Liv i kolform existerar på grund av närvaron av proteinmolekyler. Och proteinbiosyntes i cellen är den enda möjligheten för genuttryck. Men för att implementera denna process är det nödvändigt att starta ett antal processer associerade med "uppackning" av genetisk information, sökning efter den önskade genen, läsning av den och reproducering av den. Termen "transkription" i biologi hänvisar specifikt till processen att överföra information från en gen till budbärar-RNA. Detta är början på biosyntes, det vill säga den direkta implementeringen av genetisk information.
Lagring av genetisk information
I cellerna hos levande organismer är genetisk information lokaliserad i kärnan, mitokondrier, kloroplaster och plasmider. Mitokondrier och kloroplaster innehåller en liten mängd djur- och växt-DNA, medan bakterieplasmider är lagringsplatsen för gener som är ansvariga för snabb anpassning till miljöförhållanden.
I virala kroppar lagras även ärftlig information i form av RNA eller DNA-polymerer. Men processen för dess implementering är också förknippad med behovet av transkription. Inom biologi är denna process av exceptionell betydelse, eftersom det är den som leder till implementeringen av ärftlig information, vilket utlöser proteinbiosyntes.
I djurceller representeras ärftlig information av en polymer av DNA, som är kompakt förpackad inuti kärnan. Därför, innan proteinsyntes eller läsning av någon gen, måste vissa stadier passera: avveckling av kondenserat kromatin och "frisättning" av den önskade genen, dess igenkänning av enzymmolekyler, transkription.
Inom biologi och biologisk kemi har dessa stadier redan studerats. De leder till syntesen av ett protein, vars primära struktur kodades i en enda gen.
Transkriptionsmönster i eukaryota celler
Även om transkription i biologi inte har studerats tillräckligt, presenteras dess sekvens traditionellt i form av ett diagram. Den består av initiering, förlängning och avslutning. Detta innebär att hela processen är uppdelad i tre komponentfenomen.
Initiering är en uppsättning biologiska och biokemiska processer som leder till början av transkription. Kärnan i förlängningen är den fortsatta tillväxten av molekylkedjan. Terminering är en uppsättning processer som leder till att RNA-syntesen upphör. Förresten, i samband med proteinbiosyntes identifieras transkriptionsprocessen i biologi vanligtvis med syntesen av budbärar-RNA. Baserat på det kommer en polypeptidkedja senare att syntetiseras.
Initiering
Initiering är den minst förstådda transkriptionsmekanismen inom biologi. Vad det är ur biokemisk synvinkel är okänt. Det vill säga att de specifika enzymer som är ansvariga för att utlösa transkription inte känns igen alls. Okänd är också de intracellulära signalerna och metoderna för deras överföring, vilket indikerar behovet av syntes av ett nytt protein. Detta är en grundläggande uppgift för cytologi och biokemi.
Förlängning
Det är ännu inte möjligt att separera processen för initiering och förlängning i tid på grund av omöjligheten att genomföra laboratoriestudier utformade för att bekräfta närvaron av specifika enzymer och triggerfaktorer. Därför är denna gräns mycket villkorad. Kärnan i förlängningsprocessen handlar om att förlänga den växande kedjan, syntetiserad på basis av DNA-mallsektionen.
Man tror att förlängning börjar efter den första translokationen av RNA-polymeras och början av fästningen av det första kadonet till startstället för RNA. Under förlängning avläses kadon i riktningen för 3"-5"-strängen på en despiraliserad DNA-sektion uppdelad i två strängar. Samtidigt tillsätts den växande RNA-kedjan med nya nukleotider som är komplementära till mall-DNA-regionen. I det här fallet "expanderas" DNA:t till en bredd av 12 nukleotider, det vill säga 4 kadon.
Enzymet RNA-polymeras rör sig längs den växande kedjan, och "bakom" den är DNA:t omvänt "tvärbunden" till en dubbelsträngad struktur med återställande av vätebindningar mellan nukleotider. Detta svarar delvis på frågan om vilken process som kallas transkription inom biologi. Det är förlängning som är transkriptionens huvudfas, eftersom den så kallade intermediären mellan genen och proteinsyntesen under dess förlopp samlas.
Uppsägning
Processen för transkriptionsterminering i eukaryota celler är dåligt förstådd. Hittills har forskare reducerat dess väsen till att stoppa DNA-läsning vid 5"-änden och fästa en grupp adeninbaser till 3-tumsänden av RNA. Den senare processen tillåter att den kemiska strukturen hos det resulterande RNA:t stabiliseras. Det finns två typer av terminering i bakterieceller. Det är en Rho-beroende och Rho-oberoende process.
Den första inträffar i närvaro av Rho-proteinet och reduceras till en enkel brytning av vätebindningar mellan mallregionen av DNA och det syntetiserade RNA:t. Den andra, Rho-oberoende, inträffar efter uppkomsten av stamslingan om det finns en uppsättning uracilbaser bakom den. Denna kombination gör att RNA:t lossnar från DNA-mallen. Det är uppenbart att transkriptionsterminering är en enzymatisk process, men specifika biokatalysatorer för det har ännu inte hittats.
Viral transkription
Virala kroppar har inte sitt eget proteinbiosyntessystem och kan därför inte föröka sig utan att utnyttja celler. Men virus har sitt eget genetiska material, som måste realiseras och även integreras i infekterade cellers gener. För att göra detta har de ett antal enzymer (eller utnyttjar cellenzymsystem) som transkriberar deras nukleinsyra. Det vill säga att detta enzym, baserat på virusets genetiska information, syntetiserar en analog av budbärar-RNA. Men det är inte alls RNA, utan en DNA-polymer, komplementär till till exempel mänskliga gener.
Detta bryter helt mot de traditionella principerna för transkription inom biologin, vilket kan ses i exemplet med HIV-viruset. Dess omvända enzymenzym kan syntetisera DNA som är komplementärt till human nukleinsyra från viralt RNA. Processen att syntetisera komplementärt DNA från RNA kallas omvänd transkription. Detta är definitionen i biologi av processen som är ansvarig för integreringen av virusets ärftliga information i det mänskliga genomet.
Vi möter begreppet transkription när vi studerar ett främmande språk. Det hjälper oss att korrekt skriva om och uttala okända ord. Vad menas med denna term inom naturvetenskap? Transkription inom biologi är en nyckelprocess i systemet för proteinbiosyntesreaktioner. Det är detta som gör att cellen kan förse sig med peptider som kommer att utföra konstruktion, skydd, signalering, transport och andra funktioner i den. Endast omskrivningen av information från DNA-lokuset till en molekyl av informationsribonukleinsyra utlöser cellens proteinsyntesapparat, vilket ger biokemiska translationsreaktioner.
I den här artikeln kommer vi att titta på stadierna av transkription och proteinsyntes som förekommer i olika organismer, och även bestämma betydelsen av dessa processer i molekylärbiologi. Dessutom kommer vi att ge en definition av vad transkription är. Inom biologi kan kunskap om de processer som intresserar oss hämtas från sektioner som cytologi, molekylärbiologi och biokemi.
Funktioner hos reaktioner med matrissyntes
För den som är bekant med de grundläggande typerna av kemiska reaktioner som studeras i en allmän kemikurs kommer processerna för matrissyntes att vara helt nya. Anledningen här är följande: sådana reaktioner som inträffar i levande organismer säkerställer kopiering av modermolekyler med hjälp av en speciell kod. Det upptäcktes inte omedelbart; det är bättre att säga att själva idén om existensen av två olika språk för att lagra ärftlig information tog sin väg under två århundraden: från slutet av 1800-talet till mitten av 1900-talet För att bättre föreställa oss vad transkription och översättning är i biologi och varför de hänvisar till reaktioner med matrissyntes, låt oss vända oss till tekniskt ordförråd för en analogi.
Allt är som i ett tryckeri
Föreställ dig att vi behöver trycka till exempel hundra tusen exemplar av en populär tidning. Allt material som går in i den samlas på moderbäraren. Detta första mönster kallas matrisen. Sedan kopieras det på tryckpressar - kopior görs. Liknande processer förekommer i en levande cell, endast DNA- och mRNA-molekyler fungerar omväxlande som mallar, och budbärar-RNA och proteinmolekyler fungerar som kopior. Låt oss titta på dem mer i detalj och ta reda på att transkription i biologi är matrissyntesreaktionen som sker i cellkärnan.
Den genetiska koden är nyckeln till hemligheten bakom proteinbiosyntesen
I modern molekylärbiologi bråkar ingen längre om vilket ämne som är bärare av ärftliga egenskaper och lagrar data om alla kroppens proteiner utan undantag. Naturligtvis är det deoxiribonukleinsyra. Den är dock uppbyggd av nukleotider, och proteiner, vars information om sammansättningen lagras i den, representeras av aminosyramolekyler som inte har någon kemisk affinitet med DNA-monomerer. Vi har med andra ord att göra med två olika språk. I ett av dem är orden nukleotider, i det andra är de aminosyror. Vad kommer att fungera som en översättare som kommer att koda om informationen som erhålls som ett resultat av transkription? Molekylärbiologin tror att denna roll spelas av den genetiska koden.
Unika egenskaper hos den cellulära koden
Detta är vad koden är, vars tabell presenteras nedan. Cytologer, genetiker och biokemister arbetade med dess skapelse. Dessutom användes kunskap från kryptografi för att utveckla koden. Med hänsyn till dess regler är det möjligt att fastställa den primära strukturen för det syntetiserade proteinet, eftersom translation i biologi är processen att översätta information om strukturen hos en peptid från språket för RNA-nukleotider till språket för aminosyror i ett protein molekyl.
Idén om att koda i levande organismer uttrycktes först av G. A. Gamov. Ytterligare vetenskaplig utveckling ledde till utformningen av dess grundläggande regler. Först fastställdes det att strukturen av 20 aminosyror är krypterad i 61 tripletter av budbärar-RNA, vilket ledde till konceptet koddegeneration. Därefter bestämde vi sammansättningen av icke-ness-kodon, som fungerar som start och stopp för proteinbiosyntesprocessen. Sedan dök det upp bestämmelser om dess kolinearitet och universalitet, som fullbordade den harmoniska teorin om den genetiska koden.
Var sker transkription och översättning?
Inom biologi bestämde flera av dess sektioner som studerade strukturen och biokemiska processer i cellen (cytologi och molekylärbiologi) lokaliseringen av matrixsyntesreaktioner. Således sker transkription i kärnan med deltagande av enzymet RNA-polymeras. I sin karyoplasma syntetiseras en mRNA-molekyl från fria nukleotider enligt komplementaritetsprincipen, varvid information om peptidens struktur kopieras från en strukturell gen.
Sedan lämnar den cellkärnan genom porer i kärnhöljet och hamnar i cellens cytoplasma. Här måste mRNA:t kombineras med flera ribosomer för att bilda en polysom, en struktur redo att möta molekyler av transportribonukleinsyror. Deras uppgift är att föra aminosyror till platsen för en annan reaktion av matrissyntes - translation. Låt oss överväga mekanismerna för båda reaktionerna i detalj.
Funktioner för bildandet av mRNA-molekyler
Transkription i biologi är omskrivningen av information om strukturen hos en peptid från DNA-strukturgenen till en ribonukleinsyramolekyl, som kallas information. Som vi sa tidigare förekommer det i cellens kärna. Först bryter DNA-restriktionsenzymet vätebindningarna som förbinder kedjorna av deoxiribonukleinsyra, och dess helix lindas upp. Enzymet RNA-polymeras fäster vid de fria polynukleotidställena. Det aktiverar sammansättningen av en kopia - en mRNA-molekyl, som förutom informativa avsnitt - exoner - också innehåller tomma nukleotidsekvenser - introner. De är ballast och kräver borttagning. Denna process kallas bearbetning eller mognad inom molekylärbiologi. Detta avslutar transkriptionen. Biologi förklarar detta kortfattat på följande sätt: endast genom att förlora onödiga monomerer kommer nukleinsyran att kunna lämna kärnan och vara redo för ytterligare stadier av proteinbiosyntes.
Omvänd transkription i virus
Icke-cellulära livsformer skiljer sig slående från prokaryota och eukaryota celler, inte bara i deras yttre och inre struktur, utan också i deras matrixsyntesreaktioner. På sjuttiotalet av förra seklet bevisade vetenskapen förekomsten av retrovirus - organismer vars genom består av två RNA-kedjor. Under verkan av enzymet - reversetas - kopierar sådana viruspartiklar DNA-molekyler från sektioner av ribonukleinsyra, som sedan introduceras i värdcellens karyotyp. Som vi kan se går kopieringen av ärftlig information i det här fallet i motsatt riktning: från RNA till DNA. Denna form av kodning och läsning är karakteristisk för till exempel patogener som orsakar olika typer av cancer.
Ribosomer och deras roll i cellulär metabolism
Plastiska metaboliska reaktioner, som inkluderar biosyntesen av peptider, inträffar i cellens cytoplasma. För att få en färdig proteinmolekyl räcker det inte att kopiera nukleotidsekvensen från en strukturgen och överföra den till cytoplasman. Det behövs också strukturer som läser information och säkerställer kopplingen av aminosyror till en enda kedja genom peptidbindningar. Dessa är ribosomer, vars struktur och funktioner får stor uppmärksamhet inom molekylärbiologin. Vi har redan tagit reda på var transkription sker - det här är kärnans karyoplasma. Platsen för translationsprocesser är cellcytoplasman. Det är i det som kanalerna i det endoplasmatiska retikulumet är belägna, på vilka proteinsyntetiserande organeller - ribosomer - sitter i grupper. Men deras närvaro säkerställer ännu inte uppkomsten av plastiska reaktioner. Vi behöver strukturer som kommer att leverera proteinmonomermolekyler - aminosyror - till polysomen. De kallas transportribonukleinsyror. Vad är de och vad är deras roll i sändning?
Aminosyratransportörer
Små molekyler av transfer-RNA i sin rumsliga konfiguration har en region som består av en sekvens av nukleotider - ett antikodon. För att genomföra translationella processer är det nödvändigt att ett initiativkomplex uppstår. Den måste inkludera matristripletten, ribosomer och transportmolekylens komplementära region. Så snart som ett sådant komplex är organiserat är detta en signal att påbörja sammansättningen av proteinpolymeren. Både translation och transkription inom biologi är assimileringsprocesser, som alltid involverar absorption av energi. För att utföra dem förbereder cellen sig i förväg och ackumulerar ett stort antal adenosintrifosforsyramolekyler.
Syntesen av detta energiämne sker i mitokondrier - de viktigaste organellerna av alla eukaryota celler utan undantag. Det föregår början av reaktioner med matrissyntes, och upptar en plats i det presyntetiska skedet av celllivscykeln och efter replikationsreaktioner. Nedbrytningen av ATP-molekyler åtföljer transkriptionsprocesser och translationsreaktioner; energin som frigörs under denna process används av cellen i alla stadier av biosyntesen av organiska ämnen.
Sändningsstadier
I början av reaktionerna som leder till bildandet av en polypeptid binder 20 typer av proteinmonomerer till vissa molekyler av transportsyror. Parallellt sker polysombildning i cellen: ribosomer fäster vid matrisen vid platsen för startkodonet. Starten av biosyntesen börjar och ribosomer rör sig längs mRNA-tripletterna. Molekyler som transporterar aminosyror är lämpliga för dem. Om kodonet i polysomen är komplementärt till antikodonet för transportsyror, förblir aminosyran i ribosomen, och den resulterande polypeptidbindningen förbinder den med de aminosyrorna som redan finns där. Så snart den proteinsyntetiserande organellen når stopptripletten (vanligtvis UAG, UAA eller UGA), upphör translationen. Som ett resultat separeras ribosomen, tillsammans med proteinpartikeln, från mRNA.
Hur får en peptid sin ursprungliga form?
Det sista steget av translation är processen för övergång av den primära proteinstrukturen till den tertiära formen, som har formen av en kula. Enzymer tar bort onödiga aminosyrarester, lägger till monosackarider eller lipider och syntetiserar dessutom karboxyl- och fosfatgrupper. Allt detta händer i håligheterna i det endoplasmatiska retikulumet, där peptiden kommer in efter avslutad biosyntes. Därefter passerar den naturliga proteinmolekylen in i kanalerna. De penetrerar cytoplasman och hjälper till att säkerställa att peptiden kommer in i ett visst område av cytoplasman och sedan används för cellens behov.
I den här artikeln fick vi reda på att översättning och transkription i biologi är huvudreaktionerna av matrissyntes som ligger till grund för bevarandet och överföringen av organismens ärftliga lutningar.
Fastställ först sekvensen av steg i proteinbiosyntesen, börja med transkription. Hela sekvensen av processer som sker under syntesen av proteinmolekyler kan kombineras i två steg:
Transkription.
Utsända.
De strukturella enheterna av ärftlig information är gener - sektioner av DNA-molekylen som kodar för syntesen av ett specifikt protein. När det gäller kemisk organisation är materialet för ärftlighet och variabilitet hos pro- och eukaryoter inte fundamentalt annorlunda. Det genetiska materialet i dem presenteras i DNA-molekylen, principen att registrera ärftlig information och den genetiska koden är också vanliga. Samma aminosyror i pro- och eukaryoter krypteras av samma kodon.
Genomet hos moderna prokaryota celler kännetecknas av en relativt liten storlek, DNA från E. coli har formen av en ring, cirka 1 mm lång. Den innehåller 4 x 10 6 nukleotidpar, vilket bildar cirka 4000 gener. År 1961 upptäckte F. Jacob och J. Monod den cistroniska, eller kontinuerliga organisationen av prokaryota gener, som helt består av kodande nukleotidsekvenser, och de realiseras helt under proteinsyntesen. Det ärftliga materialet i DNA-molekylen av prokaryoter är lokaliserat direkt i cellens cytoplasma, där även tRNA och enzymer som är nödvändiga för genuttryck finns.Expression är den funktionella aktiviteten hos gener, eller uttrycket av gener. Därför kan mRNA syntetiserat från DNA omedelbart utföra funktionen av en mall i processen för translation av proteinsyntes.
Det eukaryota genomet innehåller betydligt mer ärftligt material. Hos människor är den totala längden av DNA i den diploida uppsättningen kromosomer cirka 174 cm. Den innehåller 3 x 10 9 par nukleotider och inkluderar upp till 100 000 gener. 1977 upptäcktes diskontinuitet i strukturen hos de flesta eukaryota gener, kallad "mosaikgenen". Den kännetecknas av kodande nukleotidsekvenser exonisk Och intronisk tomter. Endast information från exoner används för proteinsyntes. Antalet introner varierar i olika gener. Det har fastställts att kyckling-ovalbumingenen inkluderar 7 introner och däggdjursprokollagengenen inkluderar 50. Funktionerna hos tysta DNA-introner har inte klarlagts helt. Det antas att de tillhandahåller: 1) strukturell organisation av kromatin; 2) några av dem är uppenbarligen involverade i regleringen av genuttryck; 3) introner kan betraktas som ett lager av information för variation; 4) de kan spela en skyddande roll och ta på sig effekten av mutagener.
Transkription
Processen att skriva om information i cellkärnan från en del av en DNA-molekyl till en mRNA-molekyl (mRNA) kallas transkription(Latin Transcriptio - omskrivning). Den primära genprodukten, mRNA, syntetiseras. Detta är det första steget i proteinsyntesen. På motsvarande DNA-ställe känner enzymet RNA-polymeras igen tecknet för början av transkription - promotor. Utgångspunkten är den första DNA-nukleotiden som inkorporeras i RNA-transkriptet av enzymet. Som regel börjar kodande regioner med kodonet AUG, ibland används GUG hos bakterier. När RNA-polymeras binder till promotorn sker lokal avlindning av DNA-dubbelhelixen och en av strängarna kopieras enligt komplementaritetsprincipen. mRNA syntetiseras, dess sammansättningshastighet når 50 nukleotider per sekund. När RNA-polymeras rör sig växer mRNA-kedjan, och när enzymet når slutet av kopieringsområdet - terminator mRNA:t rör sig bort från mallen. DNA-dubbelhelixen bakom enzymet återställs.
Transkription av prokaryoter sker i cytoplasman. På grund av det faktum att DNA helt består av kodande nukleotidsekvenser, fungerar därför det syntetiserade mRNA:t omedelbart som en mall för translation (se ovan).
Transkription av mRNA i eukaryoter sker i kärnan. Det börjar med syntesen av stora molekyler - prekursorer (pro-mRNA), som kallas omoget eller nukleärt RNA. Den primära produkten av genen - pro-mRNA är en exakt kopia av den transkriberade delen av DNA, inklusive exoner och introner. Processen att bilda mogna RNA-molekyler från prekursorer kallas bearbetning. mRNA-mognad sker genom skarvning- dessa skärs av enzymer restriktionsenzym introner och koppling av regioner med transkriberade exonsekvenser av ligasenzymer. (Fig.) Moget mRNA är mycket kortare än prekursormolekylerna för pro-mRNA, storleken på introner i dem varierar från 100 till 1000 nukleotider eller mer. Introner står för cirka 80 % av allt omoget mRNA.
Det har nu visat sig möjligt alternativ skarvning, där nukleotidsekvenser kan avlägsnas från ett primärt transkript i olika delar av det och flera mogna mRNA kommer att bildas. Denna typ av splitsning är typisk i immunglobulingensystemet hos däggdjur, vilket gör det möjligt att bilda olika typer av antikroppar baserat på ett mRNA-transkript.
När bearbetningen är klar väljs det mogna mRNA:t innan det lämnar kärnan. Det har fastställts att endast 5% av moget mRNA kommer in i cytoplasman, och resten klyvs i kärnan.
Utsända
Translation (latin Translatio - transfer, transfer) är översättningen av information som finns i nukleotidsekvensen för en mRNA-molekyl till aminosyrasekvensen i en polypeptidkedja (Fig. 10). Detta är det andra steget av proteinsyntesen. Överföringen av moget mRNA genom porerna i kärnhöljet produceras av speciella proteiner som bildar ett komplex med RNA-molekylen. Förutom att transportera mRNA skyddar dessa proteiner mRNA från de skadliga effekterna av cytoplasmatiska enzymer. I översättningsprocessen spelar tRNA en central roll, de säkerställer den exakta matchningen av aminosyran till koden för mRNA-tripletten. Translations-avkodningsprocessen sker i ribosomer och utförs i riktningen från 5 till 3. Komplexet av mRNA och ribosomer kallas en polysom.
Under translation kan tre faser urskiljas: initiering, förlängning och avslutning.
Initiering.
I detta skede sätts hela komplexet som är involverat i syntesen av proteinmolekylen ihop. De två ribosomala subenheterna är förenade vid en viss sektion av mRNA:t, det första aminoacyl-tRNA:t är fäst vid det, och detta sätter informationsläsramen. I vilken m-RNA-molekyl som helst finns en region som är komplementär till r-RNA från den lilla ribosomala subenheten och som är specifikt kontrollerad av den. Bredvid finns det initierande startkodonet AUG, som kodar för aminosyran metionin.Initieringsfasen avslutas med bildandet av ett komplex: ribosom, -mRNA-initierande aminoacyl-tRNA.
Förlängning
— den inkluderar alla reaktioner från det ögonblick då den första peptidbindningen bildades till tillsatsen av den sista aminosyran. Ribosomen har två platser för att binda två tRNA-molekyler. I en region, peptidylen (P), finns det första t-RNA:t med aminosyran metionin, och syntesen av vilken proteinmolekyl som helst börjar med den. Den andra tRNA-molekylen går in i den andra sektionen av ribosomen, aminoacylsektionen (A), och fäster vid dess kodon. En peptidbindning bildas mellan metionin och den andra aminosyran. Det andra tRNA:t rör sig tillsammans med sitt mRNA-kodon till peptidylcentret. Förflyttningen av t-RNA med en polypeptidkedja från aminoacylcentret till peptidylcentret åtföljs av ribosomens avancemang längs m-RNA:t med ett steg som motsvarar ett kodon. T-RNA:t som levererade metionin återvänder till cytoplasman och amnoacylcentret frisätts. Den får ett nytt t-RNA med en aminosyra krypterad av nästa kodon. En peptidbindning bildas mellan den tredje och andra aminosyran och det tredje t-RNA:t, tillsammans med m-RNA-kodonet, flyttar till peptidylcentrum Processen med förlängning, förlängning av proteinkedjan. Det fortsätter tills ett av de tre kodonen som inte kodar för aminosyror kommer in i ribosomen. Detta är ett terminatorkodon och det finns inget motsvarande tRNA för det, så inget av tRNA:erna kan ta plats i aminoacylcentret.
Uppsägning
– slutförande av polypeptidsyntes. Det är associerat med igenkännandet av ett specifikt ribosomalt protein av ett av termineringskodonen (UAA, UAG, UGA) när det går in i aminoacylcentret. En speciell termineringsfaktor är fäst vid ribosomen, vilket främjar separationen av ribosomala subenheter och frisättningen av den syntetiserade proteinmolekylen. Vatten tillsätts till den sista aminosyran i peptiden och dess karboxylände separeras från tRNA:t.
Sammansättningen av peptidkedjan sker med hög hastighet. I bakterier vid en temperatur av 37°C uttrycks det i tillsats av 12 till 17 aminosyror per sekund till polypeptiden. I eukaryota celler läggs två aminosyror till en polypeptid varje sekund.
Den syntetiserade polypeptidkedjan går sedan in i Golgi-komplexet, där konstruktionen av proteinmolekylen är fullbordad (den andra, tredje och fjärde strukturen uppträder sekventiellt). Det är här proteinmolekyler kombineras med fetter och kolhydrater.
Hela processen för proteinbiosyntes presenteras i form av ett diagram: DNA ® pro mRNA ® mRNA ® polypeptidkedja ® protein ® komplexbildning av proteiner och deras omvandling till funktionellt aktiva molekyler.
Stadierna för implementering av ärftlig information fortsätter också på ett liknande sätt: först transkriberas den till nukleotidsekvensen av mRNA och översätts sedan till aminosyrasekvensen för en polypeptid på ribosomer med deltagande av tRNA.
Transkription i eukaryoter utförs under verkan av tre nukleära RNA-polymeraser. RNA-polymeras 1 är lokaliserat i kärnan och är ansvarigt för transkriptionen av rRNA-gener. RNA-polymeras 2 finns i kärnsaven och ansvarar för syntesen av prekursor-mRNA. RNA-polymeras 3 är en liten fraktion i kärnsaften som syntetiserar små rRNA och tRNA. RNA-polymeraser känner specifikt igen nukleotidsekvensen för en transkriptionspromotor. Eukaryot mRNA syntetiseras först som en prekursor (pro-mRNA), och information från exoner och introner överförs till den. Det syntetiserade mRNA:t är större än nödvändigt för translation och är mindre stabilt.
Under mognaden av mRNA-molekylen skärs introner ut med användning av restriktionsenzymer och exoner sys ihop med användning av ligasenzymer. Mognaden av mRNA kallas bearbetning, och sammanfogningen av exoner kallas splitsning. Moget mRNA innehåller alltså endast exoner och är mycket kortare än dess föregångare, pro-mRNA. Storleken på introner varierar från 100 till 10 000 nukleotider eller mer. Intons står för cirka 80 % av allt omoget mRNA. Möjligheten till alternativ splitsning har nu bevisats, där nukleotidsekvenser kan avlägsnas från ett primärt transkript i olika delar av det och flera mogna mRNA kommer att bildas. Denna typ av splitsning är typisk i immunglobulingensystemet hos däggdjur, vilket gör det möjligt att bilda olika typer av antikroppar baserat på ett mRNA-transkript. Efter avslutad bearbetning selekteras det mogna mRNA:t innan det frisätts till cytoplasman från kärnan. Det har fastställts att endast 5% av moget mRNA kommer in, och resten klyvs i kärnan. Transformationen av primära transkriptoner av eukaryota gener, associerade med deras exon-intron-organisation, och i samband med övergången av moget mRNA från kärnan till cytoplasman, bestämmer funktionerna i implementeringen av genetisk information om eukaryoter. Därför är den eukaryota mosaikgenen inte en cistrongen, eftersom inte hela DNA-sekvensen används för proteinsyntes.
Transkription i biologi är en process i flera steg för att läsa information från DNA, som är en komponent i nukleinsyra är bäraren av genetisk information i kroppen, så det är viktigt att korrekt dechiffrera den och överföra den till andra cellulära strukturer för vidare montering av peptider.
Definition av "transkription i biologi"
Proteinsyntes är den viktigaste vitala processen i alla celler i kroppen. Utan skapandet av peptidmolekyler är det omöjligt att upprätthålla normala livsfunktioner, eftersom dessa organiska föreningar är involverade i alla metaboliska processer, är strukturella komponenter i många vävnader och organ och spelar signalerande, reglerande och skyddande roller i kroppen.
Processen som startar proteinbiosyntesen är transkription. Biologi delar kortfattat in det i tre stadier:
- Initiering.
- Förlängning (tillväxt av RNA-kedja).
- Uppsägning.
Transkription i biologi är en hel kaskad av steg-för-steg-reaktioner, som ett resultat av vilka RNA-molekyler syntetiseras på en DNA-matris. Dessutom bildas på detta sätt inte bara informationsribonukleinsyror, utan även transport, ribosomala, små nukleära och andra.
Som alla biokemiska processer beror transkription på många faktorer. Först och främst är dessa enzymer som skiljer sig mellan prokaryoter och eukaryoter. Dessa specialiserade proteiner hjälper till att initiera och utföra transkriptionsreaktioner exakt, vilket är viktigt för högkvalitativ proteinproduktion.
Transkription av prokaryoter
Eftersom transkription i biologi är syntesen av RNA på en DNA-mall, är huvudenzymet i denna process DNA-beroende RNA-polymeras. I bakterier finns det bara en typ av sådana polymeraser för alla molekyler
RNA-polymeras, enligt komplementaritetsprincipen, fullbordar RNA-kedjan med hjälp av DNA-mallsträngen. Detta enzym innehåller två β-subenheter, en α-subenhet och en σ-subenhet. De två första komponenterna utför funktionen att bilda enzymkroppen, och de återstående två är ansvariga för att kvarhålla enzymet på DNA-molekylen respektive känna igen promotordelen av deoxiribonukleinsyra.
Förresten, sigmafaktorn är ett av de tecken som en viss gen känns igen. Till exempel betyder den latinska bokstaven σ med nedsänkt N att detta RNA-polymeras känner igen gener som slås på när det råder brist på kväve i miljön.
Transkription i eukaryoter
Till skillnad från bakterier är transkription hos djur och växter något mer komplex. För det första innehåller varje cell inte en utan tre typer av olika RNA-polymeraser. Bland dem:
- RNA-polymeras I. Det är ansvarigt för transkriptionen av ribosomala RNA-gener (med undantag för 5S RNA-ribosomala subenheter).
- RNA-polymeras II. Dess uppgift är att syntetisera normal information (mall) ribonukleinsyror, som därefter deltar i översättningen.
- RNA-polymeras III. Funktionen av denna typ av polymeras är att syntetisera 5S-ribosomalt RNA.
För det andra, för promotorigenkänning i eukaryota celler är det inte tillräckligt att endast ha ett polymeras. Speciella peptider som kallas TF-proteiner deltar också i initieringen av transkription. Endast med deras hjälp kan RNA-polymeras landa på DNA och börja syntesen av en ribonukleinsyramolekyl.
Transkriptions betydelse
RNA-molekylen, som bildas på DNA-mallen, fäster sedan vid ribosomer, där information läses av den och protein syntetiseras. Processen för peptidbildning är mycket viktig för cellen, eftersom Utan dessa organiska föreningar är normal livsaktivitet omöjlig: de är i första hand grunden för de viktigaste enzymerna i alla biokemiska reaktioner.
Transkription inom biologi är också en källa till rRNA, som såväl som tRNA, som är involverade i överföringen av aminosyror under translation till dessa icke-membranstrukturer. SnRNA (små nukleära sådana) kan också syntetiseras, vars funktion är att splitsa alla RNA-molekyler.
Slutsats
Translation och transkription i biologi spelar en extremt viktig roll i syntesen av proteinmolekyler. Dessa processer är huvudkomponenten i den centrala dogmen inom molekylärbiologin, som säger att RNA syntetiseras på DNA-matrisen, och RNA är i sin tur grunden för början av bildandet av proteinmolekyler.
Utan transkription skulle det vara omöjligt att läsa informationen som är kodad i deoxiribonukleinsyratripletter. Detta bevisar återigen vikten av processen på biologisk nivå. Vilken cell som helst, vare sig den är prokaryot eller eukaryot, måste ständigt syntetisera nya och nya proteinmolekyler som för närvarande behövs för att upprätthålla liv. Därför är transkription i biologi huvudstadiet i arbetet med varje enskild cell i kroppen.
RNA-biosyntes – transkription – processen att läsa genetisk information från DNA, där nukleotidsekvensen av DNA kodas som en nukleotidsekvens av RNA. Används som energi och substrat - nukleosid-3-fosfat med ribos. Det är baserat komplementaritetsprincipen- en konservativ process - ett nytt enkelsträngat RNA syntetiseras under hela interfasen, börjar i vissa regioner - promotorer, slutar i terminatorer, och regionen mellan dem - en operon (transkripton) - innehåller en eller flera funktionellt relaterade gener, ibland som innehåller gener som inte kodar för proteiner. Transkriptionsskillnader: 1) individuella gener transkriberas. 2) ingen primer krävs. 3) ribos ingår i RNA, inte deoxiribos.
Transkriptionsstadier: 1) bindning av RNA-polymeras till DNA. 2) initiering – bildning av en RNA-kedja. 3) förlängning eller tillväxt av RNA-kedjan. 4) uppsägning.
Steg 1 – området till vilket RNA-polymeras binder kallas en promotor (40 nukleotidpar) – har en plats för igenkänning, fästning och initiering. RNA-polymeras, som känner igen promotorn, sitter på den och bildar ett slutet promotorkomplex, där DNA:t spiraliseras och komplexet lätt kan dissociera och omvandlas till ett öppet promotorkomplex - bindningarna är starka, kvävebasen vänder sig utåt.
Steg 2 – initiering RNA-syntes består av bildandet av flera länkar i RNA-kedjan; syntesen börjar på en DNA-sträng 3'-5' och fortsätter i 5'-3'-riktningen. Steget avslutas med separationen av b-subenheten.
Steg 3 – förlängning– RNA-kedjeförlängning – uppstår på grund av Core-rRNA-polymeras. DNA-strängen despiraleras i 18 par, och i 12 par är det en hybrid - en vanlig hybrid av DNA och RNA. RNA-polymeras rör sig längs DNA-kedjan och återställer sedan DNA-kedjan. I eukaryoter, när RNA når 30 nukleotider, bildas en skyddande lockstruktur i 5'-änden.
Steg 4 – uppsägning– förekommer på terminatorer. I kedjan finns en sektion rik på GC, och sedan från 4 till 8 på varandra följande A. Efter att ha passerat genom sektionen bildas en hårnål i RNA-produkten och enzymet går inte längre, syntesen stannar. En viktig roll spelas av proteintermineringsfaktorn - rho och tower. Medan syntesen pågick hämmade pyrofosfat rho-proteinet, eftersom enzymet stoppade (hårnålen) syntesen av fosforsyra stoppade. Rho-proteinet aktiveras och uppvisar nukleosidfosfatasaktivitet, vilket leder till frisättning av RNA, RNA-polymeras, som därefter kombineras med subenheten.
Bearbetning – RNA-mognad. Inkluderar: 1) bildning av ett lock i 5'-änden, involverat i fästet till ribosomen. 2) vid 3'-änden sker polyadenylering och en svans på hundra till tvåhundra adenylnukleotider bildas; den skyddar '-änden från verkan av nukleaser och hjälper till att passera genom nukleära porer och spelar en roll för att förena ribosomen . 3) skarvning - icke-kodande sekvenser - introner - skärs ut. Detta sker på två sätt: a) det utförs av spliceosomen - det är ett nukleoprotein som innehåller ett antal proteiner och litet nukleärt RNA. I början loopas introner ut och lämnar bara kodande sekvenser - exoner. Endonukleasenzymer skär och ligaser syr ihop de återstående exonerna. DEN DÄR. introner är borta. Alternativ splitsning - flera proteiner bildas från en RNA-nukleinsyrasekvens. Självskarvning är det oberoende avlägsnandet av introner. Skarvningsstörning: 1) systemisk lupus erythematosus. 2) fenylketonuri. 3) hemoglobinopati. Prokaryotisk budbärar-RNA bearbetas inte pga de har inga introner. tRNA-bearbetning. tRNA-prekursorn klyvs och 5'-3' Q P-nukleotiden avlägsnas. En CCA-sekvens med en OH-grupp läggs till 3'-änden och en fosforylerad purinbas läggs till 5'-änden. Duhydrouridinloop - ARSas. rRNA-bearbetning. rRNA-prekursorn, proribosomalt RNA 45S, syntetiseras i nukleolen och exponeras för ribonukleaser för att producera 5.8S 18S 28S. De är 70% spiraliserade. rRNA spelar en roll i bildandet av ribosomen och är involverat i katalytiska processer. Underenheten bildas av rRNA i kärnan. Den lilla underenheten är 30S, den stora underenheten är 50S och 70S-ribosomen bildas i prokaryoter, i eukaryoter 40S + 60S = 80S. Ribosombildning sker i cytoplasman.
Ribosomställen för RNA-bindning: 1) i små subenheter som har Shine-Dalgorn-sekvensen av mRNA 5'GGAGG3' 3'CCUTCC5'. Budbärar-RNA är fäst vid den lilla underenheten. I eukaryoter, CEP-bindningsstället för mRNA. tRNA-bindningsställe: a) P-ställe - peptidylcentrum för bindning av mRNA till den växande peptidkedjan - peptidyl-tRNA-bindning. b) A-ställe - för koppling av tRNA med en aminosyra - aminoacylställe 2) I den stora subenheten finns ett E-ställe med peptidyltransferasaktivitet.
Omvänd transkription karakteristiska för retrovirus eller virus som innehåller RNA - HIV-infektionsvirus, onkovirus.
På RNA-kedjan sker DNA-syntes under verkan av enzymet omvänt transkriptas eller revertas, eller DNA-RNA-polymeras. Genom att invadera värdcellen sker DNA-syntes, som integreras i värdens DNA och påbörjar transkription av dess RNA och syntes av dess egna proteiner.
Genetisk kod, dess egenskaper. Den genetiska koden är nukleotidsekvensen för rRNA-molekylen, som innehåller kodord för varje aminosyra. Den består av en viss sekvens av arrangemang av nukleotider i en DNA-molekyl.
Karakteristisk. 1) triplett genetisk kod – d.v.s. Varje a/k är krypterad med tre nukleotider. 2) den genetiska koden för a/k är degenererad eller överflödig - den stora majoriteten av a/k kodas av flera kodon. Totalt bildas 64 tripletter, varav 61 tripletter kodar för en specifik a/k, och tre tripletter - AUG, UAA, UGA - är nonsenskodon, eftersom de kodar inte någon av de 20 a/k och utför funktionen att avsluta syntes. 3) Den genetiska koden är kontinuerlig, det finns inga skiljetecken, d.v.s. signaler som indikerar slutet på en triplett och början på en annan. Koden är linjär, enkelriktad, kontinuerlig. Till exempel - ACGUTSGACC. 4) syntesaktiveringskodonet är AUG-tripletten. 5) Den genetiska koden är universell.
22. Sändning – proteinbiosyntes. Stadier av översättning: 1) initiering. 2) förlängning. 3) uppsägning. Initiering– aktivering av a/c sker.
Det initierande aatRNA kommer att interagera med 1 a/k av det framtida proteinet endast med en karboxylgrupp, och 1 a/k kan endast tillhandahålla en NH 2 -grupp för syntes, dvs. proteinsyntesen börjar vid N-terminalen.
Montering av initieringskomplexet på en liten subpartikel. Faktorer: 30S mRNA fomilmetionyl tRNA IF 123 Mg 2+ GTP – energikälla
Den lilla subenheten, laddad med initieringsfaktorer, hittar startkodonet AUG eller GUG på mRNA:t och läsramen etableras längs den, d.v.s. Startkodonet placeras i P-stället. Formmethionyl tRNA närmar sig det, vilket åtföljs av frisättning av faktor IF 3, sedan fäster den stora subenheten och IF 1 och IF2 frisätts, hydrolys av 1GTP sker och en ribosom bildas. Förlängning– ribosomens arbetscykel. Inkluderar tre steg: 1) bindning av aatRNA till A-stället pga P-platsen är upptagen - förlängningsfaktorer EF-TU, EF-TS och GTP behövs. 2) transpeptidering E-platsen överför aminosyran och en peptidbindning bildas. Förlängningsfaktorer i prokaryoter: EF-TU, EF-TS, EF-G. 3 )Translokation– först lämnar EF-G-deacylerat tRNA från P-stället ribosomen och rör sig 1 triplett mot 3'-änden; förflyttning av peptiden från A till P-stället - GTP och förlängningsfaktor - EF-G-translokas används, A - stället är återigen fritt och processen upprepas. Uppsägning– igenkänning av termineringskodon UAA, UGA, UAG med hjälp av frigörande faktorer RF 1 2 3. När det terminala kodonet går in i A-stället fästs inte tRNA till det utan en av termineringsfaktorerna fästs, vilket blockerar förlängning , som åtföljs av aktivering av esterasaktiviteten av peptidyltransferas sektion E. Hydrolys av esterbindningarna mellan peptiden och tRNA sker, ribosomen lämnar peptiden, tRNA:t och dissocierar till subenheter, som sedan kan användas.
Bildandet av strukturen sker samtidigt med hjälp av chaperoneproteiner - värmechockproteiner. Syntesen av en peptidbindning kräver 1ATP för aminoacylering av tRNA (aminosyraaddition), 1GTP för kopplingen av aatRNA med A-stället och 1GTP för translokation. Energiförbrukningen av cirka 4 högenergibindningar för syntesen av en peptidbindning.
23. Laktosoperon. Replikation regleras av koncentrationen av DNA-protein och guanosintetrafosfat. Huvudregleringen av genuttryck utförs på transkriptionsnivå (beroende på cellutvecklingsstadiet, alla faktorer, verkan av hormoner och andra reglerande komponenter). I olika vävnadsceller uttrycks endast 5 % av generna, 97 % är tysta - skräp-DNA - transkriptionsregulatorer är kronomerer och ett antal regulatoriska sekvenser. Om bindningen av ett regulatoriskt protein till DNA orsakar transkription, är detta positiv (+) reglering, om undertryckandet av transkription är negativ (-) reglering. Positiv reglering– genen stängs av, bindningen av ett regulatoriskt protein leder till början av syntesen och så småningom slås genen på. DEN DÄR. ett regulatoriskt protein kan vara en inducerare eller en aktivator . Negativ reglering– genen slås på, RNA-syntes sker, om en proteinreglerande faktor (hämmare eller repressor av proteinsyntes) är fäst stängs genen av. Många hormoner och andra faktorer påverkar bindningen av regulatorproteinet. E. Coli laktosoperon– negativ reglering. Huvudelementen i dess arbete: i en DNA-molekyl - en regulatorregion, en promotor, en pro-operon och tre strukturella gener: lag 1, lag 2, lag 3 och terminator. Lag 1 – utför syntesen av enzymet laktas eller beta-galaktosidas. Lag 2 är ett permiasenzym som är involverat i transporten av laktos över membranet. Lag 3 är ett transacylasenzym. Regulator - syntes av mRNA på ribosomen, leder till bildandet av ett repressorprotein, det fäster till operatören (eftersom det har affinitet), sitter på det, och eftersom regioner av promotorn och operonen överlappar - RNA-polymeras kan inte binda till promotorn och transkriptionen stängs av. Glukos och galaktos ger likhet mellan repressorn och operatören. Om det inte finns någon likhet interagerar laktos med repressorn, ändrar dess transformation, och den sitter inte på operonet, eftersom förlorar likheten med honom. RNA-polymeras landar på promotorn och transkriptionen av budbärar-RNA börjar. Laktos är en inducerare, och processen är induktion - en form av negativ reglering, så kallad för att transkriptionen stannar på grund av att en repressor fästs och dess klyvning leder till början av syntesen. Positiv reglering – TATA-faktor– har likheter med TATA-boxdelen. TATA-faktorn landar på TATA-boxen - en signal för RNA-polymeras att känna igen sin promotor, sätter sig på den och påbörjar transkription av närliggande gener. Hos prokaryoter dominerar negativ reglering, för eukaryoter är detta inte fördelaktigt. Enhancerregioner (transkriptionsförstärkare) + regulatoriskt protein leder till ökad transkription. Sensorer + regulatorprotein à stänger av transkription och ändrar strukturen på kromosomerna.
