Życie w postaci węgla istnieje dzięki obecności cząsteczek białka. A biosynteza białek w komórce jest jedyną możliwością ekspresji genów. Aby jednak proces ten mógł zostać zrealizowany, konieczne jest uruchomienie szeregu procesów związanych z „rozpakowaniem” informacji genetycznej, poszukiwaniem pożądanego genu, jego odczytaniem i odtworzeniem. Termin „transkrypcja” w biologii odnosi się konkretnie do procesu przenoszenia informacji z genu do informacyjnego RNA. To jest początek biosyntezy, czyli bezpośredniego wdrożenia informacji genetycznej.
Przechowywanie informacji genetycznej
W komórkach organizmów żywych informacja genetyczna zlokalizowana jest w jądrze, mitochondriach, chloroplastach i plazmidach. Mitochondria i chloroplasty zawierają niewielką ilość DNA zwierzęcego i roślinnego, natomiast plazmidy bakteryjne są miejscem przechowywania genów odpowiedzialnych za szybką adaptację do warunków środowiskowych.
W ciałach wirusowych informacja dziedziczna jest również przechowywana w postaci polimerów RNA lub DNA. Ale proces jego realizacji wiąże się również z koniecznością transkrypcji. W biologii proces ten ma wyjątkowe znaczenie, ponieważ to właśnie on prowadzi do wdrożenia informacji dziedzicznej, uruchamiając biosyntezę białek.
W komórkach zwierzęcych informacja dziedziczna jest reprezentowana przez polimer DNA, który jest zwarty wewnątrz jądra. Dlatego przed syntezą białka lub odczytaniem jakiegokolwiek genu muszą przejść pewne etapy: rozwinięcie skondensowanej chromatyny i „uwolnienie” pożądanego genu, jego rozpoznanie przez cząsteczki enzymu, transkrypcja.
W biologii i chemii biologicznej etapy te były już badane. Prowadzą do syntezy białka, którego pierwotna struktura została zakodowana w jednym genie.
Wzór transkrypcji w komórkach eukariotycznych
Choć transkrypcja w biologii nie została dostatecznie zbadana, jej sekwencję tradycyjnie przedstawia się w formie diagramu. Składa się z inicjacji, elongacji i zakończenia. Oznacza to, że cały proces dzieli się na trzy zjawiska składowe.
Inicjacja to zespół procesów biologicznych i biochemicznych prowadzących do rozpoczęcia transkrypcji. Istotą wydłużania jest ciągły wzrost łańcucha molekularnego. Terminacja to zespół procesów prowadzących do zaprzestania syntezy RNA. Nawiasem mówiąc, w kontekście biosyntezy białek proces transkrypcji w biologii zwykle utożsamia się z syntezą informacyjnego RNA. Na jego podstawie zostanie później zsyntetyzowany łańcuch polipeptydowy.
Inicjacja
Inicjacja jest najmniej poznanym mechanizmem transkrypcji w biologii. Nie wiadomo, co to jest z biochemicznego punktu widzenia. Oznacza to, że specyficzne enzymy odpowiedzialne za wyzwalanie transkrypcji nie są w ogóle rozpoznawane. Nieznane są także sygnały wewnątrzkomórkowe i sposoby ich przekazywania, które wskazują na potrzebę syntezy nowego białka. Jest to podstawowe zadanie dla cytologii i biochemii.
Wydłużenie
Nie jest jeszcze możliwe rozdzielenie w czasie procesu inicjacji i elongacji ze względu na brak możliwości przeprowadzenia badań laboratoryjnych mających na celu potwierdzenie obecności określonych enzymów i czynników wyzwalających. Dlatego ta granica jest bardzo warunkowa. Istota procesu elongacji sprowadza się do wydłużania rosnącego łańcucha, syntetyzowanego na podstawie fragmentu matrycy DNA.
Uważa się, że elongacja rozpoczyna się po pierwszej translokacji polimerazy RNA i rozpoczęciu przyłączania pierwszego kadonu do miejsca startowego RNA. Podczas wydłużania kadony odczytuje się w kierunku nici 3"-5" na zdespiralizowanym odcinku DNA podzielonym na dwie nici. Jednocześnie do rosnącego łańcucha RNA dodaje się nowe nukleotydy komplementarne do matrycowego regionu DNA. W tym przypadku DNA ulega „rozszerzeniu” do szerokości 12 nukleotydów, czyli 4 kadonów.
Enzym polimeraza RNA porusza się wzdłuż rosnącego łańcucha, a „za” DNA jest odwrotnie „usieciowane” w strukturę dwuniciową z odtworzeniem wiązań wodorowych pomiędzy nukleotydami. To częściowo odpowiada na pytanie, jaki proces nazywa się transkrypcją w biologii. To właśnie elongacja jest główną fazą transkrypcji, gdyż w jej trakcie powstaje tzw. pośrednik pomiędzy syntezą genu i białka.
Zakończenie
Proces terminacji transkrypcji w komórkach eukariotycznych jest słabo poznany. Jak dotąd naukowcy ograniczyli jego istotę do zatrzymania odczytu DNA na 5-calowym końcu i dołączenia grupy zasad adeninowych do 3-calowego końca RNA. Ten ostatni proces umożliwia stabilizację struktury chemicznej powstałego RNA. Istnieją dwa rodzaje terminacji w komórkach bakteryjnych. Jest to proces zależny i niezależny od Rho.
Pierwsza zachodzi w obecności białka Rho i sprowadza się do prostego zerwania wiązań wodorowych pomiędzy regionem matrycowym DNA a syntetyzowanym RNA. Drugi, niezależny od Rho, pojawia się po pojawieniu się pętli łodygi, jeśli znajduje się za nią zestaw zasad uracylu. Ta kombinacja powoduje odłączenie RNA od matrycy DNA. Jest oczywiste, że terminacja transkrypcji jest procesem enzymatycznym, ale nie znaleziono jeszcze konkretnych biokatalizatorów do tego celu.
Transkrypcja wirusowa
Ciałka wirusowe nie mają własnego systemu biosyntezy białek i dlatego nie mogą się rozmnażać bez wykorzystania komórek. Ale wirusy mają swój własny materiał genetyczny, który należy zrealizować i zintegrować z genami zakażonych komórek. Aby to zrobić, mają wiele enzymów (lub wykorzystują systemy enzymów komórkowych), które transkrybują ich kwas nukleinowy. Oznacza to, że enzym ten na podstawie informacji genetycznej wirusa syntetyzuje analog informacyjnego RNA. Ale to wcale nie jest RNA, ale polimer DNA, komplementarny np. z ludzkimi genami.
Narusza to całkowicie tradycyjne zasady transkrypcji w biologii, co widać na przykładzie wirusa HIV. Jego odwrotny enzym enzym jest zdolny do syntezy DNA komplementarnego do ludzkiego kwasu nukleinowego z wirusowego RNA. Proces syntezy komplementarnego DNA z RNA nazywa się odwrotną transkrypcją. Taka jest biologiczna definicja procesu odpowiedzialnego za integrację dziedzicznej informacji o wirusie z ludzkim genomem.
Z pojęciem transkrypcji spotykamy się podczas nauki języka obcego. Pomaga nam poprawnie przepisywać i wymawiać nieznane słowa. Co oznacza ten termin w naukach przyrodniczych? Transkrypcja w biologii jest kluczowym procesem w układzie reakcji biosyntezy białek. To właśnie pozwala komórce zaopatrzyć się w peptydy, które będą w niej pełnić funkcje konstrukcyjne, ochronne, sygnalizacyjne, transportowe i inne. Dopiero przepisanie informacji z locus DNA na cząsteczkę informacyjnego kwasu rybonukleinowego uruchamia aparat syntezy białek w komórce, który zapewnia biochemiczne reakcje translacji.
W tym artykule przyjrzymy się etapom transkrypcji i syntezy białek zachodzących w różnych organizmach, a także określimy znaczenie tych procesów w biologii molekularnej. Dodatkowo podamy definicję czym jest transkrypcja. W biologii wiedzę na temat interesujących nas procesów można pozyskać z takich działów jak cytologia, biologia molekularna i biochemia.
Cechy reakcji syntezy matrycy
Dla osób zaznajomionych z podstawowymi rodzajami reakcji chemicznych poznawanymi na kursie chemii ogólnej, zupełnie nowe będą procesy syntezy matrycy. Powód jest następujący: takie reakcje zachodzące w organizmach żywych zapewniają kopiowanie cząsteczek macierzystych za pomocą specjalnego kodu. Nie odkryto tego od razu; lepiej powiedzieć, że sama idea istnienia dwóch różnych języków do przechowywania informacji dziedzicznej ugruntowała się na przestrzeni dwóch stuleci: od końca XIX do połowy XX wieku Aby lepiej wyobrazić sobie, czym jest transkrypcja i translacja w biologii i dlaczego odnoszą się do reakcji syntezy macierzy, przejdźmy do słownictwa technicznego w poszukiwaniu analogii.
Wszystko jak w drukarni
Wyobraźmy sobie, że musimy wydrukować na przykład sto tysięcy egzemplarzy popularnej gazety. Cały materiał, który do niego trafia, jest gromadzony na nośniku macierzystym. Ten pierwszy wzór nazywa się macierzą. Następnie jest replikowany na prasach drukarskich – powstają kopie. Podobne procesy zachodzą w żywej komórce, jedynie cząsteczki DNA i mRNA służą naprzemiennie jako szablony, a informacyjne cząsteczki RNA i białka służą jako kopie. Przyjrzyjmy się im bardziej szczegółowo i przekonajmy się, że transkrypcja w biologii to reakcja syntezy macierzy zachodząca w jądrze komórkowym.
Kod genetyczny jest kluczem do tajemnicy biosyntezy białek
We współczesnej biologii molekularnej nikt już nie spiera się, która substancja jest nośnikiem dziedzicznych właściwości i przechowuje dane o wszystkich bez wyjątku białkach organizmu. Jest to oczywiście kwas dezoksyrybonukleinowy. Jest jednak zbudowany z nukleotydów, a białka, o których składzie jest w nim przechowywana, są reprezentowane przez cząsteczki aminokwasów, które nie mają powinowactwa chemicznego z monomerami DNA. Inaczej mówiąc, mamy do czynienia z dwoma różnymi językami. W jednym z nich są to słowa nukleotydy, w drugim aminokwasy. Co spełni rolę tłumacza, który przekoduje informacje uzyskane w wyniku transkrypcji? Biologia molekularna uważa, że rolę tę pełni kod genetyczny.
Unikalne właściwości kodu komórkowego
Taki jest kod, którego tabelę przedstawiono poniżej. Nad jego stworzeniem pracowali cytologowie, genetycy i biochemicy. Dodatkowo przy tworzeniu kodu wykorzystano wiedzę z zakresu kryptografii. Biorąc pod uwagę jej zasady, można ustalić pierwotną strukturę syntetyzowanego białka, ponieważ translacja w biologii to proces tłumaczenia informacji o budowie peptydu z języka nukleotydów RNA na język aminokwasów białka cząsteczka.
Ideę kodowania w organizmach żywych po raz pierwszy wyraził G. A. Gamov. Dalszy rozwój naukowy doprowadził do sformułowania jego podstawowych zasad. Najpierw ustalono, że struktura 20 aminokwasów jest zaszyfrowana w 61 trójkach informacyjnego RNA, co doprowadziło do koncepcji degeneracji kodu. Następnie określiliśmy skład kodonów non-ness, które pełnią funkcję początku i końca procesu biosyntezy białek. Następnie pojawiły się zapisy o jego kolinearności i uniwersalności, dopełniając harmonijną teorię kodu genetycznego.
Gdzie zachodzi transkrypcja i translacja?
W biologii kilka jej działów zajmujących się budową i procesami biochemicznymi w komórce (cytologia i biologia molekularna) określało lokalizację reakcji syntezy macierzy. Zatem transkrypcja zachodzi w jądrze przy udziale enzymu polimerazy RNA. W swojej karioplazmie cząsteczka mRNA syntetyzowana jest z wolnych nukleotydów zgodnie z zasadą komplementarności, kopiując informację o strukturze peptydu z jednego genu strukturalnego.
Następnie opuszcza jądro komórkowe przez pory w otoczce jądrowej i trafia do cytoplazmy komórki. Tutaj mRNA musi połączyć się z kilkoma rybosomami, tworząc polisom, strukturę gotową na spotkanie z cząsteczkami transportujących kwasów rybonukleinowych. Ich zadaniem jest doprowadzenie aminokwasów do miejsca kolejnej reakcji syntezy matrixu – translacji. Rozważmy szczegółowo mechanizmy obu reakcji.
Cechy powstawania cząsteczek mRNA
Transkrypcja w biologii to przepisanie informacji o strukturze peptydu z genu strukturalnego DNA na cząsteczkę kwasu rybonukleinowego, co nazywa się informacyjnym. Jak powiedzieliśmy wcześniej, zachodzi w jądrze komórkowym. Po pierwsze, enzym restrykcyjny DNA rozrywa wiązania wodorowe łączące łańcuchy kwasu deoksyrybonukleinowego i rozwija się jego helisa. Enzym polimeraza RNA przyłącza się do wolnych miejsc polinukleotydowych. Aktywuje tworzenie kopii – cząsteczki mRNA, która oprócz odcinków informacyjnych – eksonów – zawiera także puste sekwencje nukleotydowe – introny. Są balastem i wymagają usunięcia. Proces ten nazywany jest przetwarzaniem lub dojrzewaniem w biologii molekularnej. Na tym kończy się transkrypcja. Biologia wyjaśnia to w skrócie w następujący sposób: jedynie tracąc niepotrzebne monomery, kwas nukleinowy będzie mógł opuścić jądro i być gotowym do dalszych etapów biosyntezy białka.
Odwrotna transkrypcja w wirusach
Niekomórkowe formy życia uderzająco różnią się od komórek prokariotycznych i eukariotycznych nie tylko strukturą zewnętrzną i wewnętrzną, ale także reakcjami syntezy macierzy. W latach siedemdziesiątych ubiegłego wieku nauka udowodniła istnienie retrowirusów – organizmów, których genom składa się z dwóch łańcuchów RNA. Pod wpływem enzymu - odwrotnej tazy - takie cząsteczki wirusa kopiują cząsteczki DNA z odcinków kwasu rybonukleinowego, które następnie wprowadzane są do kariotypu komórki gospodarza. Jak widzimy, kopiowanie informacji dziedzicznej w tym przypadku przebiega w odwrotnym kierunku: od RNA do DNA. Ta forma kodowania i odczytywania jest charakterystyczna na przykład dla czynników chorobotwórczych powodujących różne rodzaje nowotworów.
Rybosomy i ich rola w metabolizmie komórkowym
W cytoplazmie komórki zachodzą plastyczne reakcje metaboliczne, do których zalicza się biosynteza peptydów. Aby otrzymać gotową cząsteczkę białka, nie wystarczy skopiować sekwencję nukleotydową z genu strukturalnego i przenieść ją do cytoplazmy. Potrzebne są również struktury, które będą czytać informacje i zapewnią połączenie aminokwasów w pojedynczy łańcuch poprzez wiązania peptydowe. Są to rybosomy, których budowa i funkcje cieszą się dużym zainteresowaniem w biologii molekularnej. Dowiedzieliśmy się już, gdzie zachodzi transkrypcja - jest to karioplazma jądra. Miejscem procesów translacyjnych jest cytoplazma komórkowa. To w nim znajdują się kanały retikulum endoplazmatycznego, na których w grupach siedzą organelle syntetyzujące białka - rybosomy. Jednak ich obecność nie zapewnia jeszcze wystąpienia reakcji plastycznych. Potrzebujemy struktur, które dostarczą do polisomu cząsteczki monomeru białkowego – aminokwasy. Nazywa się je transportowymi kwasami rybonukleinowymi. Kim są i jaka jest ich rola w radiofonii i telewizji?
Transportery aminokwasów
Małe cząsteczki transferowego RNA w swojej konfiguracji przestrzennej posiadają region składający się z sekwencji nukleotydów – antykodonu. Aby przeprowadzić procesy translacyjne, konieczne jest powstanie kompleksu inicjatywnego. Musi obejmować trójkę macierzy, rybosomy i region komplementarny cząsteczki transportowej. Gdy tylko taki kompleks zostanie zorganizowany, jest to sygnał do rozpoczęcia składania polimeru białkowego. Zarówno translacja, jak i transkrypcja w biologii są procesami asymilacji, zawsze związanymi z absorpcją energii. Aby je przeprowadzić, komórka przygotowuje się z wyprzedzeniem, gromadząc dużą liczbę cząsteczek kwasu adenozynotrójfosforowego.
Synteza tej substancji energetycznej zachodzi w mitochondriach – najważniejszych organellach wszystkich bez wyjątku komórek eukariotycznych. Poprzedza początek reakcji syntezy macierzy, zajmując miejsce w fazie przedsyntetycznej cyklu życiowego komórki i po reakcjach replikacji. Rozpad cząsteczek ATP towarzyszy procesom transkrypcji i reakcjom translacji, a uwolniona w tym procesie energia jest wykorzystywana przez komórkę na wszystkich etapach biosyntezy substancji organicznych.
Etapy transmisji
Na początku reakcji prowadzących do powstania polipeptydu 20 rodzajów monomerów białkowych wiąże się z określonymi cząsteczkami kwasów transportowych. Równolegle w komórce zachodzi tworzenie polisomów: rybosomy przyłączają się do matrix w miejscu kodonu start. Rozpoczyna się biosynteza, a rybosomy poruszają się wzdłuż trójek mRNA. Odpowiednie są dla nich cząsteczki transportujące aminokwasy. Jeżeli kodon w polisomie jest komplementarny do antykodonu kwasów transportowych, wówczas aminokwas pozostaje w rybosomie, a powstałe wiązanie polipeptydowe łączy go z już tam obecnymi aminokwasami. Gdy tylko organelle syntetyzujące białka osiągną trójkę stopową (zwykle UAG, UAA lub UGA), translacja zatrzymuje się. W rezultacie rybosom wraz z cząsteczką białka zostaje oddzielony od mRNA.
W jaki sposób peptyd uzyskuje swoją natywną formę?
Ostatnim etapem translacji jest proces przejścia pierwotnej struktury białka do postaci trzeciorzędowej, która ma postać globuli. Enzymy usuwają niepotrzebne reszty aminokwasowe, dodają monosacharydy lub lipidy, a także dodatkowo syntetyzują grupy karboksylowe i fosforanowe. Wszystko to dzieje się we wnękach siateczki śródplazmatycznej, dokąd peptyd wchodzi po zakończeniu biosyntezy. Następnie do kanałów przechodzi natywna cząsteczka białka. Wnikają do cytoplazmy i pomagają zapewnić, że peptyd dostanie się do określonego obszaru cytoplazmy, a następnie zostanie wykorzystany na potrzeby komórki.
W tym artykule dowiedzieliśmy się, że translacja i transkrypcja w biologii to główne reakcje syntezy macierzy, które leżą u podstaw zachowania i przekazywania dziedzicznych skłonności organizmu.
Najpierw ustal kolejność etapów biosyntezy białek, zaczynając od transkrypcji. Całą sekwencję procesów zachodzących podczas syntezy cząsteczek białka można połączyć w 2 etapy:
Transkrypcja.
Audycja.
Jednostką strukturalną informacji dziedzicznej są geny – odcinki cząsteczki DNA, które kodują syntezę określonego białka. Pod względem organizacji chemicznej materiał dziedziczności i zmienności u pro- i eukariontów nie różni się zasadniczo. Materiał genetyczny w nich zawarty jest w cząsteczce DNA, powszechne są także zasady zapisywania informacji dziedzicznej i kodu genetycznego. Te same aminokwasy u pro- i eukariontów są szyfrowane przez te same kodony.
Genom współczesnych komórek prokariotycznych charakteryzuje się stosunkowo niewielkimi rozmiarami, DNA E. coli ma kształt pierścienia o długości około 1 mm. Zawiera 4 x 10 6 par nukleotydów, tworząc około 4000 genów. W 1961 roku F. Jacob i J. Monod odkryli cistronową, czyli ciągłą organizację genów prokariotycznych, które składają się wyłącznie z kodujących sekwencji nukleotydowych i są całkowicie realizowane podczas syntezy białek. Dziedziczny materiał cząsteczki DNA prokariotów znajduje się bezpośrednio w cytoplazmie komórki, gdzie znajduje się również tRNA i enzymy niezbędne do ekspresji genów.Ekspresja to funkcjonalna aktywność genów lub ekspresja genów. Dlatego mRNA syntetyzowany z DNA może od razu pełnić funkcję matrycy w procesie translacji syntezy białek.
Genom eukariotyczny zawiera znacznie więcej materiału dziedzicznego. U człowieka całkowita długość DNA w diploidalnym zestawie chromosomów wynosi około 174 cm, zawiera 3 x 10 9 par nukleotydów i obejmuje aż 100 000 genów. W 1977 roku odkryto nieciągłość w strukturze większości genów eukariotycznych, zwaną genem „mozaikowym”. Charakteryzuje się kodowaniem sekwencji nukleotydowych egzoniczny I introniczny działki. Do syntezy białek wykorzystywana jest wyłącznie informacja z eksonów. Liczba intronów jest różna w różnych genach. Ustalono, że gen albuminy jaja kurzego zawiera 7 intronów, a gen prokolagenu ssaków – 50. Funkcje cichych intronów DNA nie zostały do końca wyjaśnione. Przyjmuje się, że zapewniają: 1) strukturalną organizację chromatyny; 2) niektóre z nich są oczywiście zaangażowane w regulację ekspresji genów; 3) introny można uznać za magazyn informacji o zmienności; 4) mogą pełnić rolę ochronną, przejmując działanie mutagenów.
Transkrypcja
Proces przepisywania informacji w jądrze komórkowym z fragmentu cząsteczki DNA na cząsteczkę mRNA (mRNA) nazywa się transkrypcja(Transkrypcja łacińska - przepisanie). Syntetyzowany jest główny produkt genu, mRNA. Jest to pierwszy etap syntezy białek. W odpowiednim miejscu DNA enzym polimeraza RNA rozpoznaje znak rozpoczęcia transkrypcji - promotor Punktem wyjścia jest pierwszy nukleotyd DNA, który jest włączany przez enzym do transkryptu RNA. Z reguły regiony kodujące zaczynają się od kodonu AUG, czasami u bakterii stosuje się GUG. Kiedy polimeraza RNA wiąże się z promotorem, następuje lokalne rozwinięcie podwójnej helisy DNA i jedna z nici zostaje skopiowana zgodnie z zasadą komplementarności. mRNA jest syntetyzowany, jego prędkość składania osiąga 50 nukleotydów na sekundę. W miarę ruchu polimerazy RNA łańcuch mRNA rośnie, a kiedy enzym dociera do końca regionu kopiującego - terminatora, mRNA oddala się od matrycy. Podwójna helisa DNA za enzymem zostaje przywrócona.
Transkrypcja prokariotów zachodzi w cytoplazmie. Ze względu na fakt, że DNA składa się wyłącznie z kodujących sekwencji nukleotydowych, dlatego zsyntetyzowany mRNA natychmiast pełni rolę matrycy do translacji (patrz wyżej).
Transkrypcja mRNA u eukariontów zachodzi w jądrze. Rozpoczyna się syntezą dużych cząsteczek – prekursorów (pro-mRNA), zwanych niedojrzałym, czyli jądrowym RNA.Pierwotnym produktem genu – pro-mRNA jest dokładna kopia transkrybowanego odcinka DNA, obejmującego eksony i introny. Nazywa się proces tworzenia dojrzałych cząsteczek RNA z prekursorów przetwarzanie. Dojrzewanie mRNA następuje przez łączenie- są one cięte przez enzymy enzym restrykcyjny introny i łączenie regionów z transkrybowanymi sekwencjami eksonów przez enzymy ligazy. (Ryc.) Dojrzały mRNA jest znacznie krótszy niż cząsteczki prekursorowe pro-mRNA, wielkość zawartych w nich intronów waha się od 100 do 1000 nukleotydów lub więcej. Introny stanowią około 80% całego niedojrzałego mRNA.
Teraz udowodniono, że jest to możliwe alternatywne łączenie, w którym sekwencje nukleotydowe mogą zostać usunięte z jednego pierwotnego transkryptu w różnych jego częściach i powstanie kilka dojrzałych mRNA. Ten rodzaj splicingu jest typowy dla układu genów immunoglobulin u ssaków, co umożliwia tworzenie różnych typów przeciwciał w oparciu o jeden transkrypt mRNA.
Po zakończeniu przetwarzania dojrzały mRNA jest wybierany przed opuszczeniem jądra. Ustalono, że tylko 5% dojrzałego mRNA przedostaje się do cytoplazmy, a reszta ulega rozszczepieniu w jądrze.
Audycja
Tłumaczenie (łac. Translatio - transfer, transfer) to tłumaczenie informacji zawartej w sekwencji nukleotydowej cząsteczki mRNA na sekwencję aminokwasową łańcucha polipeptydowego (ryc. 10). Jest to drugi etap syntezy białek. Przenoszenie dojrzałego mRNA przez pory otoczki jądrowej odbywa się za pomocą specjalnych białek, które tworzą kompleks z cząsteczką RNA. Oprócz transportu mRNA, białka te chronią mRNA przed szkodliwym działaniem enzymów cytoplazmatycznych. W procesie translacji kluczową rolę odgrywa tRNA, które zapewnia dokładne dopasowanie aminokwasu do kodu tripletu mRNA. Proces translacji-dekodowania zachodzi w rybosomach i przebiega w kierunku od 5 do 3. Kompleks mRNA i rybosomów nazywa się polisomem.
Podczas translacji można wyróżnić trzy fazy: inicjację, elongację i terminację.
Inicjacja.
Na tym etapie składa się cały kompleks biorący udział w syntezie cząsteczki białka. Dwie podjednostki rybosomu łączą się w pewnym odcinku mRNA, do którego przyłącza się pierwszy aminoacylo-tRNA, co wyznacza ramkę odczytu informacji. W każdej cząsteczce m-RNA znajduje się region, który jest komplementarny do r-RNA małej podjednostki rybosomu i jest przez nią specyficznie kontrolowany. Obok znajduje się inicjujący kodon start AUG, który koduje aminokwas metioninę.Faza inicjacji kończy się utworzeniem kompleksu: rybosom, -mRNA-inicjujący aminoacylo-tRNA.
Wydłużenie
— obejmuje wszystkie reakcje od momentu utworzenia pierwszego wiązania peptydowego do dodania ostatniego aminokwasu. Rybosom ma dwa miejsca do wiązania dwóch cząsteczek tRNA. W jednym regionie, peptydylu (P), znajduje się pierwszy t-RNA z aminokwasem metioniną i od niego rozpoczyna się synteza dowolnej cząsteczki białka. Druga cząsteczka tRNA wchodzi do drugiej części rybosomu, sekcji aminoacylowej (A) i przyłącza się do swojego kodonu. Pomiędzy metioniną a drugim aminokwasem powstaje wiązanie peptydowe. Drugi tRNA przemieszcza się wraz ze swoim kodonem mRNA do centrum peptydylowego. Przemieszczaniu się t-RNA z łańcuchem polipeptydowym od centrum aminoacylowego do centrum peptydylowego towarzyszy postęp rybosomu wzdłuż m-RNA o krok odpowiadający jednemu kodonowi. T-RNA, który dostarczył metioninę, powraca do cytoplazmy i zostaje uwolnione centrum amnoacylowe. Otrzymuje nowy t-RNA z aminokwasem zaszyfrowanym przez następny kodon. Pomiędzy trzecim i drugim aminokwasem tworzy się wiązanie peptydowe, a trzeci t-RNA wraz z kodonem m-RNA przemieszcza się do centrum peptydylowego.Proces wydłużania, wydłużania łańcucha białkowego. Trwa to do momentu, aż jeden z trzech kodonów, które nie kodują aminokwasów, przedostanie się do rybosomu. Jest to kodon terminatorowy i nie ma dla niego odpowiadającego tRNA, więc żaden z tRNA nie może zająć miejsca w centrum aminoacylowym.
Zakończenie
– zakończenie syntezy polipeptydów. Związane jest to z rozpoznaniem przez specyficzne białko rybosomalne jednego z kodonów terminacyjnych (UAA, UAG, UGA) po wejściu do centrum aminoacylowego. Do rybosomu przyłączony jest specjalny czynnik terminujący, który sprzyja rozdzielaniu podjednostek rybosomu i uwalnianiu zsyntetyzowanej cząsteczki białka. Do ostatniego aminokwasu peptydu dodaje się wodę i jego koniec karboksylowy oddziela się od tRNA.
Montaż łańcucha peptydowego zachodzi z dużą prędkością. U bakterii w temperaturze 37°C wyraża się to poprzez dodanie do polipeptydu od 12 do 17 aminokwasów na sekundę. W komórkach eukariotycznych co sekundę do polipeptydu dodawane są dwa aminokwasy.
Zsyntetyzowany łańcuch polipeptydowy wchodzi następnie do kompleksu Golgiego, gdzie kończy się budowa cząsteczki białka (pojawiają się sekwencyjnie druga, trzecia i czwarta struktura). W tym miejscu cząsteczki białka łączą się z tłuszczami i węglowodanami.
Cały proces biosyntezy białek przedstawiono w formie diagramu: DNA ® pro mRNA ® mRNA ® łańcuch polipeptydowy ® białko ® kompleksowanie białek i ich transformacja w cząsteczki funkcjonalnie aktywne.
W podobny sposób przebiegają także etapy wdrażania informacji dziedzicznej: najpierw ulega ona transkrypcji na sekwencję nukleotydową mRNA, a następnie ulega translacji na sekwencję aminokwasową polipeptydu na rybosomach przy udziale tRNA.
Transkrypcja u eukariontów odbywa się pod działaniem trzech jądrowych polimeraz RNA. Polimeraza RNA 1 zlokalizowana jest w jąderku i odpowiada za transkrypcję genów rRNA. Polimeraza RNA 2 występuje w soku jądrowym i jest odpowiedzialna za syntezę prekursorowego mRNA. Polimeraza RNA 3 to niewielka frakcja soku jądrowego, która syntetyzuje małe rRNA i tRNA. Polimerazy RNA specyficznie rozpoznają sekwencję nukleotydową promotora transkrypcji. Eukariotyczny mRNA jest najpierw syntetyzowany jako prekursor (pro-mRNA), do którego przekazywana jest informacja z eksonów i intronów. Zsyntetyzowany mRNA jest większy niż niezbędny do translacji i jest mniej stabilny.
Podczas dojrzewania cząsteczki mRNA introny są wycinane za pomocą enzymów restrykcyjnych, a eksony są łączone za pomocą enzymów ligazy. Dojrzewanie mRNA nazywa się przetwarzaniem, a łączenie eksonów nazywa się splicingiem. Zatem dojrzały mRNA zawiera tylko eksony i jest znacznie krótszy niż jego poprzednik, pro-mRNA. Rozmiary intronów wahają się od 100 do 10 000 nukleotydów lub więcej. Intony stanowią około 80% całego niedojrzałego mRNA. Udowodniono obecnie możliwość alternatywnego splicingu, w ramach którego sekwencje nukleotydowe można usunąć z jednego pierwotnego transkryptu w różnych jego częściach, w wyniku czego powstanie kilka dojrzałych mRNA. Ten rodzaj splicingu jest typowy dla układu genów immunoglobulin u ssaków, co umożliwia tworzenie różnych typów przeciwciał w oparciu o jeden transkrypt mRNA. Po zakończeniu przetwarzania dojrzały mRNA jest selekcjonowany przed uwolnieniem z jądra do cytoplazmy. Ustalono, że tylko 5% dojrzałego mRNA wchodzi, a reszta ulega rozszczepieniu w jądrze. Transformacja pierwotnych transkryptonów genów eukariotycznych, związana z ich organizacją ekson-intron i w związku z przejściem dojrzałego mRNA z jądra do cytoplazmy, determinuje cechy realizacji informacji genetycznej eukariontów. Dlatego gen mozaiki eukariotycznej nie jest genem cistronu, ponieważ nie cała sekwencja DNA jest wykorzystywana do syntezy białek.
Transkrypcja w biologii to wieloetapowy proces odczytywania informacji z DNA, które jest składnikiem Kwas nukleinowy jest nośnikiem informacji genetycznej w organizmie, dlatego ważne jest, aby prawidłowo ją rozszyfrować i przenieść do innych struktur komórkowych w celu dalszego złożenia peptydów.
Definicja „transkrypcji w biologii”
Synteza białek jest głównym procesem życiowym w każdej komórce organizmu. Bez powstania cząsteczek peptydów niemożliwe jest utrzymanie prawidłowych funkcji życiowych, gdyż te związki organiczne biorą udział we wszystkich procesach metabolicznych, są składnikami strukturalnymi wielu tkanek i narządów, pełnią w organizmie role sygnalizacyjne, regulacyjne i ochronne.
Procesem rozpoczynającym biosyntezę białek jest transkrypcja. Biologia w skrócie dzieli go na trzy etapy:
- Inicjacja.
- Wydłużenie (wzrost łańcucha RNA).
- Zakończenie.
Transkrypcja w biologii to cała kaskada etapowych reakcji, w wyniku których na matrycy DNA syntetyzowane są cząsteczki RNA. Co więcej, w ten sposób powstają nie tylko informacyjne kwasy rybonukleinowe, ale także transportowe, rybosomalne, drobnojądrowe i inne.
Jak każdy proces biochemiczny, transkrypcja zależy od wielu czynników. Przede wszystkim są to enzymy, które różnią się między prokariotami i eukariontami. Te wyspecjalizowane białka pomagają dokładnie inicjować i przeprowadzać reakcje transkrypcji, co jest ważne dla uzyskania wysokiej jakości białka.
Transkrypcja prokariotów
Ponieważ transkrypcja w biologii polega na syntezie RNA na matrycy DNA, głównym enzymem w tym procesie jest zależna od DNA polimeraza RNA. U bakterii występuje tylko jeden rodzaj takich polimeraz dla wszystkich cząsteczek
Polimeraza RNA, zgodnie z zasadą komplementarności, uzupełnia łańcuch RNA za pomocą nici matrycowej DNA. Enzym ten zawiera dwie podjednostki β, jedną podjednostkę α i jedną podjednostkę σ. Pierwsze dwa składniki pełnią funkcję tworzenia ciała enzymu, a pozostałe dwa odpowiadają odpowiednio za zatrzymanie enzymu na cząsteczce DNA i rozpoznanie części promotorowej kwasu dezoksyrybonukleinowego.
Nawiasem mówiąc, współczynnik sigma jest jednym ze znaków rozpoznawania określonego genu. Na przykład łacińska litera σ z indeksem dolnym N oznacza, że ta polimeraza RNA rozpoznaje geny, które włączają się, gdy w środowisku brakuje azotu.
Transkrypcja u eukariontów
W przeciwieństwie do bakterii transkrypcja u zwierząt i roślin jest nieco bardziej złożona. Po pierwsze, każda komórka zawiera nie jeden, ale trzy rodzaje różnych polimeraz RNA. Pomiędzy nimi:
- Polimeraza RNA I. Odpowiada za transkrypcję genów rybosomalnego RNA (z wyjątkiem podjednostek rybosomalnych 5S RNA).
- Polimeraza RNA II. Jego zadaniem jest synteza normalnych informacyjnych (wzorcowych) kwasów rybonukleinowych, które następnie uczestniczą w translacji.
- Polimeraza RNA III. Funkcją tego typu polimerazy jest synteza 5S-rybosomalnego RNA.
Po drugie, do rozpoznania promotora w komórkach eukariotycznych nie wystarczy sama polimeraza. W inicjacji transkrypcji uczestniczą także specjalne peptydy zwane białkami TF. Tylko za ich pomocą polimeraza RNA może wylądować na DNA i rozpocząć syntezę cząsteczki kwasu rybonukleinowego.
Znaczenie transkrypcji
Cząsteczka RNA, która powstaje na matrycy DNA, następnie przyłącza się do rybosomów, gdzie odczytywana jest z niej informacja i syntetyzowane jest białko. Proces tworzenia peptydów jest bardzo ważny dla komórki, ponieważ Bez tych związków organicznych normalna aktywność życiowa jest niemożliwa: są one przede wszystkim podstawą najważniejszych enzymów wszelkich reakcji biochemicznych.
Transkrypcja w biologii jest także źródłem rRNA, które podobnie jak tRNA bierze udział w przenoszeniu aminokwasów podczas translacji do tych struktur niebłonowych. Można również syntetyzować SnRNA (małe jądrowe), których funkcją jest składanie wszystkich cząsteczek RNA.
Wniosek
Translacja i transkrypcja w biologii odgrywają niezwykle ważną rolę w syntezie cząsteczek białek. Procesy te stanowią główną składową centralnego dogmatu biologii molekularnej, który głosi, że na macierzy DNA syntetyzowany jest RNA, a RNA z kolei stanowi podstawę do rozpoczęcia tworzenia się cząsteczek białka.
Bez transkrypcji niemożliwe byłoby odczytanie informacji zakodowanej w trójkach kwasów dezoksyrybonukleinowych. To po raz kolejny potwierdza wagę tego procesu na poziomie biologicznym. Każda komórka, czy to prokariotyczna, czy eukariotyczna, musi stale syntetyzować nowe i nowe cząsteczki białka, które są obecnie potrzebne do podtrzymania życia. Dlatego transkrypcja w biologii jest głównym etapem pracy każdej pojedynczej komórki organizmu.
Biosynteza RNA – transkrypcja – proces odczytywania informacji genetycznej z DNA, podczas którego sekwencja nukleotydów DNA jest kodowana jako sekwencja nukleotydów RNA. Jako energię i substrat wykorzystuje się nukleozydo-3-fosforan z rybozą. To jest oparte zasada komplementarności- proces konserwatywny - nowy jednoniciowy RNA jest syntetyzowany podczas całej interfazy, zaczyna się w określonych regionach - promotorach, kończy na terminatorach, a region pomiędzy nimi - operon (transkrypton) - zawiera jeden lub więcej funkcjonalnie powiązanych genów, czasami zawierające geny niekodujące białek. Różnice w transkrypcji: 1) transkrypcji ulegają poszczególne geny. 2) nie wymaga gruntowania. 3) ryboza wchodzi w skład RNA, a nie deoksyryboza.
Etapy transkrypcji: 1) wiązanie polimerazy RNA z DNA. 2) inicjacja – utworzenie łańcucha RNA. 3) wydłużenie lub wzrost łańcucha RNA. 4) zakończenie.
Etap 1 – obszar, z którym wiąże się polimeraza RNA, nazywany promotorem (40 par nukleotydów) – ma miejsce rozpoznania, przyłączenia i inicjacji. Polimeraza RNA rozpoznając promotor, osiada na nim i tworzy zamknięty kompleks promotorowy, w którym DNA ulega spiralizacji, a kompleks może łatwo dysocjować i przekształcać się w otwarty kompleks promotorowy - wiązania są mocne, zasada azotowa skierowana jest na zewnątrz.
Etap 2 - inicjacja Synteza RNA polega na utworzeniu kilku ogniw łańcucha RNA; synteza rozpoczyna się od jednej nici DNA 3’-5’ i przebiega w kierunku 5’-3’. Etap kończy się oddzieleniem podjednostki b.
Etap 3 – wydłużenie– wydłużenie łańcucha RNA – zachodzi pod wpływem polimerazy Core-rRNA. Nić DNA jest despirowana w 18 parach, a w 12 parach jest hybrydą - pospolitą hybrydą DNA i RNA. Polimeraza RNA porusza się wzdłuż łańcucha DNA, a następnie odtwarza łańcuch DNA. U eukariontów, gdy RNA osiągnie 30 nukleotydów, na końcu 5’ tworzy się ochronna struktura czapeczki.
Etap 4 – zakończenie– występuje na terminatorach. W łańcuchu znajduje się odcinek bogaty w GC, a następnie od 4 do 8 kolejnych A. Po przejściu przez ten odcinek w produkcie RNA tworzy się spinka do włosów i enzym nie idzie dalej, synteza ustaje. Ważną rolę odgrywają czynniki terminacji białka - rho i wieża. Podczas syntezy pirofosforan hamował białko rho, ponieważ enzym zatrzymał się (spinka do włosów) zatrzymała się synteza kwasu fosforowego. Białko rho ulega aktywacji i wykazuje aktywność fosfatazy nukleozydowej, co prowadzi do uwolnienia RNA, polimerazy RNA, która następnie łączy się z podjednostką.
Przetwarzanie – Dojrzewanie RNA. Obejmuje: 1) tworzenie czapeczki na końcu 5’, biorącej udział w przyłączeniu do rybosomu. 2) na końcu 3' następuje poliadenylacja i powstaje ogon składający się ze stu do dwustu nukleotydów adenylowych, który chroni koniec '-końca przed działaniem nukleaz i pomaga przejść przez pory jądrowe oraz odgrywa rolę w łączeniu rybosomów . 3) łączenie – sekwencje niekodujące – introny – są wycinane. Dzieje się to na dwa sposoby: a) przeprowadzane jest przez spliceosom – jest to nukleoproteina zawierająca szereg białek i mały jądrowy RNA. Na początku introny są zapętlone, pozostawiając jedynie sekwencje kodujące – eksony. Enzymy endonukleazy przecinają, a ligazy łączą pozostałe eksony. TO. introny zniknęły. Splicing alternatywny – z jednej sekwencji kwasu nukleinowego RNA powstaje kilka białek. Samosplicing to niezależne usuwanie intronów. Zaburzenie splicingu: 1) toczeń rumieniowaty układowy. 2) fenyloketonurię. 3) hemoglobinopatia. Prokariotyczny informacyjny RNA nie jest przetwarzany, ponieważ nie mają intronów. Przetwarzanie tRNA. Prekursor tRNA jest cięty i usuwany jest nukleotyd 5'-3' Q P. Na końcu 3' dodaje się sekwencję CCA z grupą OH, a na końcu 5' dodaje się fosforylowaną zasadę purynową. Pętla duhydrourydyny - ARSase. przetwarzanie rRNA. Prekursor rRNA, prorybosomalny RNA 45S, jest syntetyzowany w jąderku i poddawany działaniu rybonukleaz, tworząc 5.8S 18S 28S. Są w 70% spiralne. rRNA odgrywa rolę w tworzeniu rybosomu i bierze udział w procesach katalitycznych. Podjednostka powstaje z rRNA w jądrze. Mała podjednostka to 30S, duża podjednostka to 50S, a rybosom 70S powstaje u prokariotów, u eukariontów 40S + 60S = 80S. Tworzenie rybosomów następuje w cytoplazmie.
Miejsca rybosomów do wiązania RNA: 1) w małych podjednostkach, które mają sekwencję Shine-Dalgorn mRNA 5'GGAGG3' 3'CCUTCC5'. Komunikator RNA jest przyłączony do małej podjednostki. U eukariontów miejsce wiązania CEP dla mRNA. Miejsce wiązania tRNA: a) Miejsce P - centrum peptydylowe wiązania mRNA z rosnącym łańcuchem peptydowym - wiązanie peptydylo-tRNA. b) Miejsce A - do połączenia tRNA z aminokwasem - miejsce aminoacylowe 2) W dużej podjednostce znajduje się miejsce E o aktywności peptydylotransferazy.
Transkrypcja odwrotna charakterystyczne dla retrowirusów lub wirusów zawierających RNA - wirus zakażenia HIV, onkowirusy.
Na łańcuchu RNA synteza DNA zachodzi pod działaniem enzymu odwrotnej transkryptazy lub rewertazy, czyli polimerazy DNA RNA. Dokonując inwazji na komórkę gospodarza, następuje synteza DNA, który integruje się z DNA gospodarza i rozpoczyna transkrypcję jego RNA oraz syntezę własnych białek.
Kod genetyczny, jego charakterystyka. Kod genetyczny to sekwencja nukleotydów cząsteczki rRNA, która zawiera słowa kodowe dla każdego aminokwasu. Polega na określonej sekwencji ułożenia nukleotydów w cząsteczce DNA.
Charakterystyka. 1) tripletowy kod genetyczny – tj. Każdy a/k jest szyfrowany trzema nukleotydami. 2) kod genetyczny a/k jest zdegenerowany lub zbędny – zdecydowana większość a/k jest kodowana przez kilka kodonów. W sumie powstają 64 trójki, z czego 61 trójek koduje specyficzne a/k, a trzy trójki – AUG, UAA, UGA – są kodonami nonsensownymi, ponieważ nie kodują żadnego z 20 a/k i pełnią funkcję kończenia syntezy. 3) Kod genetyczny jest ciągły, nie ma w nim znaków interpunkcyjnych, tj. sygnały wskazujące koniec jednej trójki i początek drugiej. Kod jest liniowy, jednokierunkowy, ciągły. Na przykład - ACGUTSGACC. 4) kodonem aktywującym syntezę jest triplet AUG. 5) Kod genetyczny jest uniwersalny.
22. Transmisja – biosynteza białek. Etapy tłumaczenia: 1) inicjacja. 2) wydłużenie. 3) zakończenie. Inicjacja– następuje włączenie klimatyzacji.
Inicjacyjny aatRNA będzie oddziaływać z 1 a/k przyszłego białka tylko z grupą karboksylową, a 1 a/k może zapewnić jedynie grupę NH2 do syntezy, tj. synteza białek rozpoczyna się na N-końcu.
Montaż kompleksu inicjacyjnego na małej cząstce. Czynniki: 30S mRNA fomilmetionyl tRNA IF 123 Mg 2+ GTP – źródło energii
Mała podjednostka, obciążona czynnikami inicjacji, znajduje kodon start AUG lub GUG na mRNA i wzdłuż niego ustalana jest ramka odczytu, tj. Kodon start jest umieszczony w miejscu P. Zbliża się do niego formmetionyl tRNA, czemu towarzyszy uwolnienie czynnika IF 3, następnie przyłącza się duża podjednostka i uwalniane są IF 1 i IF2, następuje hydroliza 1GTP i powstaje rybosom. Wydłużenie– cykl pracy rybosomu. Obejmuje trzy etapy: 1) wiązanie aatRNA z miejscem A, ponieważ miejsce P jest zajęte - potrzebne są czynniki wydłużające EF-TU, EF-TS i GTP. 2) transpeptydacja Miejsce E przenosi aminokwas i tworzy się wiązanie peptydowe. Czynniki wydłużania u prokariotów: EF-TU, EF-TS, EF-G. 3 )Translokacja– najpierw deacylowany tRNA EF-G z miejsca P opuszcza rybosom, przesuwając się o 1 triplet w kierunku końca 3’; przemieszczanie się peptydu z miejsca A do miejsca P – wykorzystuje się GTP i czynnik elongacji – translokazę EF-G, miejsce A – jest znów wolne i proces się powtarza. Zakończenie– rozpoznawanie kodonów terminacyjnych UAA, UGA, UAG za pomocą czynników uwalniających RF 1 2 3. Kiedy kodon końcowy wchodzi do miejsca A, tRNA nie jest do niego przyłączany, lecz przyłączany jest jeden z czynników terminacyjnych, co blokuje wydłużanie , czemu towarzyszy aktywacja aktywności esterazy transferazy peptydylowej sekcji E. Następuje hydroliza wiązań estrowych pomiędzy peptydem a tRNA, rybosom opuszcza peptyd, tRNA i dysocjuje na podjednostki, które można następnie wykorzystać.
Tworzenie struktury następuje jednocześnie za pomocą białek opiekuńczych - białek szoku cieplnego. Synteza jednego wiązania peptydowego wymaga 1ATP do aminoacylowania tRNA (addycja aminokwasu), 1GTP do połączenia aatRNA z miejscem A i 1GTP do translokacji. Zużycie energii około 4 wiązań wysokoenergetycznych na syntezę jednego wiązania peptydowego.
23. Operon laktozowy. Replikacja jest regulowana przez stężenie białka DNA i tetrafosforanu guanozyny. Główna regulacja ekspresji genów odbywa się na poziomie transkrypcji (w zależności od etapu rozwoju komórki, wszystkich czynników, działania hormonów i innych składników regulatorowych). W różnych komórkach tkanek ulega ekspresji tylko 5% genów, 97% milczy – śmieciowe DNA – regulatorami transkrypcji są chronomery i szereg sekwencji regulatorowych. Jeśli przyłączenie białka regulatorowego do DNA powoduje transkrypcję, to jest to regulacja dodatnia (+), jeśli tłumienie transkrypcji jest regulacją ujemną (-). Pozytywna regulacja– gen zostaje wyłączony, przyłączenie białka regulatorowego prowadzi do rozpoczęcia syntezy, a ostatecznie gen się włącza. TO. białko regulatorowe może być induktorem lub aktywatorem . Regulacja negatywna– gen jest włączony, następuje synteza RNA, jeśli zostanie przyłączony czynnik regulujący białko (inhibitor lub represor syntezy białka), gen zostaje wyłączony. Wiele hormonów i innych czynników wpływa na wiązanie białka regulatorowego. Operon laktozowy E. Coli– regulacja negatywna. Główne elementy jego działania: w cząsteczce DNA – region regulatorowy, promotor, prooperon i trzy geny strukturalne: lag 1, lag 2, lag 3 i terminator. Lag 1 – przeprowadza syntezę enzymu laktazy lub beta-galaktozydazy. Lag 2 jest enzymem permiazy biorącym udział w transporcie laktozy przez błonę. Lag 3 jest enzymem transacylazy. Regulator - synteza mRNA na rybosomie, prowadzi do powstania białka represorowego, przyłącza się do operatora (ponieważ ma powinowactwo), osiada na nim i ponieważ regiony promotora i operonu nakładają się na siebie - polimeraza RNA nie może związać się z promotorem i transkrypcja zostaje wyłączona. Glukoza i galaktoza zapewniają podobieństwo między represorem a operatorem. Jeśli nie ma podobieństwa, laktoza oddziałuje z represorem, zmieniając jego przemianę i nie zasiada na operonie, ponieważ traci do niego podobieństwo. Polimeraza RNA ląduje na promotorze i rozpoczyna się transkrypcja informacyjnego RNA. Laktoza jest induktorem, a proces ten jest indukcją – formą negatywnej regulacji, tzw. ponieważ transkrypcja zatrzymuje się na skutek przyłączenia represora, a jego rozszczepienie prowadzi do rozpoczęcia syntezy. Regulacja pozytywna – współczynnik TATA– ma podobieństwa do sekcji pudełkowej TATA. Czynnik TATA ląduje na kasecie TATA – sygnał dla polimerazy RNA do rozpoznania swojego promotora, osadza się na niej i rozpoczyna transkrypcję pobliskich genów. U prokariotów dominuje regulacja negatywna, u eukariontów nie jest to korzystne. Regiony wzmacniające (wzmacniacze transkrypcji) + białko regulatorowe prowadzą do zwiększonej transkrypcji. Sensory + białko regulatorowe à wyłączają transkrypcję i zmieniają strukturę chromosomów.
