DNA TRANSKRIPSIYONU: ÖKARYOTLARDA VE PROKARYOTLARDA SÜREÇ - BIYOLOJI - 2025

DNA transkripsiyonu ya da protein sentezi için bir adım olarak veya yer RNA moleküllerinin oluşturulması için, deoksiribonükleik asit içinde ihtiva edilen bilgiler benzer bir molekül, RNA olarak kopyalandığı süreçtir çok önemli çoklu hücresel süreçler (gen ifadesinin düzenlenmesi, sinyal verme, vb.).

Bir organizmanın tüm genlerinin proteinleri kodladığı doğru olmasa da, bir hücrenin tüm proteinlerinin, ister ökaryotik ister prokaryotik olsun, bir veya daha fazla gen tarafından kodlandığı ve her bir amino asidin bir üç DNA bazından oluşan set (kodon).

Ökaryotik genlerin işlenmesi (Kaynak: Leonid 2 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0), Wikimedia Commons aracılığıyla)

Herhangi bir hücresel proteine ​​ait olan polipeptit zincirinin sentezi iki temel süreç sayesinde gerçekleşir: transkripsiyon ve çeviri; Her ikisi de, herhangi bir canlı organizmanın işleyişi için büyük öneme sahip iki süreç olduğundan, oldukça düzenlenmiştir.

DNA transkripsiyonu nedir?

Transkripsiyon, kopyalanacak gene karşılık gelen DNA bölgesinde kodlanmış "standart" diziden "haberci RNA" (mRNA) olarak bilinen bir RNA molekülü için bir "şablon" oluşturulmasını içerir.

Bu işlem, DNA dizisindeki özel yerleri tanıyan, bunlara bağlanan, DNA zincirini açan ve bu tamamlayıcı DNA zincirlerinden birini şablon olarak kullanarak bir RNA molekülünü sentezleyen RNA polimeraz adı verilen bir enzim tarafından gerçekleştirilir. başka bir özel durdurma dizisiyle karşılaştığında bile.

Çeviri ise, protein sentezinin gerçekleştiği süreçtir. Bir genden kopyalanmış mRNA'da bulunan bilgilerin "okunması", DNA kodonlarının amino asitlere "çevrilmesi" ve bir polipeptit zincirinin oluşumundan oluşur.

MRNA'nın nükleotid dizilerinin çevirisi, içinde bulunan kodonların antikodonları olan "transfer RNA" (tRNA) olarak bilinen diğer RNA moleküllerinin katılımı sayesinde aminoasil-tRNA sentetazlar olarak bilinen enzimler tarafından gerçekleştirilir. Bir genin DNA dizisinin sadık bir kopyası olan MRNA.

Ökaryotlarda transkripsiyon (süreç)

Ökaryotlarda transkripsiyon sırasında DNA, enzim RNA polimerazın yardımıyla bir haberci RNA zinciri oluşturmak için bir şablon olarak kullanılır.

Ökaryotik hücrelerde transkripsiyon süreci, DNA'nın kromozomlar biçiminde bulunduğu ana hücre içi organel olan çekirdek içinde gerçekleşir. Mesajcı RNA (mRNA) olarak bilinen tek bantlı bir moleküle kopyalanan genin kodlama bölgesinin "kopyası" ile başlar.

DNA söz konusu organelde sınırlı olduğu için, mRNA molekülleri, genetik mesajın çekirdekten sitozole iletilmesinde aracılar veya taşıyıcılar olarak işlev görür, burada RNA tercümesi gerçekleşir ve protein sentezi için tüm biyosentetik mekanizma ( ribozomlar).

- Ökaryotik genler nasıldır?

Bir gen, özellikleri işlevini belirleyen bir DNA dizisinden oluşur, çünkü söz konusu sekanstaki nükleotidlerin sırası, onun transkripsiyonunu ve sonraki translasyonunu belirleyen şeydir (proteinleri kodlayanlar durumunda).

Bir gen kopyalandığında, yani bilgileri RNA biçiminde kopyalandığında, sonuç, gen ekspresyonunun düzenlenmesinde, hücre sinyallemesinde vb. Doğrudan işlevlere sahip kodlamayan bir RNA (cRNA) olabilir. veya bir haberci RNA (mRNA) olabilir ve bu daha sonra bir peptidde bir amino asit dizisine çevrilir.

Ökaryotik bir genin yapısının temsili (Kaynak: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0), Wikimedia Commons aracılığıyla)

Bir genin RNA veya protein şeklinde fonksiyonel bir ürüne sahip olup olmadığı, dizisinde bulunan belirli elementlere veya bölgelere bağlıdır.

Ökaryotik veya prokaryotik genler, biri "duyu", diğeri "antisens" olarak bilinen iki DNA şeridine sahiptir. Bu dizilerin transkripsiyonundan sorumlu enzimler, iki sarmaldan yalnızca birini, tipik olarak "yön" 5'-3 'olan "duyu" veya "kodlama" sarmalı "okur".

Her genin uçlarında düzenleyici diziler vardır:

- diziler kodlama bölgesinden (transkripsiyon yapılacak bölge) önceyse, bunlar "hızlandırıcılar" olarak bilinirler

- birçok kilobaz ile ayrılırlarsa, "susturucu" veya "güçlendirici" olabilirler

- genlerin 3 'bölgesine en yakın olan diziler, genellikle polimeraza transkripsiyonu (veya duruma göre replikasyonu) durdurması ve bitirmesi gerektiğini söyleyen sonlandırıcı dizilerdir.

Destekleyici bölge, kodlama bölgesine yakınlığına göre uzak ve yakın olmak üzere ikiye ayrılır. Bu, genin 5 'ucundadır ve RNA polimeraz enziminin ve diğer proteinlerin DNA'dan RNA'ya transkripsiyonu başlatmak için tanıdığı yerdir.

Destekleyici bölgenin yakın kısmında, enzimin afinitesini kopyalanacak diziye modifiye etme kabiliyetine sahip olan transkripsiyon faktörleri bağlanabilir, böylece genlerin transkripsiyonunu pozitif veya negatif olarak düzenlemekten sorumludurlar.

Güçlendirici ve susturucu bölgeler aynı zamanda, genin kodlama dizisinin "akış yukarısındaki" aktivatör veya baskılayıcı elemanlarla bağlanarak, hızlandırıcı bölgelerin "aktivitesini" değiştirerek gen transkripsiyonunu düzenlemekten sorumludur.

Ökaryotik genlerin her zaman varsayılan olarak "kapatıldığı" veya "bastırıldığı" söylenir, bu nedenle eksprese edilmeleri (kopyalanmaları) için destekleyici elemanlar tarafından etkinleştirilmelerine ihtiyaç duyarlar.

- Transkripsiyondan kim sorumlu?

Organizma ne olursa olsun, transkripsiyon, bir hücre bölünmek üzereyken DNA replikasyonundan sorumlu enzimlere benzer şekilde, bir RNA zincirinin sentezinde uzmanlaşan RNA polimeraz adı verilen bir enzim grubu tarafından gerçekleştirilir. transkribe edilen genin DNA zincirlerinden birinden.

RNA polimerazlar, birçok alt birimden oluşan büyük enzim kompleksleridir. Farklı türler vardır:

- RNA polimeraz I (Pol I): "büyük" ribozomal alt birimi kodlayan genleri kopyalayan.

- RNA polimeraz II (Pol II): proteinleri kodlayan genleri kopyalayan ve mikro RNA'lar üreten.

- RNA polimeraz III (Pol III): çeviri sırasında kullanılan transfer RNA'larını ve ayrıca ribozomun küçük alt birimine karşılık gelen RNA'yı üreten.

- RNA polimeraz IV ve V (Pol IV ve Pol V): bunlar bitkiler için tipiktir ve küçük karışan RNA'ların transkripsiyonundan sorumludur.

- Süreç nedir?

Ökaryotik gen transkripsiyonu (Kaynak: Erinp.5000 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0), Wikimedia Commons aracılığıyla)

Genetik transkripsiyon, üç aşamaya ayrılmış olarak incelenebilen bir süreçtir: başlatma, uzatma ve sonlandırma.

Başlatma

Başlatma sırasında, promoter bölgesi, genin promoter bölgesi, RNA polimeraz için bir tanıma sahası olarak işlev görür. Genetik ifadenin çoğunun kontrol edildiği yer burasıdır.

RNA polimeraz (örneğin RNA polimeraz II), genin 5 'ucunda, genellikle yaklaşık 35 baz çifti olmak üzere 6 ila 10 baz çiftli bir uzantıdan oluşan promotör bölgenin sekansına bağlanır. transkripsiyon başlangıç ​​sitesinin.

RNA polimerazın birleşmesi, tamamlayıcı şeritleri ayırarak DNA çift sarmalının "açılmasına" yol açar. RNA sentezi, "başlangıç ​​bölgesi" olarak bilinen bölgede başlar ve 5'-3 'yönünde, yani "aşağı akışta" veya soldan sağa (geleneksel olarak) gerçekleşir.

RNA polimerazların aracılık ettiği transkripsiyonun başlaması, promoter bölgesindeki enzimin "lokasyonuna" katkıda bulunan, genel transkripsiyon faktörleri olarak bilinen protein transkripsiyon faktörlerinin eşzamanlı varlığına bağlıdır.

Enzim polimerleşmeye başladıktan sonra, hem promoter dizisinden hem de genel transkripsiyon faktörlerinden "ayrılır".

Uzama

Uzama sırasında, RNA polimeraz, şablon görevi gören zincir boyunca kayar.

RNA polimeraz DNA dizisi boyunca "hareket ettikçe" ve büyüyen RNA'ya bir "şablon" olarak hizmet eden DNA zincirine tamamlayıcı ribonükleotidler ekledikçe oluşur. RNA polimeraz DNA sarmalından "geçerken", antisens sarmalına yeniden katılır.

RNA polimeraz tarafından gerçekleştirilen polimerizasyon, büyüyen RNA zincirinin 3 'pozisyonundaki oksijen nükleofilik ataklarından, eklenecek bir sonraki nükleotid öncüsünün fosfat "alfa" sına, sonuçta fosfodiester bağlarının oluşması ve bir pirofosfat molekülü (PPi).

DNA ipliği, RNA polimeraz ve yeni oluşan RNA ipliğinden oluşan set, bir transkripsiyon balonu veya kompleksi olarak bilinir.

Sonlandırma

RNA polimeraz genin terminal bölgesine ulaştığında, transkripsiyonel haberci RNA tamamlanır. Daha sonra RNA polimeraz, DNA zinciri ve transkripsiyon haberci RNA ayrışır

Sonlandırma, polimeraz, transkripsiyon başlatma sitesinden mantıksal olarak "aşağı akışta" konumlandırılan sonlandırma dizisine ulaştığında gerçekleşir. Bu meydana geldiğinde, hem enzim hem de sentezlenen RNA, transkribe edilen DNA dizisinden "ayrılır".

Sonlandırma bölgesi normal olarak kendi üzerinde "katlanabilen" ve "firkete ilmek" tipi bir yapı oluşturan bir DNA sekansından oluşur.

Sonlandırıldıktan sonra, sentezlenmiş RNA sarmalı, transkripsiyon kompleksinden salınan birincil transkript olarak bilinir, bundan sonra transkripsiyon sonrası olarak işlenebilir veya işlenmeyebilir (uygulanabilirse proteine ​​çevrilmesinden önce) "kesme ve birleştirme" adı verilen işlem.

Prokaryotlarda transkripsiyon (süreç)

Prokaryotik hücreler, zarla çevrili bir çekirdeğe sahip olmadıklarından, sitozolde, özellikle kromozomal DNA'nın yoğunlaştığı (bakterilerin dairesel bir kromozoma sahip olduğu) "nükleer" bölgede transkripsiyon meydana gelir.

Bu şekilde, belirli bir proteinin sitozolik konsantrasyonundaki artış, prokaryotlarda ökaryotlara göre önemli ölçüde daha hızlıdır, çünkü transkripsiyon ve translasyon işlemleri aynı bölmede meydana gelir.

- Prokaryotik genler nasıldır?

Prokaryotik organizmalar, ökaryotlara çok benzeyen genlere sahiptirler: İlki, aynı zamanda, transkripsiyonları için promoter ve düzenleyici bölgeleri de kullanır, ancak önemli bir fark, promoter bölgenin genellikle "güçlü" bir ekspresyon elde etmek için yeterli olması gerçeğiyle ilgilidir. genler.

Bu anlamda, genel olarak prokaryotik genlerin her zaman varsayılan olarak "açık" olduğunu belirtmek önemlidir.

Destekleyici bölge, baskılayıcı moleküller tarafından düzenlenen ve "operatör bölgesi" olarak bilinen, genellikle "yukarı akış" olan başka bir bölge ile ilişkilidir.

Bir prokaryotik genin yapısının temsili (Kaynak: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0), Wikimedia Commons aracılığıyla)

Prokaryotlar ve ökaryotlar arasındaki transkripsiyondaki bir fark, normalde ökaryotların haberci RNA'larının monosistronik olmasıdır, yani her biri tek bir proteini sentezlemek için bilgi içerirken, prokaryotlarda bunlar monosistronik veya polisistronik olabilir; MRNA, iki veya daha fazla protein için bilgi içerebilir.

Bu nedenle, benzer metabolik fonksiyonlara sahip proteinleri kodlayan prokaryotik genlerin, aynı anda haberci RNA'nın tek bir molekül formuna kopyalanan operonlar olarak bilinen gruplarda bulunduğu iyi bilinmektedir.

Prokaryotik genler, aralarında pek çok kodlamayan bölge olmadan yoğun bir şekilde paketlenmiştir, bu nedenle doğrusal haberci RNA moleküllerine transkribe edildikten sonra, hemen proteine ​​çevrilebilirler (ökaryotik mRNA'lar genellikle daha fazla işlem gerektirir).

- Prokaryotik RNA polimeraz nasıldır?

Örneğin bakteriler gibi prokaryotik organizmalar, tüm genlerini, yani ribozomal alt birimleri ve farklı hücresel proteinleri kodlayanları kodlamak için aynı RNA polimeraz enzimini kullanır.

E. coli bakterisinde, RNA polimeraz ikisi aynı olan 5 polipeptit alt biriminden oluşur. Α, α, β, β 'alt birimleri enzimin merkezi kısmını oluşturur ve her bir transkripsiyon olayı sırasında bir araya gelir ve parçalara ayrılır.

Α alt birimleri, DNA ve enzim arasında birleşmeye izin verenlerdir; p alt birimi, yeni oluşan mRNA molekülündeki DNA şablonuna göre polimerize edilecek olan trifosfat ribonükleotidlere bağlanır ve p alt birimi, söz konusu şablon DNA zincirine bağlanır.

Σ olarak bilinen beşinci alt birim, transkripsiyonun başlamasına katılır ve polimeraza özgüllük kazandıran alt birimdir.

- Süreç nedir?

Prokaryotlardaki transkripsiyon ökaryotlarınkine çok benzer (aynı zamanda başlama, uzama ve sonlandırma olarak da bölünmüştür), promotör bölgelerin kimliğinde ve RNA polimeraz için gerekli olan transkripsiyon faktörlerinde bazı farklılıklar vardır. işlevlerini yerine getirir.

Promotör bölgeleri, farklı prokaryotik türler arasında değişebilmesine rağmen, kodlama sekansının -10 bölgesinde (TATAAT) ve -35 bölgesinde (TTGACA) yukarı akışında kolaylıkla tanımlanabilen iki korunmuş "konsensüs" sekansı vardır.

Başlatma

RNA polimerazın σ alt birimine bağlıdır, çünkü DNA ve enzim arasındaki etkileşime aracılık ederek, onu promoter dizilerini tanıyabilir hale getirir. Başlatma, yaklaşık 10 nükleotidlik bazı düşük yapıcı transkriptler üretilip serbest bırakıldığında sona erer.

Uzama

Σ alt birimi enzimden ayrıldığında, 5'-3 'yönünde bir mRNA molekülünün sentezinden (saniyede yaklaşık 40 nükleotid) oluşan uzama fazı başlar.

Sonlandırma

Prokaryotlarda sonlandırma, iki farklı tipte sinyale bağlıdır, Rho'ya bağımlı ve Rho'dan bağımsız olabilir.

Rho'ya bağımlı protein, RNA sentezinde ilerledikçe polimerazı "takip eden" bu protein tarafından kontrol edilir, ta ki ikincisi guaninler (G) açısından zengin bir sekans elde edene, durur ve Rho proteini ile temas edene kadar. DNA ve mRNA'dan ayrılma.

Rho'dan bağımsız sonlandırma, genellikle guanin-sitozin (GC) tekrarları açısından zengin olan genin spesifik dizileri tarafından kontrol edilir.

Referanslar

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. ve Walter, P. (2007). hücrenin moleküler biyolojisi. Garland Bilimi. New York, 1392.
2. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT ve Miller, JH (2005). Genetik analize giriş. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). Moleküler hücre biyolojisi. Macmillan.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL ve Cox, MM (2008). Lehninger biyokimyanın ilkeleri. Macmillan.
5. Rosenberg, LE ve Rosenberg, DD (2012). İnsan Genleri ve Genomları: Bilim. Sağlık, Toplum, 317-338.
6. Shafee, T. ve Lowe, R. (2017). Ökaryotik ve prokaryotik gen yapısı. Wiki Tıp Dergisi, 4 (1), 2.
7. McGraw-Hill Animasyonları, youtube.com. DNA transkripsiyonu ve çevirisi.