι συμπαγές συσκευασμένο μέσα στον πυρήνα. Επομένως, πριν από την πρωτεϊνοσύνθεση ή την ανάγνωση οποιουδήποτε γονιδίου, πρέπει να περάσουν ορισμένα στάδια: ξετύλιγμα της συμπυκνωμένης χρωματίνης και «απελευθέρωση» του επιθυμητού γονιδίου, αναγνώρισή του από μόρια ενζύμου, μεταγραφή.
Στη βιολογία και τη βιολογική χημεία, αυτά τα στάδια έχουν ήδη μελετηθεί. Οδηγούν στη σύνθεση μιας πρωτεΐνης, η πρωτογενής δομή της οποίας κωδικοποιήθηκε σε ένα μόνο γονίδιο.
Μοτίβο μεταγραφής σε ευκαρυωτικά κύτταρα
Αν και η μεταγραφή στη βιολογία δεν έχει μελετηθεί επαρκώς, η αλληλουχία της παρουσιάζεται παραδοσιακά με τη μορφή διαγράμματος. Αποτελείται από την έναρξη, την επιμήκυνση και τον τερματισμό. Αυτό σημαίνει ότι η όλη διαδικασία χωρίζεται σε τρία συστατικά φαινόμενα.
Η μύηση είναι ένα σύνολο βιολογικών και βιοχημικών διεργασιών που οδηγούν στην έναρξη της μεταγραφής. Η ουσία της επιμήκυνσης είναι η συνεχής ανάπτυξη της μοριακής αλυσίδας. Ο τερματισμός είναι ένα σύνολο διεργασιών που οδηγούν στη διακοπή της σύνθεσης RNA. Παρεμπιπτόντως, στο πλαίσιο της βιοσύνθεσης πρωτεϊνών, η διαδικασία της μεταγραφής στη βιολογία συνήθως ταυτίζεται με τη σύνθεση του αγγελιαφόρου RNA. Με βάση αυτό, αργότερα θα συντεθεί μια πολυπεπτιδική αλυσίδα.
Την έναρξη
Η έναρξη είναι ο λιγότερο κατανοητός μηχανισμός μεταγραφής στη βιολογία. Τι είναι από βιοχημική άποψη είναι άγνωστο. Δηλαδή, τα συγκεκριμένα ένζυμα που είναι υπεύθυνα για την ενεργοποίηση της μεταγραφής δεν αναγνωρίζονται καθόλου. Άγνωστα είναι επίσης τα ενδοκυτταρικά σήματα και οι μέθοδοι μετάδοσής τους, που υποδηλώνουν την ανάγκη για σύνθεση νέας πρωτεΐνης. Αυτό είναι ένα θεμελιώδες έργο για την κυτταρολογία και τη βιοχημεία.
Επιμήκυνση
Δεν είναι ακόμη δυνατό να διαχωριστεί χρονικά η διαδικασία έναρξης και επιμήκυνσης λόγω της αδυναμίας διεξαγωγής εργαστηριακών μελετών που έχουν σχεδιαστεί για να επιβεβαιώσουν την παρουσία συγκεκριμένων ενζύμων και παραγόντων ενεργοποίησης. Επομένως, αυτό το σύνορο είναι πολύ υπό όρους. Η ουσία της διαδικασίας επιμήκυνσης έγκειται στην επιμήκυνση της αναπτυσσόμενης αλυσίδας, που συντίθεται με βάση το τμήμα του προτύπου DNA.
Πιστεύεται ότι η επιμήκυνση ξεκινά μετά την πρώτη μετατόπιση της RNA πολυμεράσης και την έναρξη της προσκόλλησης του πρώτου καδόνιου στην αρχική θέση του RNA. Κατά την επιμήκυνση, τα καδόνια διαβάζονται προς την κατεύθυνση του κλώνου 3"-5" σε ένα τμήμα DNA που έχει αφαιρεθεί από σπείρα που διαιρείται σε δύο κλώνους. Ταυτόχρονα, η αναπτυσσόμενη αλυσίδα RNA προστίθεται με νέα νουκλεοτίδια συμπληρωματικά στην περιοχή DNA του εκμαγείου. Σε αυτή την περίπτωση, το DNA «επεκτείνεται» σε πλάτος 12 νουκλεοτιδίων, δηλαδή 4 καδόνια.
Το ένζυμο RNA πολυμεράση κινείται κατά μήκος της αναπτυσσόμενης αλυσίδας και «πίσω» από αυτό το DNA «διασυνδέεται» αντίστροφα σε μια δίκλωνη δομή με την αποκατάσταση των δεσμών υδρογόνου μεταξύ των νουκλεοτιδίων. Αυτό απαντά εν μέρει στο ερώτημα ποια διαδικασία ονομάζεται μεταγραφή στη βιολογία. Είναι η επιμήκυνση που είναι η κύρια φάση της μεταγραφής, γιατί κατά την πορεία της συναρμολογείται το λεγόμενο ενδιάμεσο μεταξύ του γονιδίου και της πρωτεϊνοσύνθεσης.
Λήξη
Η διαδικασία τερματισμού της μεταγραφής σε ευκαρυωτικά κύτταρα είναι ελάχιστα κατανοητή. Μέχρι στιγμής, οι επιστήμονες έχουν περιορίσει την ουσία του στη διακοπή της ανάγνωσης του DNA στο άκρο 5" και στη σύνδεση μιας ομάδας βάσεων αδενίνης στο άκρο 3" του RNA. Η τελευταία διαδικασία επιτρέπει τη σταθεροποίηση της χημικής δομής του προκύπτοντος RNA. Υπάρχουν δύο τύποι τερματισμού στα βακτηριακά κύτταρα. Είναι μια Rho-εξαρτώμενη και Rho-ανεξάρτητη διαδικασία.
Η πρώτη εμφανίζεται παρουσία της πρωτεΐνης Rho και ανάγεται σε ένα απλό σπάσιμο των δεσμών υδρογόνου μεταξύ της περιοχής εκμαγείου του DNA και του συντιθέμενου RNA. Το δεύτερο, Rho-ανεξάρτητο, εμφανίζεται μετά την εμφάνιση του στελέχους-βρόγχου εάν υπάρχει ένα σύνολο βάσεων ουρακίλης πίσω από αυτό. Αυτός ο συνδυασμός προκαλεί την αποκόλληση του RNA από το πρότυπο DNA. Είναι προφανές ότι ο τερματισμός της μεταγραφής είναι μια ενζυματική διαδικασία, αλλά δεν έχουν βρεθεί ακόμη συγκεκριμένοι βιοκαταλύτες γι' αυτήν.
Μεταγραφή ιών
Τα ιικά σώματα δεν έχουν το δικό τους σύστημα βιοσύνθεσης πρωτεϊνών και επομένως δεν μπορούν να αναπαραχθούν χωρίς να εκμεταλλευτούν τα κύτταρα. Αλλά οι ιοί έχουν το δικό τους γενετικό υλικό, το οποίο πρέπει να γίνει αντιληπτό και επίσης να ενσωματωθεί στα γονίδια των μολυσμένων κυττάρων. Για να το κάνουν αυτό, έχουν έναν αριθμό ενζύμων (ή εκμεταλλεύονται συστήματα κυτταρικών ενζύμων) που μεταγράφουν το νουκλεϊκό τους οξύ. Δηλαδή, αυτό το ένζυμο, με βάση τις γενετικές πληροφορίες του ιού, συνθέτει ένα ανάλογο του αγγελιαφόρου RNA. Αλλά δεν είναι καθόλου RNA, αλλά ένα πολυμερές DNA, συμπληρωματικό, για παράδειγμα, των ανθρώπινων γονιδίων.
Αυτό παραβιάζει εντελώς τις παραδοσιακές αρχές της μεταγραφής στη βιολογία, όπως φαίνεται στο παράδειγμα του ιού HIV. Το αντίστροφο ένζυμο του είναι ικανό να συνθέτει DNA συμπληρωματικό του ανθρώπινου νουκλεϊκού οξέος από ιικό RNA. Η διαδικασία σύνθεσης συμπληρωματικού DNA από RNA ονομάζεται αντίστροφη μεταγραφή. Αυτός είναι ο ορισμός στη βιολογία της διαδικασίας που είναι υπεύθυνη για την ενσωμάτωση των κληρονομικών πληροφοριών του ιού στο ανθρώπινο γονιδίωμα.
Την έννοια της μεταγραφής την συναντάμε όταν μελετάμε μια ξένη γλώσσα. Μας βοηθά να ξαναγράψουμε σωστά και να προφέρουμε άγνωστες λέξεις. Τι σημαίνει αυτός ο όρος στις φυσικές επιστήμες; Η μεταγραφή στη βιολογία είναι μια βασική διαδικασία στο σύστημα αντιδράσεων βιοσύνθεσης πρωτεϊνών. Είναι αυτό που επιτρέπει στο κύτταρο να εφοδιαστεί με πεπτίδια που θα εκτελούν κατασκευαστικές, προστατευτικές, σηματοδοτικές, μεταφορικές και άλλες λειτουργίες σε αυτό. Μόνο η επανεγγραφή πληροφοριών από τη θέση του DNA σε ένα μόριο πληροφοριακού ριβονουκλεϊκού οξέος ενεργοποιεί τη συσκευή σύνθεσης πρωτεΐνης του κυττάρου, η οποία παρέχει βιοχημικές αντιδράσεις μετάφρασης.
Σε αυτό το άρθρο θα εξετάσουμε τα στάδια της μεταγραφής και της πρωτεϊνοσύνθεσης που συμβαίνουν σε διάφορους οργανισμούς και θα προσδιορίσουμε επίσης τη σημασία αυτών των διεργασιών στη μοριακή βιολογία. Επιπλέον, θα δώσουμε έναν ορισμό του τι είναι η μεταγραφή. Στη βιολογία, γνώσεις για τις διαδικασίες που μας ενδιαφέρουν μπορούν να ληφθούν από ενότητες όπως η κυτταρολογία, η μοριακή βιολογία και η βιοχημεία.
Χαρακτηριστικά αντιδράσεων σύνθεσης μήτρας
Για όσους είναι εξοικειωμένοι με τους βασικούς τύπους χημικών αντιδράσεων που μελετώνται σε ένα μάθημα γενικής χημείας, οι διαδικασίες σύνθεσης μήτρας θα είναι εντελώς νέες. Ο λόγος εδώ είναι ο εξής: τέτοιες αντιδράσεις που συμβαίνουν σε ζωντανούς οργανισμούς εξασφαλίζουν την αντιγραφή των μητρικών μορίων χρησιμοποιώντας έναν ειδικό κωδικό. Δεν ανακαλύφθηκε αμέσως· είναι καλύτερα να πούμε ότι η ίδια η ιδέα της ύπαρξης δύο διαφορετικών γλωσσών για την αποθήκευση κληρονομικών πληροφοριών άνοιξε το δρόμο της για δύο αιώνες: από τα τέλη του 19ου έως τα μέσα του 20ου Για να φανταστούμε καλύτερα τι είναι η μεταγραφή και η μετάφραση στη βιολογία και γιατί αναφέρονται σε αντιδράσεις σύνθεσης μήτρας, ας στραφούμε στο τεχνικό λεξιλόγιο για μια αναλογία.
Όλα είναι σαν σε τυπογραφείο
Φανταστείτε ότι πρέπει να τυπώσουμε, για παράδειγμα, εκατό χιλιάδες αντίτυπα μιας δημοφιλής εφημερίδας. Όλο το υλικό που μπαίνει σε αυτό συλλέγεται στον μητρικό φορέα. Αυτό το πρώτο μοτίβο ονομάζεται μήτρα. Στη συνέχεια αντιγράφεται σε τυπογραφικά πιεστήρια - γίνονται αντίγραφα. Παρόμοιες διεργασίες συμβαίνουν σε ένα ζωντανό κύτταρο, μόνο τα μόρια DNA και mRNA χρησιμεύουν εναλλάξ ως εκμαγεία και τα αγγελιαφόρα μόρια RNA και πρωτεΐνης χρησιμεύουν ως αντίγραφα. Ας τα δούμε λεπτομερέστερα και ας ανακαλύψουμε ότι η μεταγραφή στη βιολογία είναι η αντίδραση σύνθεσης μήτρας που συμβαίνει στον πυρήνα του κυττάρου.
Ο γενετικός κώδικας είναι το κλειδί για το μυστικό της βιοσύνθεσης πρωτεϊνών
Στη σύγχρονη μοριακή βιολογία, κανείς δεν διαφωνεί πια για το ποια ουσία είναι ο φορέας των κληρονομικών ιδιοτήτων και αποθηκεύει δεδομένα για όλες τις πρωτεΐνες του σώματος ανεξαιρέτως. Φυσικά, είναι δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ. Ωστόσο, είναι κατασκευασμένο από νουκλεοτίδια και οι πρωτεΐνες, οι πληροφορίες για τη σύνθεση των οποίων αποθηκεύονται σε αυτό, αντιπροσωπεύονται από μόρια αμινοξέων που δεν έχουν καμία χημική συγγένεια με τα μονομερή DNA. Με άλλα λόγια, έχουμε να κάνουμε με δύο διαφορετικές γλώσσες. Στο ένα από αυτά οι λέξεις είναι νουκλεοτίδια, στο άλλο είναι αμινοξέα. Τι θα ενεργήσει ως μεταφραστής που θα επανακωδικοποιήσει τις πληροφορίες που αποκτήθηκαν ως αποτέλεσμα της μεταγραφής; Η μοριακή βιολογία πιστεύει ότι αυτόν τον ρόλο παίζει ο γενετικός κώδικας.
Μοναδικές ιδιότητες του κυψελοειδούς κώδικα
Αυτός είναι ο κώδικας, ο πίνακας του οποίου παρουσιάζεται παρακάτω. Κυτταρολόγοι, γενετιστές και βιοχημικοί εργάστηκαν για τη δημιουργία του. Επιπλέον, για την ανάπτυξη του κώδικα χρησιμοποιήθηκαν γνώσεις από την κρυπτογραφία. Λαμβάνοντας υπόψη τους κανόνες του, είναι δυνατό να καθοριστεί η πρωταρχική δομή της συνθετικής πρωτεΐνης, επειδή η μετάφραση στη βιολογία είναι η διαδικασία μετάφρασης πληροφοριών σχετικά με τη δομή ενός πεπτιδίου από τη γλώσσα των νουκλεοτιδίων RNA στη γλώσσα των αμινοξέων μιας πρωτεΐνης μόριο.
Η ιδέα της κωδικοποίησης σε ζωντανούς οργανισμούς εκφράστηκε για πρώτη φορά από τον G. A. Gamov. Περαιτέρω επιστημονικές εξελίξεις οδήγησαν στη διατύπωση των βασικών κανόνων του. Πρώτον, διαπιστώθηκε ότι η δομή των 20 αμινοξέων είναι κρυπτογραφημένη σε 61 τριπλέτες αγγελιοφόρου RNA, γεγονός που οδήγησε στην έννοια του εκφυλισμού του κώδικα. Στη συνέχεια, προσδιορίσαμε τη σύσταση των κωδικονίων nonness, τα οποία λειτουργούν ως έναρξη και τερματισμός της διαδικασίας βιοσύνθεσης πρωτεϊνών. Στη συνέχεια εμφανίστηκαν διατάξεις για τη συγγραμμικότητα και την καθολικότητά του, ολοκληρώνοντας την αρμονική θεωρία του γενετικού κώδικα.
Πού γίνεται η μεταγραφή και η μετάφραση;
Στη βιολογία, αρκετές από τις ενότητες του που μελετούν τη δομή και τις βιοχημικές διεργασίες στο κύτταρο (κυτταρολογία και μοριακή βιολογία) καθόρισαν τον εντοπισμό των αντιδράσεων σύνθεσης μήτρας. Έτσι, η μεταγραφή λαμβάνει χώρα στον πυρήνα με τη συμμετοχή του ενζύμου RNA πολυμεράση. Στο καρυόπλασμά του, ένα μόριο mRNA συντίθεται από ελεύθερα νουκλεοτίδια σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας, αντιγράφοντας πληροφορίες σχετικά με τη δομή του πεπτιδίου από ένα δομικό γονίδιο.
Στη συνέχεια φεύγει από τον πυρήνα του κυττάρου μέσω πόρων στο πυρηνικό περίβλημα και καταλήγει στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Εδώ, το mRNA πρέπει να συνδυαστεί με πολλά ριβοσώματα για να σχηματίσει ένα πολυσώμα, μια δομή έτοιμη να συναντήσει μόρια μεταφοράς ριβονουκλεϊκών οξέων. Το καθήκον τους είναι να φέρουν τα αμινοξέα στη θέση μιας άλλης αντίδρασης σύνθεσης μήτρας - μετάφρασης. Ας εξετάσουμε λεπτομερώς τους μηχανισμούς και των δύο αντιδράσεων.
Χαρακτηριστικά του σχηματισμού μορίων mRNA
Η μεταγραφή στη βιολογία είναι η επανεγγραφή πληροφοριών σχετικά με τη δομή ενός πεπτιδίου από το δομικό γονίδιο του DNA σε ένα μόριο ριβονουκλεϊκού οξέος, το οποίο ονομάζεται πληροφοριακό. Όπως είπαμε νωρίτερα, εμφανίζεται στον πυρήνα του κυττάρου. Πρώτον, το ένζυμο περιορισμού του DNA σπάει τους δεσμούς υδρογόνου που συνδέουν τις αλυσίδες του δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος και η έλικα του ξετυλίγεται. Το ένζυμο RNA πολυμεράση προσκολλάται στις ελεύθερες πολυνουκλεοτιδικές θέσεις. Ενεργοποιεί τη συγκρότηση ενός αντιγράφου - ενός μορίου mRNA, το οποίο, εκτός από πληροφοριακές τομές - εξόνια - περιέχει και κενές αλληλουχίες νουκλεοτιδίων - εσώνια. Είναι έρμα και απαιτούν αφαίρεση. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται επεξεργασία ή ωρίμανση στη μοριακή βιολογία. Αυτό ολοκληρώνει τη μεταγραφή. Η βιολογία το εξηγεί εν συντομία ως εξής: μόνο χάνοντας περιττά μονομερή το νουκλεϊκό οξύ θα μπορέσει να φύγει από τον πυρήνα και να είναι έτοιμο για περαιτέρω στάδια βιοσύνθεσης πρωτεϊνών.
Αντίστροφη μεταγραφή σε ιούς
Οι μη κυτταρικές μορφές ζωής διαφέρουν εντυπωσιακά από τα προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά κύτταρα όχι μόνο στην εξωτερική και εσωτερική τους δομή, αλλά και στις αντιδράσεις σύνθεσης μήτρας τους. Στη δεκαετία του εβδομήντα του περασμένου αιώνα, η επιστήμη απέδειξε την ύπαρξη ρετροϊών - οργανισμών των οποίων το γονιδίωμα αποτελείται από δύο αλυσίδες RNA. Κάτω από τη δράση του ενζύμου - reversetase - τέτοια ιικά σωματίδια αντιγράφουν μόρια DNA από τμήματα ριβονουκλεϊκού οξέος, τα οποία στη συνέχεια εισάγονται στον καρυότυπο του κυττάρου ξενιστή. Όπως μπορούμε να δούμε, η αντιγραφή κληρονομικών πληροφοριών σε αυτή την περίπτωση πηγαίνει προς την αντίθετη κατεύθυνση: από το RNA στο DNA. Αυτή η μορφή κωδικοποίησης και ανάγνωσης είναι χαρακτηριστική, για παράδειγμα, παθογόνων παραγόντων που προκαλούν διάφορους τύπους καρκίνου.
Τα ριβοσώματα και ο ρόλος τους στον κυτταρικό μεταβολισμό
Πλαστικές μεταβολικές αντιδράσεις, που περιλαμβάνουν τη βιοσύνθεση πεπτιδίων, συμβαίνουν στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Για να αποκτήσετε ένα τελικό μόριο πρωτεΐνης, δεν αρκεί η αντιγραφή της νουκλεοτιδικής αλληλουχίας από ένα δομικό γονίδιο και η μεταφορά της στο κυτταρόπλασμα. Χρειάζονται επίσης δομές που θα διαβάζουν πληροφορίες και θα διασφαλίζουν τη σύνδεση των αμινοξέων σε μια ενιαία αλυσίδα μέσω πεπτιδικών δεσμών. Αυτά είναι ριβοσώματα, η δομή και οι λειτουργίες των οποίων τυγχάνουν μεγάλης προσοχής στη μοριακή βιολογία. Έχουμε ήδη ανακαλύψει πού συμβαίνει η μεταγραφή - αυτό είναι το καρυόπλασμα του πυρήνα. Ο τόπος των διεργασιών μετάφρασης είναι το κυτταρόπλασμα. Σε αυτό βρίσκονται τα κανάλια του ενδοπλασματικού δικτύου, στα οποία κάθονται σε ομάδες οργανίδια που συνθέτουν πρωτεΐνες - ριβοσώματα. Ωστόσο, η παρουσία τους δεν εξασφαλίζει ακόμη την έναρξη πλαστικών αντιδράσεων. Χρειαζόμαστε δομές που θα μεταφέρουν μόρια μονομερούς πρωτεΐνης - αμινοξέα - στο πολυσώμα. Ονομάζονται ριβονουκλεϊκά οξέα μεταφοράς. Τι είναι και ποιος είναι ο ρόλος τους στη μετάδοση;
Μεταφορείς αμινοξέων
Τα μικρά μόρια του RNA μεταφοράς στη χωρική τους διαμόρφωση έχουν μια περιοχή που αποτελείται από μια αλληλουχία νουκλεοτιδίων - ένα αντικωδικόνιο. Για να πραγματοποιηθούν μεταφραστικές διαδικασίες, είναι απαραίτητο να προκύψει ένα σύμπλεγμα πρωτοβουλιών. Πρέπει να περιλαμβάνει την τριπλέτα μήτρας, τα ριβοσώματα και τη συμπληρωματική περιοχή του μορίου μεταφοράς. Μόλις οργανωθεί ένα τέτοιο σύμπλεγμα, αυτό είναι ένα σήμα για την έναρξη της συναρμολόγησης του πρωτεϊνικού πολυμερούς. Τόσο η μετάφραση όσο και η μεταγραφή στη βιολογία είναι διαδικασίες αφομοίωσης, που περιλαμβάνουν πάντα την απορρόφηση ενέργειας. Για να τα πραγματοποιήσει, το κύτταρο προετοιμάζεται εκ των προτέρων, συσσωρεύοντας μεγάλο αριθμό μορίων τριφωσφορικού οξέος αδενοσίνης.
Η σύνθεση αυτής της ενεργειακής ουσίας συμβαίνει στα μιτοχόνδρια - τα πιο σημαντικά οργανίδια όλων των ευκαρυωτικών κυττάρων χωρίς εξαίρεση. Προηγείται της έναρξης των αντιδράσεων σύνθεσης μήτρας, καταλαμβάνοντας μια θέση στο προσυνθετικό στάδιο του κυτταρικού κύκλου ζωής και μετά τις αντιδράσεις αντιγραφής. Η διάσπαση των μορίων ΑΤΡ συνοδεύει τις διαδικασίες μεταγραφής και τις αντιδράσεις μετάφρασης· η ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας χρησιμοποιείται από το κύτταρο σε όλα τα στάδια της βιοσύνθεσης των οργανικών ουσιών.
Στάδια μετάδοσης
Στην αρχή των αντιδράσεων που οδηγούν στο σχηματισμό ενός πολυπεπτιδίου, 20 τύποι μονομερών πρωτεΐνης συνδέονται με ορισμένα μόρια οξέων μεταφοράς. Παράλληλα, ο σχηματισμός πολυσωμάτων συμβαίνει στο κύτταρο: τα ριβοσώματα προσκολλώνται στη μήτρα στη θέση του κωδικονίου έναρξης. Η έναρξη της βιοσύνθεσης ξεκινά και τα ριβοσώματα κινούνται κατά μήκος των τριπλών mRNA. Τα μόρια που μεταφέρουν αμινοξέα είναι κατάλληλα για αυτά. Εάν το κωδικόνιο στο πολυσώμα είναι συμπληρωματικό με το αντικωδικόνιο των οξέων μεταφοράς, τότε το αμινοξύ παραμένει στο ριβόσωμα και ο πολυπεπτιδικός δεσμός που προκύπτει το συνδέει με τα αμινοξέα που υπάρχουν ήδη εκεί. Μόλις το οργανίδιο που συνθέτει την πρωτεΐνη φτάσει στην τριάδα τερματισμού (συνήθως UAG, UAA ή UGA), η μετάφραση σταματά. Ως αποτέλεσμα, το ριβόσωμα, μαζί με το σωματίδιο πρωτεΐνης, διαχωρίζεται από το mRNA.
Πώς αποκτά ένα πεπτίδιο τη φυσική του μορφή;
Το τελευταίο στάδιο μετάφρασης είναι η διαδικασία μετάβασης της πρωτογενούς δομής της πρωτεΐνης στην τριτογενή μορφή, η οποία έχει τη μορφή σφαιριδίου. Τα ένζυμα αφαιρούν τα περιττά υπολείμματα αμινοξέων, προσθέτουν μονοσακχαρίτες ή λιπίδια και επιπλέον συνθέτουν καρβοξυλικές και φωσφορικές ομάδες. Όλα αυτά συμβαίνουν στις κοιλότητες του ενδοπλασματικού δικτύου, όπου το πεπτίδιο εισέρχεται μετά την ολοκλήρωση της βιοσύνθεσης. Στη συνέχεια, το φυσικό μόριο πρωτεΐνης περνά στα κανάλια. Διεισδύουν στο κυτταρόπλασμα και βοηθούν να διασφαλιστεί ότι το πεπτίδιο εισέρχεται σε μια συγκεκριμένη περιοχή του κυτταροπλάσματος και στη συνέχεια χρησιμοποιείται για τις ανάγκες του κυττάρου.
Σε αυτό το άρθρο, ανακαλύψαμε ότι η μετάφραση και η μεταγραφή στη βιολογία είναι οι κύριες αντιδράσεις της σύνθεσης μήτρας που αποτελούν τη βάση της διατήρησης και της μετάδοσης των κληρονομικών κλίσεων του οργανισμού.
Αρχικά, καθορίστε την αλληλουχία των βημάτων στη βιοσύνθεση πρωτεϊνών, ξεκινώντας με τη μεταγραφή. Ολόκληρη η αλληλουχία των διεργασιών που συμβαίνουν κατά τη σύνθεση των μορίων πρωτεΐνης μπορεί να συνδυαστεί σε 2 στάδια:
Μεταγραφή.
Αναμετάδοση.
Οι δομικές μονάδες των κληρονομικών πληροφοριών είναι γονίδια - τμήματα του μορίου του DNA που κωδικοποιούν τη σύνθεση μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης. Όσον αφορά τη χημική οργάνωση, το υλικό της κληρονομικότητας και της μεταβλητότητας σε προ- και ευκαρυώτες δεν διαφέρει θεμελιωδώς. Το γενετικό υλικό σε αυτά παρουσιάζεται στο μόριο του DNA· κοινή είναι επίσης η αρχή της καταγραφής κληρονομικών πληροφοριών και ο γενετικός κώδικας. Τα ίδια αμινοξέα σε προ- και ευκαρυώτες κρυπτογραφούνται από τα ίδια κωδικόνια.
Το γονιδίωμα των σύγχρονων προκαρυωτικών κυττάρων χαρακτηρίζεται από ένα σχετικά μικρό μέγεθος· το DNA του E. coli έχει σχήμα δακτυλίου, μήκους περίπου 1 mm. Περιέχει 4 x 10 6 ζεύγη νουκλεοτιδίων, που σχηματίζουν περίπου 4000 γονίδια. Το 1961, οι F. Jacob και J. Monod ανακάλυψαν την κιστρονική ή συνεχή οργάνωση των προκαρυωτικών γονιδίων, τα οποία αποτελούνται εξ ολοκλήρου από κωδικοποιητικές αλληλουχίες νουκλεοτιδίων και πραγματοποιούνται εξ ολοκλήρου κατά τη σύνθεση πρωτεϊνών. Το κληρονομικό υλικό του μορίου DNA των προκαρυωτών βρίσκεται απευθείας στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου, όπου βρίσκονται επίσης το tRNA και τα ένζυμα που είναι απαραίτητα για την έκφραση των γονιδίων Έκφραση είναι η λειτουργική δραστηριότητα των γονιδίων ή η έκφραση των γονιδίων. Επομένως, το mRNA που συντίθεται από DNA μπορεί να εκτελέσει αμέσως τη λειτουργία ενός εκμαγείου στη διαδικασία μετάφρασης της πρωτεϊνικής σύνθεσης.
Το ευκαρυωτικό γονιδίωμα περιέχει σημαντικά περισσότερο κληρονομικό υλικό. Στον άνθρωπο, το συνολικό μήκος του DNA στο διπλοειδές σύνολο των χρωμοσωμάτων είναι περίπου 174 εκ. Περιέχει 3 x 10 9 ζεύγη νουκλεοτιδίων και περιλαμβάνει έως και 100.000 γονίδια. Το 1977, ανακαλύφθηκε ασυνέχεια στη δομή των περισσότερων ευκαρυωτικών γονιδίων, που ονομάζεται γονίδιο «μωσαϊκού». Χαρακτηρίζεται από κωδικοποιητικές αλληλουχίες νουκλεοτιδίων εξωνικήΚαι ιντρονικόςοικόπεδα. Για την πρωτεϊνοσύνθεση χρησιμοποιούνται μόνο πληροφορίες από εξόνια. Ο αριθμός των εσωνίων ποικίλλει σε διαφορετικά γονίδια. Έχει διαπιστωθεί ότι το γονίδιο ωολευκωματίνης κοτόπουλου περιλαμβάνει 7 εσώνια και το γονίδιο προκολλαγόνου θηλαστικών περιλαμβάνει 50. Οι λειτουργίες των σιωπηλών ιντρονίων DNA δεν έχουν αποσαφηνιστεί πλήρως. Υποτίθεται ότι παρέχουν: 1) δομική οργάνωση της χρωματίνης. 2) μερικά από αυτά εμπλέκονται προφανώς στη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης. 3) τα εσώνια μπορούν να θεωρηθούν ως αποθήκη πληροφοριών για μεταβλητότητα. 4) μπορούν να παίξουν προστατευτικό ρόλο, αναλαμβάνοντας τη δράση μεταλλαξιγόνων.
Μεταγραφή
Η διαδικασία επανεγγραφής πληροφοριών στον πυρήνα του κυττάρου από ένα τμήμα ενός μορίου DNA σε ένα μόριο mRNA (mRNA) ονομάζεται μεταγραφή(Λατινικά Transcriptio - ξαναγραφή). Το πρωτεύον γονιδιακό προϊόν, το mRNA, συντίθεται. Αυτό είναι το πρώτο στάδιο της πρωτεϊνοσύνθεσης. Στην αντίστοιχη θέση DNA, το ένζυμο RNA πολυμεράση αναγνωρίζει το σημάδι για την έναρξη της μεταγραφής - promotr.Το σημείο εκκίνησης είναι το πρώτο νουκλεοτίδιο DNA που ενσωματώνεται στο μεταγράφημα RNA από το ένζυμο. Κατά κανόνα, οι περιοχές κωδικοποίησης ξεκινούν με το κωδικόνιο AUG· μερικές φορές στα βακτήρια χρησιμοποιείται GUG. Όταν η RNA πολυμεράση δεσμεύεται στον προαγωγέα, συμβαίνει τοπικό ξετύλιγμα της διπλής έλικας του DNA και ένας από τους κλώνους αντιγράφεται σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας. Το mRNA συντίθεται, η ταχύτητα συναρμολόγησής του φτάνει τα 50 νουκλεοτίδια ανά δευτερόλεπτο. Καθώς η πολυμεράση RNA κινείται, η αλυσίδα mRNA αυξάνεται και όταν το ένζυμο φτάσει στο τέλος της περιοχής αντιγραφής - τελειωτής, το mRNA απομακρύνεται από το πρότυπο. Η διπλή έλικα του DNA πίσω από το ένζυμο αποκαθίσταται.
Η μεταγραφή των προκαρυωτών λαμβάνει χώρα στο κυτταρόπλασμα. Λόγω του γεγονότος ότι το DNA αποτελείται εξ ολοκλήρου από κωδικοποιητικές αλληλουχίες νουκλεοτιδίων, επομένως το mRNA που συντίθεται δρα αμέσως ως πρότυπο για μετάφραση (βλ. παραπάνω).
Η μεταγραφή του mRNA στους ευκαρυώτες συμβαίνει στον πυρήνα. Ξεκινά με τη σύνθεση μεγάλων μορίων - προδρόμων (pro-mRNA), που ονομάζονται ανώριμο, ή πυρηνικό RNA Το πρωταρχικό προϊόν του γονιδίου - pro-mRNA είναι ακριβές αντίγραφο του μεταγραφόμενου τμήματος του DNA, περιλαμβάνει εξόνια και ιντρόνια. Η διαδικασία σχηματισμού ώριμων μορίων RNA από πρόδρομες ουσίες ονομάζεται επεξεργασία. Η ωρίμανση του mRNA συμβαίνει με μάτισμα- αυτά κόβονται από ένζυμα ένζυμο περιορισμούιντρόνια και σύνδεση περιοχών με μεταγραμμένες αλληλουχίες εξονίων από ένζυμα λιγάσης. (Εικ.) Το ώριμο mRNA είναι πολύ μικρότερο από τα πρόδρομα μόρια του pro-mRNA· τα μεγέθη των ιντρονίων σε αυτά ποικίλλουν από 100 έως 1000 νουκλεοτίδια ή περισσότερα. Τα ιντρόνια αντιπροσωπεύουν περίπου το 80% όλων των ανώριμων mRNA.
Τώρα έχει αποδειχθεί ότι είναι δυνατό εναλλακτικό μάτισμα,στην οποία αλληλουχίες νουκλεοτιδίων μπορούν να αφαιρεθούν από ένα πρωτεύον αντίγραφο σε διαφορετικά μέρη του και θα σχηματιστούν αρκετά ώριμα mRNA. Αυτός ο τύπος ματίσματος είναι χαρακτηριστικός στο σύστημα γονιδίων ανοσοσφαιρίνης στα θηλαστικά, γεγονός που καθιστά δυνατό τον σχηματισμό διαφορετικών τύπων αντισωμάτων με βάση ένα μεταγράφημα mRNA.
Μόλις ολοκληρωθεί η επεξεργασία, το ώριμο mRNA επιλέγεται πριν την έξοδο από τον πυρήνα. Έχει διαπιστωθεί ότι μόνο το 5% του ώριμου mRNA εισέρχεται στο κυτταρόπλασμα και το υπόλοιπο διασπάται στον πυρήνα.
Αναμετάδοση
Η μετάφραση (Λατινική Μετάφραση - μεταφορά, μεταφορά) είναι η μετάφραση των πληροφοριών που περιέχονται στη νουκλεοτιδική αλληλουχία ενός μορίου mRNA στην αλληλουχία αμινοξέων μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας (Εικ. 10). Αυτό είναι το δεύτερο στάδιο της πρωτεϊνοσύνθεσης. Η μεταφορά του ώριμου mRNA μέσω των πόρων του πυρηνικού περιβλήματος παράγεται από ειδικές πρωτεΐνες που σχηματίζουν σύμπλοκο με το μόριο RNA. Εκτός από τη μεταφορά του mRNA, αυτές οι πρωτεΐνες προστατεύουν το mRNA από τις καταστροφικές επιδράσεις των κυτταροπλασματικών ενζύμων. Στη διαδικασία μετάφρασης, το tRNA παίζει κεντρικό ρόλο· εξασφαλίζουν την ακριβή αντιστοίχιση του αμινοξέος με τον κώδικα της τριπλέτας mRNA. Η διαδικασία μετάφρασης-αποκωδικοποίησης συμβαίνει στα ριβοσώματα και πραγματοποιείται προς την κατεύθυνση από το 5 προς το 3. Το σύμπλεγμα mRNA και ριβοσωμάτων ονομάζεται πολυσωμάτιο.
Κατά τη μετάφραση, διακρίνονται τρεις φάσεις: έναρξη, επιμήκυνση και τερματισμός.
Την έναρξη.
Σε αυτό το στάδιο, ολόκληρο το σύμπλεγμα που εμπλέκεται στη σύνθεση του μορίου πρωτεΐνης συναρμολογείται. Οι δύο ριβοσωμικές υπομονάδες ενώνονται σε ένα συγκεκριμένο τμήμα του mRNA, το πρώτο αμινοακυλο-tRNA είναι προσαρτημένο σε αυτό και αυτό θέτει το πλαίσιο ανάγνωσης πληροφοριών. Σε οποιοδήποτε μόριο m-RNA υπάρχει μια περιοχή που είναι συμπληρωματική του r-RNA της μικρής ριβοσωματικής υπομονάδας και ελέγχεται ειδικά από αυτήν. Δίπλα του βρίσκεται το εναρκτήριο κωδικόνιο έναρξης AUG, το οποίο κωδικοποιεί το αμινοξύ μεθειονίνη.Η φάση έναρξης τελειώνει με το σχηματισμό ενός συμπλόκου: ριβοσώματος, -mRNA-έναρξη αμινοακυλ-tRNA.
Επιμήκυνση
— περιλαμβάνει όλες τις αντιδράσεις από τη στιγμή του σχηματισμού του πρώτου πεπτιδικού δεσμού έως την προσθήκη του τελευταίου αμινοξέος. Το ριβόσωμα έχει δύο θέσεις για τη σύνδεση δύο μορίων tRNA. Σε μια περιοχή, το πεπτιδύλιο (P), υπάρχει το πρώτο t-RNA με το αμινοξύ μεθειονίνη, και η σύνθεση οποιουδήποτε μορίου πρωτεΐνης ξεκινά με αυτό. Το δεύτερο μόριο tRNA εισέρχεται στο δεύτερο τμήμα του ριβοσώματος, το τμήμα αμινοακυλίου (Α) και προσκολλάται στο κωδικόνιό του. Ένας πεπτιδικός δεσμός σχηματίζεται μεταξύ της μεθειονίνης και του δεύτερου αμινοξέος. Το δεύτερο tRNA κινείται μαζί με το κωδικόνιό του mRNA στο πεπτιδυλικό κέντρο. Η κίνηση του t-RNA με μια πολυπεπτιδική αλυσίδα από το κέντρο αμινοακυλίου προς το κέντρο πεπτιδυλίου συνοδεύεται από την προώθηση του ριβοσώματος κατά μήκος του m-RNA από ένα βήμα που αντιστοιχεί σε ένα κωδικόνιο. Το T-RNA που απέδωσε τη μεθειονίνη επιστρέφει στο κυτταρόπλασμα και το κέντρο αμνοακυλίου απελευθερώνεται. Λαμβάνει ένα νέο t-RNA με ένα αμινοξύ κρυπτογραφημένο από το επόμενο κωδικόνιο. Σχηματίζεται ένας πεπτιδικός δεσμός μεταξύ του τρίτου και του δεύτερου αμινοξέος και το τρίτο t-RNA, μαζί με το κωδικόνιο m-RNA, μετακινείται στο πεπτιδυλικό κέντρο.Η διαδικασία επιμήκυνσης, επιμήκυνσης της πρωτεϊνικής αλυσίδας. Συνεχίζεται έως ότου ένα από τα τρία κωδικόνια που δεν κωδικοποιούν τα αμινοξέα εισέλθει στο ριβόσωμα. Αυτό είναι ένα κωδικόνιο τερματισμού και δεν υπάρχει αντίστοιχο tRNA για αυτό, επομένως κανένα από τα tRNA δεν μπορεί να πάρει θέση στο κέντρο αμινοακυλίου.
Λήξη
– ολοκλήρωση της σύνθεσης πολυπεπτιδίων. Συνδέεται με την αναγνώριση από μια συγκεκριμένη ριβοσωμική πρωτεΐνη ενός από τα κωδικόνια τερματισμού (UAA, UAG, UGA) όταν εισέρχεται στο αμινοακυλικό κέντρο. Ένας ειδικός παράγοντας τερματισμού συνδέεται με το ριβόσωμα, ο οποίος προάγει τον διαχωρισμό των ριβοσωμικών υπομονάδων και την απελευθέρωση του μορίου της συντιθέμενης πρωτεΐνης. Στο τελευταίο αμινοξύ του πεπτιδίου προστίθεται νερό και το καρβοξυλικό του άκρο διαχωρίζεται από το tRNA.
Η συναρμολόγηση της πεπτιδικής αλυσίδας γίνεται με υψηλή ταχύτητα. Σε βακτήρια σε θερμοκρασία 37°C, εκφράζεται με την προσθήκη 12 έως 17 αμινοξέων ανά δευτερόλεπτο στο πολυπεπτίδιο. Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, δύο αμινοξέα προστίθενται σε ένα πολυπεπτίδιο κάθε δευτερόλεπτο.
Η συντιθέμενη πολυπεπτιδική αλυσίδα εισέρχεται στη συνέχεια στο σύμπλεγμα Golgi, όπου ολοκληρώνεται η κατασκευή του μορίου πρωτεΐνης (η δεύτερη, η τρίτη και η τέταρτη δομή εμφανίζονται διαδοχικά). Αυτό είναι όπου τα μόρια πρωτεΐνης συνδυάζονται με λίπη και υδατάνθρακες.
Η όλη διαδικασία της βιοσύνθεσης πρωτεϊνών παρουσιάζεται με τη μορφή διαγράμματος: DNA ® pro mRNA ® mRNA ® πολυπεπτιδική αλυσίδα ® πρωτεΐνη ® συμπλοκοποίηση πρωτεϊνών και μετατροπή τους σε λειτουργικά ενεργά μόρια.
Τα στάδια υλοποίησης της κληρονομικής πληροφορίας προχωρούν επίσης με παρόμοιο τρόπο: πρώτα μεταγράφεται στην νουκλεοτιδική αλληλουχία του mRNA και στη συνέχεια μεταφράζεται στην αλληλουχία αμινοξέων ενός πολυπεπτιδίου στα ριβοσώματα με τη συμμετοχή του tRNA.
Η μεταγραφή σε ευκαρυώτες πραγματοποιείται υπό τη δράση τριών πυρηνικών πολυμερασών RNA. Η RNA πολυμεράση 1 βρίσκεται στον πυρήνα και είναι υπεύθυνη για τη μεταγραφή των γονιδίων rRNA. Η RNA πολυμεράση 2 βρίσκεται στον πυρηνικό χυμό και είναι υπεύθυνη για τη σύνθεση του πρόδρομου mRNA. Η RNA πολυμεράση 3 είναι ένα μικρό κλάσμα στον πυρηνικό χυμό που συνθέτει μικρό rRNA και tRNA. Οι RNA πολυμεράσες αναγνωρίζουν ειδικά τη νουκλεοτιδική αλληλουχία ενός προαγωγέα μεταγραφής. Το ευκαρυωτικό mRNA συντίθεται αρχικά ως πρόδρομος (pro-mRNA) και πληροφορίες από εξόνια και ιντρόνια μεταφέρονται σε αυτό. Το mRNA που συντίθεται είναι μεγαλύτερο από το απαραίτητο για μετάφραση και είναι λιγότερο σταθερό.
Κατά τη διάρκεια της ωρίμανσης του μορίου mRNA, τα ιντρόνια αποκόπτονται χρησιμοποιώντας περιοριστικά ένζυμα και τα εξόνια συρράπτονται μεταξύ τους χρησιμοποιώντας ένζυμα λιγάσης. Η ωρίμανση του mRNA ονομάζεται επεξεργασία και η ένωση των εξονίων ονομάζεται μάτισμα. Έτσι, το ώριμο mRNA περιέχει μόνο εξόνια και είναι πολύ μικρότερο από το προκάτοχό του, το pro-mRNA. Τα μεγέθη των ιντρονίων ποικίλλουν από 100 έως 10.000 νουκλεοτίδια ή περισσότερα. Τα ίντον αντιπροσωπεύουν περίπου το 80% όλων των ανώριμων mRNA. Η δυνατότητα εναλλακτικού ματίσματος έχει πλέον αποδειχθεί, κατά την οποία αλληλουχίες νουκλεοτιδίων μπορούν να αφαιρεθούν από ένα πρωτεύον αντίγραφο σε διαφορετικά μέρη του και θα σχηματιστούν αρκετά ώριμα mRNA. Αυτός ο τύπος ματίσματος είναι χαρακτηριστικός στο σύστημα γονιδίων ανοσοσφαιρίνης στα θηλαστικά, γεγονός που καθιστά δυνατό τον σχηματισμό διαφορετικών τύπων αντισωμάτων με βάση ένα μεταγράφημα mRNA. Μετά την ολοκλήρωση της επεξεργασίας, το ώριμο mRNA επιλέγεται πριν απελευθερωθεί στο κυτταρόπλασμα από τον πυρήνα. Έχει διαπιστωθεί ότι μόνο το 5% του ώριμου mRNA εισέρχεται και το υπόλοιπο διασπάται στον πυρήνα. Ο μετασχηματισμός των πρωτογενών μεταγραφονίων των ευκαρυωτικών γονιδίων, που σχετίζονται με την οργάνωση εξωνίου-ιντρονίου τους και σε σχέση με τη μετάβαση του ώριμου mRNA από τον πυρήνα στο κυτταρόπλασμα, καθορίζει τα χαρακτηριστικά της εφαρμογής της γενετικής πληροφορίας των ευκαρυωτικών. Επομένως, το γονίδιο του ευκαρυωτικού μωσαϊκού δεν είναι γονίδιο σιστρόνιου, αφού δεν χρησιμοποιείται ολόκληρη η αλληλουχία DNA για τη σύνθεση πρωτεϊνών.
Η μεταγραφή στη βιολογία είναι μια διαδικασία πολλαπλών σταδίων ανάγνωσης πληροφοριών από το DNA, το οποίο είναι συστατικό του νουκλεϊκού οξέος και είναι ο φορέας γενετικής πληροφορίας στο σώμα, επομένως είναι σημαντικό να το αποκρυπτογραφήσουμε σωστά και να το μεταφέρουμε σε άλλες κυτταρικές δομές για περαιτέρω συναρμολόγηση των πεπτιδίων.
Ορισμός της "μεταγραφής στη βιολογία"
Η πρωτεϊνοσύνθεση είναι η κύρια ζωτική διαδικασία σε οποιοδήποτε κύτταρο του σώματος. Χωρίς τη δημιουργία πεπτιδικών μορίων, είναι αδύνατο να διατηρηθούν οι φυσιολογικές λειτουργίες της ζωής, καθώς αυτές οι οργανικές ενώσεις εμπλέκονται σε όλες τις μεταβολικές διεργασίες, είναι δομικά συστατικά πολλών ιστών και οργάνων και παίζουν σηματοδοτικούς, ρυθμιστικούς και προστατευτικούς ρόλους στο σώμα.
Η διαδικασία που ξεκινά τη βιοσύνθεση πρωτεϊνών είναι η μεταγραφή. Η βιολογία το χωρίζει εν συντομία σε τρία στάδια:
- Την έναρξη.
- Επιμήκυνση (ανάπτυξη αλυσίδας RNA).
- Λήξη.
Η μεταγραφή στη βιολογία είναι ένας ολόκληρος καταρράκτης αντιδράσεων βήμα προς βήμα, ως αποτέλεσμα των οποίων τα μόρια RNA συντίθενται σε μια μήτρα DNA. Επιπλέον, με αυτόν τον τρόπο δεν σχηματίζονται μόνο πληροφοριακά ριβονουκλεϊκά οξέα, αλλά και μεταφορικά, ριβοσωματικά, μικρά πυρηνικά και άλλα.
Όπως κάθε βιοχημική διαδικασία, η μεταγραφή εξαρτάται από πολλούς παράγοντες. Πρώτα απ 'όλα, αυτά είναι ένζυμα που διαφέρουν μεταξύ προκαρυωτικών και ευκαρυωτικών. Αυτές οι εξειδικευμένες πρωτεΐνες βοηθούν στην έναρξη και τη διεξαγωγή αντιδράσεων μεταγραφής με ακρίβεια, κάτι που είναι σημαντικό για την παραγωγή πρωτεΐνης υψηλής ποιότητας.
Μεταγραφή προκαρυωτών
Δεδομένου ότι η μεταγραφή στη βιολογία είναι η σύνθεση του RNA σε ένα πρότυπο DNA, το κύριο ένζυμο σε αυτή τη διαδικασία είναι η εξαρτώμενη από το DNA RNA πολυμεράση. Στα βακτήρια υπάρχει μόνο ένας τύπος τέτοιων πολυμερασών για όλα τα μόρια
Η RNA πολυμεράση, σύμφωνα με την αρχή της συμπληρωματικότητας, συμπληρώνει την αλυσίδα RNA χρησιμοποιώντας τον κλώνο μήτρας DNA. Αυτό το ένζυμο περιέχει δύο β-υπομονάδες, μια α-υπομονάδα και μια σ-υπομονάδα. Τα δύο πρώτα συστατικά εκτελούν τη λειτουργία του σχηματισμού του σώματος του ενζύμου και τα υπόλοιπα δύο είναι υπεύθυνα για τη διατήρηση του ενζύμου στο μόριο του DNA και την αναγνώριση του τμήματος προαγωγέα του δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος, αντίστοιχα.
Παρεμπιπτόντως, ο παράγοντας σίγμα είναι ένα από τα σημάδια με τα οποία αναγνωρίζεται ένα συγκεκριμένο γονίδιο. Για παράδειγμα, το λατινικό γράμμα σ με τον δείκτη N σημαίνει ότι αυτή η RNA πολυμεράση αναγνωρίζει γονίδια που ενεργοποιούνται όταν υπάρχει έλλειψη αζώτου στο περιβάλλον.
Μεταγραφή σε ευκαρυώτες
Σε αντίθεση με τα βακτήρια, η μεταγραφή σε ζώα και φυτά είναι κάπως πιο περίπλοκη. Πρώτον, κάθε κύτταρο περιέχει όχι έναν, αλλά τρεις τύπους διαφορετικών πολυμερασών RNA. Ανάμεσα τους:
- RNA πολυμεράση Ι. Είναι υπεύθυνη για τη μεταγραφή γονιδίων ριβοσωμικού RNA (με εξαίρεση τις ριβοσωματικές υπομονάδες 5S RNA).
- RNA πολυμεράση II. Το καθήκον του είναι να συνθέσει κανονικές πληροφορίες (πρότυπο) ριβονουκλεϊκά οξέα, τα οποία στη συνέχεια συμμετέχουν στη μετάφραση.
- RNA πολυμεράση III. Η λειτουργία αυτού του τύπου πολυμεράσης είναι να συνθέτει 5S-ριβοσωμικό RNA.
Δεύτερον, για την αναγνώριση προαγωγέα σε ευκαρυωτικά κύτταρα δεν αρκεί να έχουμε μόνο μια πολυμεράση. Ειδικά πεπτίδια που ονομάζονται πρωτεΐνες TF συμμετέχουν επίσης στην έναρξη της μεταγραφής. Μόνο με τη βοήθειά τους μπορεί η RNA πολυμεράση να προσγειωθεί στο DNA και να ξεκινήσει τη σύνθεση ενός μορίου ριβονουκλεϊκού οξέος.
Σημασία μεταγραφής
Το μόριο RNA, το οποίο σχηματίζεται στο εκμαγείο DNA, στη συνέχεια προσκολλάται στα ριβοσώματα, όπου διαβάζονται πληροφορίες από αυτό και συντίθεται πρωτεΐνη. Η διαδικασία σχηματισμού πεπτιδίων είναι πολύ σημαντική για το κύτταρο, γιατί Χωρίς αυτές τις οργανικές ενώσεις, η κανονική δραστηριότητα της ζωής είναι αδύνατη: είναι κυρίως η βάση για τα πιο σημαντικά ένζυμα όλων των βιοχημικών αντιδράσεων.
Η μεταγραφή στη βιολογία είναι επίσης μια πηγή rRNA, το οποίο καθώς και το tRNA, που εμπλέκονται στη μεταφορά αμινοξέων κατά τη μετάφραση σε αυτές τις μη μεμβρανικές δομές. Μπορούν επίσης να συντεθούν SnRNA (μικρά πυρηνικά), η λειτουργία των οποίων είναι να ματίζουν όλα τα μόρια RNA.
συμπέρασμα
Η μετάφραση και η μεταγραφή στη βιολογία διαδραματίζουν εξαιρετικά σημαντικό ρόλο στη σύνθεση πρωτεϊνικών μορίων. Αυτές οι διεργασίες είναι το κύριο συστατικό του κεντρικού δόγματος της μοριακής βιολογίας, το οποίο δηλώνει ότι το RNA συντίθεται στη μήτρα του DNA και το RNA, με τη σειρά του, είναι η βάση για την έναρξη του σχηματισμού πρωτεϊνικών μορίων.
Χωρίς μεταγραφή, θα ήταν αδύνατο να διαβαστούν οι πληροφορίες που κωδικοποιούνται σε τριπλέτες δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος. Αυτό αποδεικνύει για άλλη μια φορά τη σημασία της διαδικασίας σε βιολογικό επίπεδο. Οποιοδήποτε κύτταρο, είτε είναι προκαρυωτικό είτε ευκαρυωτικό, πρέπει να συνθέτει συνεχώς νέα και νέα πρωτεϊνικά μόρια που χρειάζονται επί του παρόντος για τη διατήρηση της ζωής. Επομένως, η μεταγραφή στη βιολογία είναι το κύριο στάδιο στο έργο κάθε μεμονωμένου κυττάρου του σώματος.
Βιοσύνθεση RNA – μεταγραφή –η διαδικασία ανάγνωσης γενετικής πληροφορίας από το DNA, στην οποία η νουκλεοτιδική αλληλουχία του DNA κωδικοποιείται ως νουκλεοτιδική αλληλουχία RNA. Χρησιμοποιείται ως ενέργεια και υπόστρωμα - νουκλεοζίτη-3-φωσφορικό με ριβόζη. Βασίζεται αρχή της συμπληρωματικότητας- μια συντηρητική διαδικασία - ένα νέο μονόκλωνο RNA συντίθεται κατά τη διάρκεια ολόκληρης της ενδιάμεσης φάσης, αρχίζει σε ορισμένες περιοχές - προαγωγείς, τελειώνει σε τερματιστές και η περιοχή μεταξύ τους - ένα οπερόνιο (μεταγραφή) - περιέχει ένα ή περισσότερα λειτουργικά σχετικά γονίδια, μερικές φορές που περιέχουν γονίδια που δεν κωδικοποιούν πρωτεΐνες. Διαφορές μεταγραφής: 1) μεμονωμένα γονίδια μεταγράφονται. 2) δεν απαιτείται αστάρι. 3) Η ριβόζη περιλαμβάνεται στο RNA, όχι η δεοξυριβόζη.
Στάδια μεταγραφής: 1) δέσμευση RNA πολυμεράσης με DNA. 2) έναρξη – σχηματισμός αλυσίδας RNA. 3) επιμήκυνση ή ανάπτυξη της αλυσίδας RNA. 4) τερματισμός.
Στάδιο 1 - η περιοχή στην οποία συνδέεται η RNA πολυμεράση ονομάζεται προαγωγέας (40 ζεύγη νουκλεοτιδίων) - έχει μια θέση αναγνώρισης, προσκόλλησης και έναρξης. Η RNA πολυμεράση, αναγνωρίζοντας τον προαγωγέα, κάθεται πάνω του και σχηματίζει ένα κλειστό σύμπλεγμα προαγωγέα, στο οποίο το DNA σπειροειδοποιείται και το σύμπλοκο μπορεί εύκολα να διαχωριστεί και να μετατραπεί σε ένα σύμπλοκο ανοιχτού προαγωγέα - οι δεσμοί είναι ισχυροί, η αζωτούχα βάση στρέφεται προς τα έξω.
Στάδιο 2 - την έναρξηΗ σύνθεση RNA αποτελείται από το σχηματισμό πολλών κρίκων στην αλυσίδα του RNA· η σύνθεση αρχίζει σε έναν κλώνο DNA 3'-5' και προχωρά στην κατεύθυνση 5'-3'. Το στάδιο τελειώνει με τον διαχωρισμό της β-υπομονάδας.
Στάδιο 3 - επιμήκυνση– Επιμήκυνση αλυσίδας RNA – συμβαίνει λόγω της πολυμεράσης Core-rRNA. Ο κλώνος του DNA απελευθερώνεται σε 18 ζεύγη και σε 12 ζεύγη είναι ένα υβρίδιο - ένα κοινό υβρίδιο DNA και RNA. Η RNA πολυμεράση κινείται κατά μήκος της αλυσίδας του DNA και στη συνέχεια αποκαθιστά την αλυσίδα του DNA. Στους ευκαρυώτες, όταν το RNA φτάσει τα 30 νουκλεοτίδια, σχηματίζεται μια δομή προστατευτικού καλύμματος στο 5' άκρο.
Στάδιο 4 - λήξη– εμφανίζεται στους τερματιστές. Στην αλυσίδα υπάρχει ένα τμήμα πλούσιο σε GC, και στη συνέχεια από 4 έως 8 συνεχόμενα Α. Αφού περάσει από το τμήμα, σχηματίζεται μια φουρκέτα στο προϊόν RNA και το ένζυμο δεν προχωρά περαιτέρω, η σύνθεση σταματά. Σημαντικό ρόλο παίζει ο παράγοντας τερματισμού πρωτεΐνης - rho και tower. Ενώ συνεχιζόταν η σύνθεση, το πυροφωσφορικό ανέστειλε την πρωτεΐνη rho, επειδή το ένζυμο σταμάτησε (φουρκέτα) σταμάτησε η σύνθεση του φωσφορικού οξέος. Η πρωτεΐνη rho ενεργοποιείται και εμφανίζει δράση νουκλεοσιδικής φωσφατάσης, η οποία οδηγεί στην απελευθέρωση RNA, RNA πολυμεράσης, η οποία στη συνέχεια συνδυάζεται με την υπομονάδα.
Επεξεργασία -Ωρίμανση RNA. Περιλαμβάνει: 1) σχηματισμό καλύμματος στο 5' άκρο, που εμπλέκεται στην προσκόλληση στο ριβόσωμα. 2) στο 3' άκρο συμβαίνει πολυαδενυλίωση και σχηματίζεται μια ουρά από εκατό έως διακόσια νουκλεοτίδια αδενυλίου, προστατεύει το 'άκρο από τη δράση των νουκλεασών και βοηθά στη διέλευση από τους πυρηνικούς πόρους και παίζει ρόλο στην ένωση του ριβοσώματος . 3) μάτισμα -Οι μη κωδικοποιητικές ακολουθίες - εσώνια - αποκόπτονται. Αυτό συμβαίνει με δύο τρόπους: α) πραγματοποιείται από το μάτισμα - είναι μια νουκλεοπρωτεΐνη που περιέχει έναν αριθμό πρωτεϊνών και μικρό πυρηνικό RNA. Στην αρχή, τα εσώνια είναι κυκλικά, αφήνοντας μόνο κωδικοποιητικές αλληλουχίες - εξόνια. Τα ένζυμα ενδονουκλεάσης κόβουν και οι λιγάσες συρράπτουν τα υπόλοιπα εξόνια. ΟΤΙ. τα εσώνια έχουν φύγει. Εναλλακτικό μάτισμα - πολλές πρωτεΐνες σχηματίζονται από μία αλληλουχία νουκλεϊκού οξέος RNA. Το Self-splicing είναι η ανεξάρτητη αφαίρεση των ιντρονίων. Διαταραχή ματίσματος: 1) συστηματικός ερυθηματώδης λύκος. 2) φαινυλκετονουρία. 3) αιμοσφαιρινοπάθεια. Το προκαρυωτικό αγγελιοφόρο RNA δεν υποβάλλεται σε επεξεργασία επειδή δεν έχουν εσώνια. επεξεργασία tRNA. Ο πρόδρομος tRNA διασπάται και αφαιρείται το νουκλεοτίδιο 5'-3' Q P. Μια αλληλουχία CCA με μια ομάδα ΟΗ προστίθεται στο άκρο 3' και μια βάση φωσφορυλιωμένης πουρίνης προστίθεται στο άκρο 5'. Βρόχος ντουϋδροουριδίνης - ARSase. Επεξεργασία rRNA.Ο πρόδρομος rRNA, προριβοσωμικό RNA 45S, συντίθεται στον πυρήνα και εκτίθεται σε ριβονουκλεάσες για να παράγει 5.8S 18S 28S. Είναι 70% σπειροειδείς. Το rRNA παίζει ρόλο στο σχηματισμό του ριβοσώματος και εμπλέκεται σε καταλυτικές διεργασίες. Η υπομονάδα σχηματίζεται από rRNA στον πυρήνα. Η μικρή υπομονάδα είναι 30S, η μεγάλη υπομονάδα είναι 50S και το ριβόσωμα 70S σχηματίζεται στους προκαρυώτες, στους ευκαρυώτες 40S + 60S = 80S. Ο σχηματισμός ριβοσώματος συμβαίνει στο κυτταρόπλασμα.
Θέσεις ριβοσώματος για δέσμευση RNA: 1) σε μικρές υπομονάδες που έχουν την αλληλουχία Shine-Dalgorn του mRNA 5'GGAGG3' 3'CCUTCC5'. Το αγγελιοφόρο RNA είναι προσαρτημένο στη μικρή υπομονάδα. Στους ευκαρυώτες, η θέση δέσμευσης CEP για mRNA. Θέση δέσμευσης tRNA: α) P-θέση - κέντρο πεπτιδυλίου για σύνδεση mRNA στην αναπτυσσόμενη πεπτιδική αλυσίδα - δέσμευση πεπτιδυλ-tRNA. β) Α-θέση - για τη σύνδεση του tRNA με ένα αμινοξύ - θέση αμινοακυλίου 2) Στη μεγάλη υπομονάδα, υπάρχει μια θέση Ε με δράση πεπτιδυλτρανσφεράσης.
Αντίστροφη μεταγραφήχαρακτηριστικό ρετροϊών ή ιών που περιέχουν RNA - ιός μόλυνσης HIV, ογκοϊοί.
Στην αλυσίδα RNA, η σύνθεση DNA λαμβάνει χώρα υπό τη δράση του ενζύμου ανάστροφη μεταγραφάση ή ρεβερτάση ή DNA RNA πολυμεράση. Εισβάλλοντας στο κύτταρο ξενιστή, λαμβάνει χώρα σύνθεση DNA, το οποίο ενσωματώνεται στο DNA του ξενιστή και ξεκινά τη μεταγραφή του RNA του και τη σύνθεση των δικών του πρωτεϊνών.
Γενετικός κώδικας, τα χαρακτηριστικά του.Ο γενετικός κώδικας είναι η νουκλεοτιδική αλληλουχία του μορίου rRNA, η οποία περιέχει κωδικές λέξεις για κάθε αμινοξύ. Συνίσταται σε μια ορισμένη αλληλουχία διάταξης νουκλεοτιδίων σε ένα μόριο DNA.
Χαρακτηριστικό γνώρισμα. 1) τριπλός γενετικός κώδικας – δηλ. Κάθε a/k είναι κρυπτογραφημένο με τρία νουκλεοτίδια. 2) ο γενετικός κώδικας για το a/k είναι εκφυλισμένος ή περιττός - η συντριπτική πλειοψηφία του a/k κωδικοποιείται από πολλά κωδικόνια. Συνολικά σχηματίζονται 64 τριπλέτες, εκ των οποίων οι 61 τρίδυμες κωδικοποιούν ένα συγκεκριμένο α/κ και τρεις τρίδυμες - AUG, UAA, UGA - είναι ανόητα κωδικόνια, επειδή δεν κωδικοποιούν κανένα από τα 20 α/κ και εκτελούν τη λειτουργία του τερματισμού της σύνθεσης. 3) Ο γενετικός κώδικας είναι συνεχής, δεν υπάρχουν σημεία στίξης, δηλ. σήματα που δείχνουν το τέλος μιας τριάδας και την αρχή μιας άλλης. Ο κώδικας είναι γραμμικός, μονόδρομος, συνεχής. Για παράδειγμα - ACGUTSGACC. 4) το κωδικόνιο ενεργοποίησης της σύνθεσης είναι η τριπλέτα AUG. 5) Ο γενετικός κώδικας είναι καθολικός.
22. Εκπομπή –βιοσύνθεση πρωτεϊνών. Στάδια μετάφρασης: 1) μύηση. 2) επιμήκυνση. 3) τερματισμός. Την έναρξη– γίνεται ενεργοποίηση του κλιματιστικού.
Το αρχικό aatRNA θα αλληλεπιδράσει με 1 a/k της μελλοντικής πρωτεΐνης μόνο με μια καρβοξυλική ομάδα και 1 a/k μπορεί να παρέχει μόνο μια ομάδα NH2 για σύνθεση, δηλ. η πρωτεϊνική σύνθεση ξεκινά στο Ν-άκρο.
Συναρμολόγηση του συμπλέγματος εκκίνησης σε ένα μικρό υποσωματίδιο. Παράγοντες: 30S mRNA fomilmethionyl tRNA IF 123 Mg 2+ GTP – πηγή ενέργειας
Η μικρή υπομονάδα, φορτωμένη με παράγοντες έναρξης, βρίσκει το κωδικόνιο έναρξης AUG ή GUG στο mRNA και το πλαίσιο ανάγνωσης εγκαθίσταται κατά μήκος αυτού, δηλ. Το κωδικόνιο έναρξης τοποθετείται στη θέση P. Το Formmethionyl tRNA το προσεγγίζει, το οποίο συνοδεύεται από την απελευθέρωση του παράγοντα IF 3, στη συνέχεια προσκολλάται η μεγάλη υπομονάδα και απελευθερώνονται τα IF 1 και IF2, γίνεται υδρόλυση του 1GTP και σχηματίζεται ένα ριβόσωμα. Επιμήκυνση– κύκλος εργασίας του ριβοσώματος. Περιλαμβάνει τρία στάδια: 1) δέσμευση του aatRNA στη θέση Α επειδή η θέση P είναι κατειλημμένη - απαιτούνται παράγοντες επιμήκυνσης EF-TU, EF-TS και GTP. 2) transpeptidation Η E-site μεταφέρει το αμινοξύ και σχηματίζεται ένας πεπτιδικός δεσμός. Παράγοντες επιμήκυνσης σε προκαρυώτες: EF-TU, EF-TS, EF-G. 3 )Μετακίνηση– πρώτον, το αποακυλιωμένο tRNA με EF-G της θέσης P φεύγει από το ριβόσωμα, μετακινώντας 1 τριάδα προς το άκρο 3'. μετακίνηση του πεπτιδίου από το Α στη θέση Ρ - χρησιμοποιούνται GTP και παράγοντας επιμήκυνσης - τρανσλοκάση EF-G, η θέση Α είναι και πάλι ελεύθερη και η διαδικασία επαναλαμβάνεται. Λήξη– αναγνώριση κωδικονίων τερματισμού UAA, UGA, UAG με τη βοήθεια παραγόντων απελευθέρωσης RF 1 2 3. Όταν το τερματικό κωδικόνιο εισέρχεται στη θέση Α, το tRNA δεν συνδέεται με αυτό, αλλά συνδέεται ένας από τους παράγοντες τερματισμού, ο οποίος εμποδίζει την επιμήκυνση , η οποία συνοδεύεται από ενεργοποίηση της δραστικότητας εστεράσης του τμήματος Ε της πεπτιδυλικής τρανσφεράσης. Η υδρόλυση των εστερικών δεσμών μεταξύ του πεπτιδίου και του tRNA λαμβάνει χώρα, το ριβόσωμα αφήνει το πεπτίδιο, το tRNA και διασπάται σε υπομονάδες, οι οποίες στη συνέχεια μπορούν να χρησιμοποιηθούν.
Ο σχηματισμός της δομής συμβαίνει ταυτόχρονα με τη βοήθεια πρωτεϊνών συνοδών - πρωτεϊνών θερμικού σοκ. Η σύνθεση ενός πεπτιδικού δεσμού απαιτεί 1ATP για την αμινοακυλίωση του tRNA (προσθήκη αμινοξέος), 1GTP για τη σύνδεση του aatRNA με τη θέση Α και 1GTP για μετατόπιση. Η κατανάλωση ενέργειας περίπου 4 δεσμών υψηλής ενέργειας για τη σύνθεση ενός πεπτιδικού δεσμού.
23. Οπερόνιο λακτόζης.Η αντιγραφή ρυθμίζεται από τη συγκέντρωση της πρωτεΐνης DNA και της τετραφωσφορικής γουανοσίνης. Η κύρια ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης πραγματοποιείται σε επίπεδο μεταγραφής (ανάλογα με το στάδιο ανάπτυξης των κυττάρων, όλους τους παράγοντες, τη δράση των ορμονών και άλλων ρυθμιστικών συστατικών). Σε διαφορετικά κύτταρα ιστών, μόνο το 5% των γονιδίων εκφράζεται, το 97% είναι σιωπηλό - ανεπιθύμητο DNA - οι ρυθμιστές μεταγραφής είναι χρονομερή και ένας αριθμός ρυθμιστικών αλληλουχιών. Εάν η προσκόλληση μιας ρυθμιστικής πρωτεΐνης στο DNA προκαλεί μεταγραφή, τότε αυτή είναι θετική (+) ρύθμιση, εάν η καταστολή της μεταγραφής είναι αρνητική (-) ρύθμιση. Θετική ρύθμιση– το γονίδιο απενεργοποιείται, η προσκόλληση μιας ρυθμιστικής πρωτεΐνης οδηγεί στην έναρξη της σύνθεσης και τελικά το γονίδιο ενεργοποιείται. ΟΤΙ. μια ρυθμιστική πρωτεΐνη μπορεί να είναι ένας επαγωγέας ή ένας ενεργοποιητής . Αρνητική ρύθμιση– το γονίδιο είναι ενεργοποιημένο, λαμβάνει χώρα σύνθεση RNA, εάν συνδεθεί ένας ρυθμιστικός παράγοντας πρωτεΐνης (αναστολέας ή καταστολέας της πρωτεϊνοσύνθεσης), το γονίδιο απενεργοποιείται. Πολλές ορμόνες και άλλοι παράγοντες επηρεάζουν τη δέσμευση της ρυθμιστικής πρωτεΐνης. Οπερόνιο λακτόζης E. Coli– αρνητική ρύθμιση. Τα κύρια στοιχεία του έργου του: σε ένα μόριο DNA - μια ρυθμιστική περιοχή, ένας προαγωγέας, ένα προ-οπερόνιο και τρία δομικά γονίδια: υστέρηση 1, υστέρηση 2, υστέρηση 3 και τερματιστής. Καθυστέρηση 1 – πραγματοποιεί τη σύνθεση του ενζύμου λακτάση ή βήτα-γαλακτοσιδάση. Το Lag 2 είναι ένα ένζυμο περμιάσης που εμπλέκεται στη μεταφορά της λακτόζης μέσω της μεμβράνης. Το Lag 3 είναι ένα ένζυμο τρανσακυλάσης. Ρυθμιστής - σύνθεση mRNA στο ριβόσωμα, οδηγεί στο σχηματισμό μιας πρωτεΐνης καταστολέα, προσκολλάται στον χειριστή (αφού έχει συγγένεια), κάθεται πάνω του και επειδή Οι περιοχές του υποκινητή και του οπερονίου επικαλύπτονται - η RNA πολυμεράση δεν μπορεί να συνδεθεί με τον προαγωγέα και η μεταγραφή απενεργοποιείται. Η γλυκόζη και η γαλακτόζη παρέχουν ομοιότητα μεταξύ του καταστολέα και του χειριστή. Εάν δεν υπάρχει ομοιότητα, η λακτόζη αλληλεπιδρά με τον καταστολέα, αλλάζοντας τον μετασχηματισμό του και δεν κάθεται στο οπερόνιο, επειδή χάνει την ομοιότητα μαζί του. Η RNA πολυμεράση προσγειώνεται στον υποκινητή και αρχίζει η μεταγραφή του αγγελιοφόρου RNA. Η λακτόζη είναι επαγωγέας και η διαδικασία είναι επαγωγή - μια μορφή αρνητικής ρύθμισης, που ονομάζεται έτσι επειδή η μεταγραφή σταματά λόγω της προσάρτησης ενός καταστολέα και η διάσπασή του οδηγεί στην έναρξη της σύνθεσης. Θετική ρύθμιση – παράγοντας TATA– έχει ομοιότητες με την ενότητα TATA box. Ο παράγοντας TATA προσγειώνεται στο κουτί TATA - ένα σήμα για την RNA πολυμεράση να αναγνωρίσει τον προαγωγέα της, κάθεται πάνω του και ξεκινά τη μεταγραφή των κοντινών γονιδίων. Στα προκαρυωτικά η αρνητική ρύθμιση κυριαρχεί· για τους ευκαρυώτες αυτό δεν είναι ευεργετικό. Ενισχυτικές περιοχές (βελτιωτές μεταγραφής) + ρυθμιστική πρωτεΐνη οδηγεί σε αυξημένη μεταγραφή. Αισθητήρες + ρυθμιστική πρωτεΐνη à απενεργοποιεί τη μεταγραφή και αλλάζει τη δομή των χρωμοσωμάτων.
