TRANSKRIPSI DNA: PROSES DALAM EUKARIOTA DAN PROKARIOTA - BIOLOGI - 2025

The transkripsi DNA adalah proses di mana maklumat yang terkandung dalam asid deoksiribonukleik disalin sebagai molekul yang sama, RNA, sama ada sebagai langkah untuk sintesis protein atau untuk pembentukan molekul RNA yang terlibat dalam pelbagai proses selular sangat penting (peraturan ekspresi gen, isyarat, dll.).

Walaupun tidak betul bahawa semua gen kod organisma untuk protein, benar bahawa semua protein sel, sama ada eukariotik atau prokariotik, dikodkan oleh satu atau lebih gen, di mana setiap asid amino diwakili oleh set tiga asas DNA (kodon).

Pemprosesan gen eukariotik (Sumber: Leonid 2 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) melalui Wikimedia Commons)

Sintesis rantai polipeptida yang tergolong dalam protein selular berlaku kerana dua proses asas: transkripsi dan terjemahan; keduanya sangat diatur, kerana mereka adalah dua proses yang sangat penting untuk fungsi organisma hidup apa pun.

Apa itu transkripsi DNA?

Transkripsi melibatkan pembentukan "templat" untuk molekul RNA yang dikenali sebagai "messenger RNA" (mRNA) dari urutan "standard" yang dikodkan di kawasan DNA yang sesuai dengan gen yang akan ditranskrip.

Proses ini dilakukan oleh enzim yang disebut RNA polymerase, yang mengenali tempat-tempat khas dalam urutan DNA, mengikatnya, membuka helai DNA dan mensintesis molekul RNA menggunakan salah satu helai DNA pelengkap ini sebagai templat atau corak, walaupun menghadapi urutan berhenti khas yang lain.

Sebaliknya, terjemahan adalah proses di mana sintesis protein berlaku. Ini terdiri dari "pembacaan" maklumat yang terkandung dalam mRNA yang ditranskripsikan dari gen, "terjemahan" kodon DNA menjadi asid amino dan pembentukan rantai polipeptida.

Terjemahan urutan nukleotida mRNA dilakukan oleh enzim yang dikenali sebagai synthetases aminoacyl-tRNA, berkat penyertaan molekul RNA lain yang dikenali sebagai "transfer RNA" (tRNA), yang merupakan antikodon dari kodon yang terdapat dalam MRNA, yang merupakan salinan setia urutan DNA gen.

Transkripsi dalam eukariota (proses)

Semasa transkripsi dalam eukariota, DNA digunakan sebagai templat untuk membuat helai RNA utusan dengan bantuan enzim RNA polimerase.

Dalam sel eukariotik, proses transkripsi terjadi di dalam nukleus, yang merupakan organel intraselular utama di mana DNA terkandung dalam bentuk kromosom. Ia bermula dengan "salinan" wilayah pengekodan gen yang ditranskripsikan menjadi molekul jalur tunggal yang dikenali sebagai messenger RNA (mRNA).

Oleh kerana DNA terkurung dalam organel tersebut, molekul mRNA berfungsi sebagai perantara atau pengangkut dalam penghantaran mesej genetik dari nukleus ke sitosol, di mana terjemahan RNA berlaku dan keseluruhan mesin biosintetik untuk sintesis protein ( ribosom).

- Seperti apa gen eukariotik?

Gen terdiri daripada urutan DNA yang ciri-cirinya menentukan fungsinya, kerana urutan nukleotida dalam urutan tersebut adalah yang menentukan transkripsi dan terjemahannya berikutnya (dalam kes yang mengkod protein).

Apabila gen ditranskrip, iaitu ketika informasinya disalin dalam bentuk RNA, hasilnya dapat menjadi RNA non-pengekodan (cRNA), yang memiliki fungsi langsung dalam pengaturan ekspresi gen, dalam isyarat sel, dll. atau itu boleh menjadi utusan RNA (mRNA), yang kemudian akan diterjemahkan ke dalam urutan asid amino dalam peptida.

Perwakilan struktur gen eukariotik (Sumber: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) melalui Wikimedia Commons)

Sama ada gen mempunyai produk yang berfungsi dalam bentuk RNA atau protein bergantung pada unsur atau kawasan tertentu yang terdapat dalam urutannya.

Gen, eukariotik atau prokariotik, mempunyai dua helai DNA, satu dikenali sebagai helai "akal" dan satu lagi "antisense". Enzim yang bertanggungjawab untuk transkripsi urutan ini "membaca" hanya satu daripada dua helai, biasanya helai "akal" atau "pengekodan", yang mempunyai "arah" 5'-3 '.

Setiap gen mempunyai urutan peraturan di hujungnya:

- jika urutan sebelum wilayah pengekodan (yang akan ditranskrip) mereka dikenali sebagai "promoter"

- jika dipisahkan oleh banyak kilobase, mereka dapat "membungkam" atau "meningkatkan"

- urutan yang paling dekat dengan rantau gen 3 'biasanya adalah urutan penamat, yang memberitahu polimerase bahawa ia mesti menghentikan dan mengakhiri transkripsi (atau replikasi, mengikut kesesuaiannya)

Kawasan penganjur dibahagikan kepada distal dan proksimal, sesuai dengan jaraknya dengan wilayah pengekodan. Ia berada di hujung 5 'gen dan merupakan laman yang dikenali oleh enzim polimerase RNA dan protein lain untuk memulakan transkripsi dari DNA ke RNA.

Di bahagian proksimal wilayah promosi, faktor transkripsi dapat mengikat, yang memiliki kemampuan untuk mengubah perkaitan enzim dengan urutan yang akan ditranskripsikan, sehingga mereka bertanggung jawab untuk mengatur transkripsi gen secara positif atau negatif.

Kawasan penambah dan membungkam juga bertanggung jawab untuk mengatur transkripsi gen dengan mengubah "aktiviti" kawasan promosi dengan mengikatnya dengan elemen pengaktif atau penekan "hulu" dari urutan pengekodan gen.

Dikatakan bahawa gen eukariotik selalu "dimatikan" atau "ditekan" secara lalai, jadi mereka memerlukan pengaktifan oleh unsur-unsur penganjur agar dapat dinyatakan (ditranskrip).

- Siapa yang bertanggungjawab dalam transkripsi?

Apa pun organisma, transkripsi dilakukan oleh sekumpulan enzim yang disebut RNA polimerase, yang mirip dengan enzim yang bertugas mereplikasi DNA ketika sel hendak membahagi, mengkhususkan diri dalam sintesis rantai RNA dari salah satu helai DNA gen yang ditranskripsikan.

RNA polimerase adalah kompleks enzim besar yang terdiri daripada banyak subunit. Terdapat pelbagai jenis:

- RNA polimerase I (Pol I): yang mentranskripsikan gen yang menyandikan subunit ribosom "besar".

- RNA polimerase II (Pol II): yang mentranskripsikan gen yang mengekod protein dan menghasilkan RNA mikro.

- RNA polimerase III (Pol III): yang menghasilkan pemindahan RNA yang digunakan semasa terjemahan dan juga RNA yang sesuai dengan subunit kecil dari ribosom.

- RNA polimerase IV dan V (Pol IV dan Pol V): ini khas tanaman dan bertanggungjawab untuk transkripsi RNA kecil yang mengganggu.

- Apa prosesnya?

Transkripsi gen eukariotik (Sumber: Erinp.5000 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) melalui Wikimedia Commons)

Transkripsi genetik adalah proses yang dapat dikaji terbagi dalam tiga fasa: permulaan, pemanjangan, dan penamatan.

Permulaan

Semasa memulakan wilayah promoter, wilayah promotor gen berfungsi sebagai laman pengenalan polimerase RNA. Di sinilah sebahagian besar ekspresi genetik dikawal

RNA polimerase (katakanlah RNA polimerase II) mengikat pada urutan kawasan promoter, yang terdiri daripada peregangan pasangan asas 6-10 pada hujung gen 5 ', biasanya sekitar 35 pasang asas dari laman web permulaan transkripsi.

Penyatuan polimerase RNA membawa kepada "pembukaan" heliks berganda DNA, memisahkan helai pelengkap. Sintesis RNA bermula di laman web yang dikenali sebagai "laman permulaan" dan berlaku dalam arah 5'-3 ', iaitu "hilir" atau dari kiri ke kanan (secara konvensional).

Permulaan transkripsi yang dimediasi oleh RNA polimerase bergantung pada kehadiran bersamaan faktor transkripsi protein yang dikenali sebagai faktor transkripsi umum, yang menyumbang kepada "lokasi" enzim di wilayah promoter.

Setelah enzim mula berpolimerisasi, ia "diturunkan" dari kedua-dua urutan promoter dan faktor transkripsi umum.

Pemanjangan

Semasa pemanjangan, polimerase RNA meluncur ke bawah rantai yang berfungsi sebagai templat

Ia berlaku ketika RNA polimerase "bergerak" di sepanjang urutan DNA dan menambahkan ribonukleotida yang melengkapi helai DNA yang berfungsi sebagai "templat" kepada RNA yang sedang berkembang. Apabila RNA polimerase "melewati" helai DNA, ia bergabung kembali dengan helai antisensenya.

Pempolimeran yang dilakukan oleh RNA polimerase terdiri daripada serangan nukleofilik oksigen dalam kedudukan 3 'rantai RNA yang berkembang ke fosfat "alpha" dari prekursor nukleotida seterusnya yang akan ditambahkan, dengan pembentukan ikatan fosfodiester dan pembebasan molekul pirofosfat (PPi).

Kumpulan yang terdiri daripada helai DNA, polimerase RNA dan helai RNA yang baru lahir dikenali sebagai gelembung transkripsi atau kompleks.

Penamatan

Apabila polimerase RNA mencapai kawasan terminal gen, RNA utusan transkrip selesai. Kemudian polimerase RNA, helai DNA, dan RNA utusan transkripsi berpisah

Penamatan berlaku apabila polimerase mencapai urutan penamatan, yang secara logiknya terletak "hilir" dari lokasi permulaan transkripsi. Apabila ini berlaku, kedua-dua enzim dan RNA yang disintesis menjadi "terlepas" dari urutan DNA yang ditranskrip.

Kawasan penamatan biasanya terdiri daripada urutan DNA yang mampu "melipat" pada dirinya sendiri, membentuk struktur jenis "gelung jepit rambut".

Setelah penamatan, helai RNA yang disintesis dikenali sebagai transkrip utama, yang dilepaskan dari kompleks transkripsi, setelah itu mungkin atau mungkin tidak diproses pasca transkripsi (sebelum terjemahannya menjadi protein, jika berlaku) melalui proses yang disebut "pemotongan dan penyambungan".

Transkripsi dalam prokariota (proses)

Oleh kerana sel prokariotik tidak mempunyai nukleus tertutup membran, transkripsi berlaku di sitosol, khususnya di wilayah "nuklear", di mana DNA kromosom pekat (bakteria mempunyai kromosom bulat).

Dengan cara ini, peningkatan kepekatan sitosolik protein yang diberikan jauh lebih cepat pada prokariota daripada pada eukariota, kerana proses transkripsi dan terjemahan berlaku di petak yang sama.

- Seperti apa gen prokariotik?

Organisme prokariotik mempunyai gen yang sangat mirip dengan eukariota: yang pertama juga menggunakan wilayah penggalak dan peraturan untuk transkripsinya, walaupun perbezaan penting berkaitan dengan fakta bahawa wilayah penganjur sering mencukupi untuk mencapai ungkapan "kuat" dari gen.

Dalam pengertian ini, penting untuk disebutkan bahawa, secara umum, gen prokariotik selalu "aktif" secara lalai.

Kawasan penganjur dikaitkan dengan wilayah lain, biasanya "hulu", yang diatur oleh molekul penindas dan dikenal sebagai "wilayah pengendali."

Perwakilan struktur gen prokariotik (Sumber: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) melalui Wikimedia Commons)

Perbezaan transkripsi antara prokariota dan eukariota adalah bahawa biasanya RNA utusan eukariota adalah monokistronik, iaitu masing-masing mengandungi maklumat untuk mensintesis protein tunggal, sementara di prokariota ini boleh menjadi monokistronik atau polikistronik, di mana hanya satu MRNA boleh mengandungi maklumat untuk dua atau lebih protein.

Oleh itu, sudah diketahui bahawa gen prokariotik yang mengekod protein dengan fungsi metabolik yang serupa, misalnya, terdapat dalam kumpulan yang dikenali sebagai operon, yang secara serentak ditranskripsikan ke dalam bentuk molekul tunggal RNA utusan.

Gen prokariotik dikemas dengan padat, tanpa banyak kawasan bukan pengekodan di antara mereka, jadi setelah ditranskripsikan ke dalam molekul RNA pemesejan linear, mereka dapat diterjemahkan ke dalam protein dengan segera (mRNA eukariotik sering memerlukan pemprosesan lebih lanjut).

- Bagaimana polimerase RNA prokariotik?

Organisma prokariotik seperti bakteria, misalnya, menggunakan enzim polimerase RNA yang sama untuk mentranskripsikan semua gen mereka, iaitu, yang mengkod untuk subunit ribosom dan yang mengkod protein protein selular yang berbeza.

Dalam bakteria E. coli, polimerase RNA terdiri daripada 5 subunit polipeptida, dua daripadanya sama. Subunit α, α, β, β 'merangkumi bahagian tengah enzim dan berkumpul dan membongkar selama setiap peristiwa transkripsi.

Subunit α adalah yang membolehkan penyatuan antara DNA dan enzim; subunit β mengikat ribonukleotida trifosfat yang akan dipolimerisasi mengikut templat DNA dalam molekul mRNA yang baru lahir dan subunit β 'mengikat pada helai DNA templat tersebut.

Subunit kelima, dikenal sebagai σ mengambil bahagian dalam permulaan transkripsi dan merupakan subunit yang memberikan kekhususan pada polimerase.

- Apa prosesnya?

Transkripsi di prokariota sangat mirip dengan eukariota (ia juga dibahagikan kepada permulaan, pemanjangan, dan penamatan), dengan beberapa perbezaan dalam identiti kawasan penganjur dan faktor transkripsi yang diperlukan untuk polimerase RNA menjalankan fungsi mereka.

Walaupun wilayah promosi boleh berbeza antara spesies prokariotik yang berbeza, terdapat dua urutan "konsensus" yang terpelihara yang dapat dengan mudah dikenali di wilayah -10 (TATAAT) dan di wilayah -35 (TTGACA) di hulu urutan pengekodan.

Permulaan

Ia bergantung pada subunit R polimerase RNA, kerana ia memediasi interaksi antara DNA dan enzim, sehingga mampu mengenali urutan promoter. Permulaan berakhir apabila beberapa transkrip abortifacient sekitar 10 nukleotida dihasilkan yang dilepaskan.

Pemanjangan

Apabila subunit σ terlepas dari enzim, fasa pemanjangan bermula, yang terdiri daripada sintesis molekul mRNA dalam arah 5'-3 '(kira-kira 40 nukleotida per saat).

Penamatan

Penamatan di prokariota bergantung pada dua jenis isyarat yang berbeza, ia boleh bergantung pada Rho dan tidak bergantung pada Rho.

Protein yang bergantung pada Rho dikendalikan oleh protein ini yang "mengikuti" polimerase kerana ia maju dalam sintesis RNA sehingga yang terakhir mencapai urutan yang kaya dengan guanin (G), melambatkan dan bersentuhan dengan protein Rho. memisahkan diri dari DNA dan mRNA.

Penamatan bebas Rho dikendalikan oleh urutan gen tertentu, biasanya kaya dengan ulangan guanin-sitosin (GC).

Rujukan

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2007). Biologi molekul sel. Ilmu Garland. New York, 1392.
2. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). Pengenalan kepada analisis genetik. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). Biologi sel molekul. Macmillan.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Prinsip biokimia Lehninger. Macmillan.
5. Rosenberg, LE, & Rosenberg, DD (2012). Gen dan Genom Manusia: Sains. Kesihatan, Masyarakat, 317-338.
6. Shafee, T., & Lowe, R. (2017). Struktur gen eukariotik dan prokariotik. Wiki Journal of Medicine, 4 (1), 2.
7. McGraw-Hill Animations, youtube.com. Transkripsi dan terjemahan DNA.