Съдържание
- Преглед на нуклеиновите киселини
- ДНК транскрипция срещу превод
- Стъпките на транскрипцията
- Прокариоти срещу Еукариоти
Независимо дали сте новодошъл в биологията или дългогодишен любител, шансовете са отлични, че по подразбиране вие разглеждате дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК) като може би единствената най-необходима концепция в цялата наука за живота. Като минимум, вероятно сте наясно, че ДНК е това, което ви прави уникални сред милиардите хора на планетата, което му дава роля в света на наказателното правосъдие, както и централен етап в лекциите по молекулярна биология. Почти сигурно сте научили, че ДНК е отговорна за това, че ви дава всички качества, които сте наследили от родителите си, и че вашата собствена ДНК е вашето пряко наследство за бъдещите поколения, ако имате деца.
Това, за което може да не знаете много, е пътят, който свързва ДНК във вашите клетки с физическите черти, които проявявате, както явни, така и скрити, и поредицата от стъпки по този път. Молекулярните биолози създават концепцията за „централна догма“ в своята област, която може да бъде обобщена просто като „ДНК на РНК на протеин“. Първата част от този процес - генериране на РНК или рибонуклеинова киселина от ДНК - е известна като транскрипция, а тази добре проучена и координирана поредица от биохимична гимнастика е толкова елегантна, колкото и научно задълбочена.
Преглед на нуклеиновите киселини
ДНК и РНК са нуклеинови киселини. И двете са основни за целия живот; тези макромолекули са много тясно свързани, но техните функции, макар и изящно преплетени, са силно разминаващи се и специализирани.
ДНК е полимер, което означава, че се състои от голям брой повтарящи се субединици. Тези субединици не са точно идентични, но са идентични по форма. Помислете за дълъг низ от мъниста, състоящ се от кубчета, които се предлагат в четири цвята и варират толкова малко по размер и вие придобивате основно усещане за подреждането на ДНК и РНК.
Мономерите (субединици) на нуклеиновите киселини са известни като нуклеотиди, Самите нуклеотиди се състоят от триади от три отделни молекули: фосфатна група (или групи), пет въглеродна захар и основа, богата на азот ("основа" не в смисъл на "основа", но означава "акцептор на водород-йони" ). Нуклеотидите, които съставят нуклеинови киселини, имат една фосфатна група, но някои имат два или дори три фосфата, прикрепени подред. Молекулите аденозин дифосфат (ADP) и аденозин трифосфат (ATP) са нуклеотиди с изключително значение в клетъчния енергиен метаболизъм.
ДНК и РНК се различават по няколко важни начина. Една, докато всяка от тези молекули включва четири различни азотни основи, ДНК включва аденин (А), цитозин (С), гуанин (G) и тимин (Т), докато РНК включва първите три от тях, но замества урацил (U) за T. Второ, захарта в ДНК е дезоксирибоза, докато тази в РНК е рибоза. И три, ДНК е двуверижна в най-енергийно стабилната си форма, докато РНК е едноверижна. Тези различия са от съществено значение както при транскрипцията, така и при функцията на тези нуклеинови киселини като цяло.
Основите A и G се наричат пурини, докато C, T и U са класифицирани като пиримидини. Критично, А химически се свързва с и само към Т (ако ДНК) или U (ако РНК); С се свързва към и само за G. Двете нишки на молекулата на ДНК са взаимнодопълващи се, което означава, че основите във всяка верига съвпадат във всяка точка с уникалната база "партньор" в противоположната верига. По този начин AACTGCGTATG е допълващ TTGACGCATAC (или UUGACGCAUAC).
ДНК транскрипция срещу превод
Преди да се задълбочим в механиката на транскрипцията на ДНК, си струва да отделите малко време, за да прегледате терминологията, свързана с ДНК и РНК, защото с толкова много подобни звучащи думи в сместа може да бъде лесно да ги объркате.
копиране е актът да се направи идентично копие на нещо. Когато направите фотокопие на писмен документ (стара школа) или използвате функцията копиране и поставяне на компютър (ново училище), репликирате съдържанието и в двата случая.
ДНК претърпява репликация, но РНК, доколкото съвременната наука може да установи, не го прави; тя възниква само от транскрипция _._ От латински корен, който означава "писане отвъд", транскрипцията е кодирането на конкретен в копие на оригинален източник. Може би сте чували за медицински транскриптори, чиято задача е да напишете в писмена форма медицинските бележки, направени като аудио запис. В идеалния случай думите и по този начин ще бъдат абсолютно същите, въпреки промяната в средата. В клетките транскрипцията включва копиране на генетична ДНК, написана на езика на азотните базови последователности, в РНК форма - специално месинджър РНК (мРНК). Този синтез на РНК се осъществява в ядрото на еукариотните клетки, след което тРНК напуска ядрото и се насочва към структура, наречена рибозома, която да претърпи превод.
Докато транскрипцията е простото физическо кодиране на a в различна среда, преводът в биологичен план е превръщането на това в целенасочено действие. Дължина на ДНК или единична ДНК, наречена a ген, в крайна сметка води до производството на клетки уникален протеинов продукт. ДНК изпраща това под формата на иРНК, която след това пренася рибозомата, за да бъде превърната в производството на протеин. При това мРНК е като синьо или набор от инструкции за сглобяване на мебел.
Това, надяваме се, разчиства всички мистерии, които имате за това какво правят нуклеиновите киселини. Но какво да кажем за транскрипцията в частност?
Стъпките на транскрипцията
ДНК, по-скоро известен, е вплетен в двустранна спирала. Но в тази форма физически би било трудно да се изгради нещо от него. Следователно в започване фаза (или стъпка) на транскрипция, ДНК молекулата се размотава от ензими, наречени хеликази. Само един от двата получени нишки на ДНК се използва за синтез на РНК наведнъж. Това направление е посочено като некодираща нишка, защото благодарение на правилата за сдвояване на ДНК и РНК базата, другата верига ДНК има същата последователност от азотни бази като иРНК, която трябва да бъде синтезирана, като по този начин прави тази верига кодиране нишка. Въз основа на точките, направени по-рано, можете да заключите, че нишка от ДНК и иРНК, която е отговорна за производството, се допълват.
С направата, която вече е готова за действие, част от ДНК, наречена промоторна последователност, показва къде трябва да започне транскрипцията по протежение на веригата. Ензимната РНК полимераза пристига на това място и става част от промоторния комплекс. Всичко това е за да се гарантира, че синтеза на мРНК започва точно там, където се предполага, на молекулата на ДНК, и това генерира нишка на РНК, която държи желаната кодирана.
На следващо място, в удължаване фаза, РНК полимеразата "чете" веригата на ДНК, започвайки от промоторната последователност и се движи по ДНК веригата, подобно на учител, който върви по ред студенти и разпределя тестове, добавяйки нуклеотиди към растящия край на новообразуващата се РНК молекула.
Връзките, създадени между фосфатните групи на един нуклеотид и рибозната или дезоксирибозната група на следващия нуклеотид, се наричат фосфодиестерни връзки, Обърнете внимание, че молекулата на ДНК има това, което се нарича 3 ("три-първи") край в единия край и 5 ("пет-първичен") край в другия, като тези числа идват от позициите на крайния въглероден атом в края съответната терминална рибоза „звъни“. Тъй като самата молекула на РНК расте в 3 посока, тя се движи по веригата на ДНК в 5 посока. Трябва да разгледате диаграма, за да се уверите, че напълно разбирате механиката на синтеза на мРНК.
Добавянето на нуклеотиди - по-специално нуклеозид трифосфати (ATP, CTP, GTP и UTP; ATP е аденозин трифосфат, CTP е цитидин трифосфат и така нататък) - към удължаващата се иРНК верига изисква енергия. Това, подобно на толкова много биологични процеси, се осигурява от фосфатните връзки в самите нуклеозидни трифосфати. Когато високоенергийната фосфатно-фосфатна връзка се прекъсне, полученият нуклеотид (AMP, CMP, GMP и UMP; в тези нуклеотиди, "МР" означава "монофосфат") се добавя към иРНК и двойка неорганични фосфатни молекули , обикновено пише PPаз, отпадам.
Тъй като транскрипцията се случва, тя прави това, както е посочено, заедно с една верига ДНК. Имайте предвид обаче, че цялата молекула на ДНК не се разгръща и не се разделя на допълващи се вериги; това се случва само в непосредствена близост до транскрипцията. В резултат на това можете да визуализирате "транскрипционен балон", движещ се по протежение на молекулата на ДНК. Това е като обект, който се движи по цип, който се разкопчава точно пред обекта от един механизъм, докато различен механизъм отново затваря ципа в будите.
И накрая, когато иРНК е достигнала необходимата дължина и форма, то прекратяване на договора фаза започва. Подобно на инициацията, тази фаза е активирана от специфични ДНК последователности, които функционират като стоп знаци за РНК полимераза.
При бактериите това може да се случи по два общи начина. В едно от тях, терминационната последователност се транскрибира, генерира дължина на иРНК, която се сгъва обратно върху себе си и по този начин се "свързва", докато РНК полимеразата продължава да върши своята работа. Тези сгънати участъци от иРНК често се наричат кичури за коса и те включват комплементарно сдвояване на основата в едноверижната, но изкривена иРНК молекула. Надолу от тази секция за фиби е продължителен участък от U бази или остатъци. Тези събития принуждават РНК полимеразата да спре добавянето на нуклеотиди и да се отдели от ДНК, завършвайки транскрипцията. Това се обозначава като rho-независимо прекратяване, тъй като не разчита на протеин, известен като rho фактор.
При rho-зависимо прекратяване ситуацията е по-проста и не са нужни никакви сегменти от mRNA на фиби или U остатъци. Вместо това, rho-факторът се свързва с необходимото място върху тРНК и физически издърпва мРНК далеч от РНК-полимеразата. Дали ще се случи rho-независимо или rho-зависимо прекратяване зависи от точната версия на РНК полимераза, която действа върху ДНК и иРНК (съществуват различни подтипове), както и от протеините и други фактори в непосредствената клетъчна среда.
И двете каскади от събития в крайна сметка водят до освобождаване на тРНК от ДНК при мехурчето за транскрипция.
Прокариоти срещу Еукариоти
Съществуват множество различия между транскрипцията в прокариоти (почти всички от тях са бактерии) и еукариоти (многоклетъчни организми като животни, растения и гъби). Например, инициирането в прокариоти обикновено включва разположение на ДНК база, известна като кутия Pribnow, с базова последователност TATAAT, разположена приблизително на 10 базови двойки далеч от мястото, където се извършва самото иницииране на транскрипция. Еукариотите обаче имат подобрителни последователности, разположени на значително разстояние от мястото на иницииране, както и активаторни протеини, които помагат да деформират молекулата на ДНК по начин, който я прави по-достъпна за РНК полимераза.
В допълнение, удължаването се случва около два пъти по-бързо при бактерии (около 42 до 54 базови двойки в минута, граничещи с една в секунда), както при еукариотите (около 22 до 25 базови двойки в минута). И накрая, докато бактериалните механизми на прекратяване са описани по-горе, при еукариотите, тази фаза включва специфични фактори на прекратяване, както и верига от РНК, наречена поли-А (както в много аденинови бази в един ред) "опашка". Все още не е ясно дали спирането на удължаването задейства разцепването на иРНК от мехурчето или самото разцепване рязко завършва процеса на удължаване.