Skip to main content
Global

15.3: Uandishi wa Eukaryotic

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    176492

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Ujuzi wa Kuendeleza

    • Andika orodha ya hatua katika usajili wa eukaryotic
    • Jadili jukumu la polymerases ya RNA katika transcription
    • Linganisha na kulinganisha polimerases tatu za RNA
    • Eleza umuhimu wa mambo ya transcription

    Prokaryotes na eukaryotes hufanya kimsingi mchakato huo wa transcription, na tofauti chache muhimu. Tofauti muhimu zaidi kati ya prokaryotes na eukaryotes ni kiini cha mwisho cha membrane na organelles. Kwa jeni zilizofungwa katika kiini, kiini cha eukaryotiki lazima kiwe na uwezo wa kusafirisha mRNA yake kwa cytoplasm na lazima kulinda mRNA yake kutoka kuharibika kabla ya kutafsiriwa. Eukaryotes pia huajiri polimerasi tatu tofauti ambazo kila huandika subset tofauti ya jeni. MRNAs za Eukaryotic kawaida ni monogenic, maana yake ni kwamba zinafafanua protini moja.

    Kuanzishwa kwa Transcription katika Eukaryotes

    Tofauti na polimerasi ya prokaryotiki ambayo inaweza kumfunga kwa template ya DNA peke yake, eukaryotes zinahitaji protini nyingine kadhaa, zinazoitwa sababu za transcription, kwanza kumfunga kwa mkoa wa promota na kisha kusaidia kuajiri polimerase inayofaa.

    Tatu Eukaryotic RNA Polymerases

    Makala ya awali ya eukaryotic mRNA ni ngumu zaidi ya wale wa prokaryotes. Badala ya polymerase moja inahusu subunits tano, eukaryotes zina polimerasi tatu ambazo kila mmoja hujumuisha subunits 10 au zaidi. Kila polymerase ya eukaryotic pia inahitaji seti tofauti ya mambo ya transcription ili kuileta kwenye template ya DNA.

    RNA polymerase I iko katika nucleolus, maalumu ya nyuklia substructure ambayo RNA ribosomal (rRNA) ni transcribed, kusindika, na wamekusanyika katika ribosomu (Jedwali\(\PageIndex{1}\)). Molekuli za rRNA zinachukuliwa kama RNA za kimuundo kwa sababu zina jukumu la seli lakini hazitafsiriwa katika protini. RRNAs ni sehemu ya ribosome na ni muhimu kwa mchakato wa tafsiri. RNA polymerase mimi huunganisha RRNAs zote isipokuwa kwa molekuli ya 5S rRNA. Jina la “S” linatumika kwa vitengo vya “Svedberg”, thamani isiyo ya ziada ambayo hufafanua kasi ambayo hupungua chembe wakati wa centrifugation.

    Jedwali\(\PageIndex{1}\): Maeneo, Bidhaa, na Unyeti wa Polymerases Tatu za Eukaryotic RNA

    RNA Polymerase Compartment ya mkononi Bidhaa ya Transcription α-Amanitin Sensitivity
    I Nucleolus RNAs zote isipokuwa 5S RRNA Insensitive
    II Kiini All protini-coding nyuklia kabla ya MRNA Nyeti sana
    III Kiini 5S RNA, RNAs, na RNA ndogo za nyuklia Kiasi nyeti

    RNA polymerase II iko katika kiini na huunganisha protini-coding nyuklia kabla ya MRNAS. Eukaryotic kabla ya MRNAS hupata usindikaji mkubwa baada ya transcription lakini kabla ya kutafsiri. Kwa usahihi, majadiliano ya moduli hii ya transcription na tafsiri katika eukaryotes itatumia neno “mRNAs” kuelezea tu kukomaa, kusindika molekuli ambayo tayari kutafsiriwa. RNA polymerase II ni wajibu wa kuandika idadi kubwa ya jeni za eukaryotic.

    RNA polymerase III pia iko katika kiini. Hii polymerase transcribes aina ya RNAs miundo ambayo ni pamoja na 5S kabla RRNA, uhamisho kabla ya RNAs (kabla ya TRNAs), na ndogo nyuklia kabla ya RNA. TrNAs zina jukumu muhimu katika tafsiri; zinatumika kama molekuli za adapta kati ya template ya mRNA na mlolongo unaoongezeka wa polipeptidi. RNAs ndogo za nyuklia zina kazi mbalimbali, ikiwa ni pamoja na “kuchapisha” kabla ya MRNAs na kusimamia mambo ya transcription.

    Mwanasayansi anayeashiria jeni mpya anaweza kuamua ambayo polymerase inaandika kwa kupima ikiwa jeni inaonyeshwa mbele ya sumu fulani ya uyoga, α-amanitin (jedwali hapo juu). Kushangaza, α-amanitin zinazozalishwa na Amanita phalloides, uyoga wa Kifo cha Kifo, huathiri polymerases tatu tofauti sana. RNA polymerase I haina hisia kabisa kwa α-amanitin, maana yake ni kwamba polymerase inaweza transcribe DNA katika vitro mbele ya sumu hii. Kwa upande mwingine, RNA polymerase II ni nyeti sana kwa α-amanitin, na RNA polymerase III ni nyeti sana. Kujua polymerase ya transcribing inaweza kumweleza mtafiti katika kazi ya jumla ya jeni inayojifunza. Kwa sababu RNA polymerase II transcribes idadi kubwa ya jeni, sisi kuzingatia polymerase hii katika majadiliano yetu baadae kuhusu mambo eukaryotic transcription na mapromota.

    Muundo wa RNA Polymerase II Promoter

    Waendelezaji wa Eukaryotic ni kubwa zaidi na ngumu zaidi kuliko waendelezaji wa prokaryotic, lakini wote wana sanduku la TATA. Kwa mfano, katika jeni la thymidine kinase, sanduku la TATA liko karibu -30 kuhusiana na tovuti ya kuanzishwa (+1) (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Kwa jeni hili, mlolongo halisi wa sanduku la TATA ni TATAAA, kama ilivyosomwa katika mwelekeo wa 5' hadi 3' kwenye kamba isiyo na template. Mlolongo huu haufanani na sanduku la E. coli TATA, lakini huhifadhi elementi tajiri ya A—T. Thermostability ya vifungo A-T ni ya chini na hii husaidia template DNA ndani ya nchi unwind katika maandalizi kwa ajili ya transcription.

    Mchoro unaonyesha mfululizo wa mambo transcription kumfunga kwa promoter, ambayo ni mkondo wa jeni. Baada ya mambo yote ya transcription imefungwa, RNA polymerase hufunga pia.
    Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Promoter ya jumla ya jeni iliyoandikwa na RNA polymerase II inavyoonyeshwa. Sababu Transcription kutambua promoter. RNA polymerase II kisha kumfunga na aina transcription uanzishwaji tata.

    Sanaa Connection

    Mfano unaonyesha kwamba kabla ya usindikaji wa RNA, kuna nakala ya msingi ya RNA ikiwa ni pamoja na masanduku tano yaliyoandikwa, kushoto kwenda kulia, kama exon 1, intron, exon 2, intron, na exon 3. Baada ya usindikaji wa RNA, kuna RNA iliyochapishwa na sehemu hizi, kushoto kwenda kulia: kofia ya 5', eneo la 5' lisilotafsiriwa, exon 1, exon 2, exon 3, eneo la 3' lisilotafsiriwa, na mkia wa poly-a.
    Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Eukaryotic mRNA ina introns ambazo zinapaswa kugawanywa nje. Kofia ya 5' na 3' Poly-mkia pia huongezwa.

    Mwanasayansi hupiga promota ya eukaryotic mbele ya jeni la bakteria na kuingiza jeni katika chromosome ya bakteria. Je, unatarajia bakteria transcribe jeni?

    Jenomu ya panya inajumuisha jeni moja na pseudogenes mbili kwa cytoplasmic thymidine kinase. Pseudogenes ni jeni ambazo zimepoteza uwezo wao wa kutengeneza protini-coding au hazionyeshwa tena na seli. Pseudogenes hizi zinakiliwa kutoka mRNA na kuingizwa katika kromosomu. Kwa mfano, mtangazaji wa thymidine kinase pia ana sanduku la CAAT lililohifadhiwa (GGCCAATCT) takriban -80. Mlolongo huu ni muhimu na unahusishwa katika mambo ya kisheria ya transcription. Zaidi ya mto wa sanduku TATA, mapromota eukaryotic pia kuwa na masanduku moja au zaidi GC-tajiri (GGCG) au masanduku octamer (ATTTGCAT). Elementi hizi hufunga mambo ya mkononi ambayo huongeza ufanisi wa uanzishwaji wa transcription na mara nyingi hutambuliwa katika jeni zaidi “hai” ambazo zinaonyeshwa mara kwa mara na seli.

    Mambo ya Transcription kwa RNA Polymerase II

    Ugumu wa transcription ya eukaryotic haina mwisho na polymerases na promoters. Jeshi la mambo ya msingi ya transcription, enhancers, na silencers pia husaidia kudhibiti mzunguko ambao kabla ya mRNA hutengenezwa kutoka kwa jeni. Enhancers na silencers huathiri ufanisi wa transcription lakini si lazima kwa transcription kuendelea. Basal transcription sababu ni muhimu katika malezi ya preinitiation tata juu ya template DNA kwamba hatimaye kuajiri RNA polymerase II kwa transcription uanzishwaji.

    Majina ya mambo ya msingi transcription kuanza na “TFII” (hii ni transcription sababu kwa RNA polymerase II) na ni maalum na barua A-J. sababu transcription utaratibu kuanguka katika nafasi ya template DNA, na kila mmoja zaidi kuleta utulivu preinitiation tata na kuchangia kwa ajira ya RNA polymerase II.

    Michakato ya kuleta polymerases ya RNA I na III kwenye template ya DNA inahusisha makusanyo kidogo ya ngumu ya mambo ya transcription, lakini mandhari ya jumla ni sawa. Transcription ya Eukaryotic ni mchakato uliowekwa kwa nguvu ambao unahitaji aina mbalimbali za protini kuingiliana na kila mmoja na kwa kamba ya DNA. Ingawa mchakato wa transcription katika eukaryotes inahusisha uwekezaji mkubwa metabolic kuliko katika prokaryotes, ni kuhakikisha kwamba kiini transcribes usahihi kabla ya MRNAS kwamba inahitaji kwa protini awali.

    Evolution Connection: Mageuzi ya mapromota

    Mageuzi ya jeni inaweza kuwa dhana ya kawaida. Mabadiliko yanaweza kutokea katika jeni wakati wa replication ya DNA, na matokeo yanaweza au hayawezi kuwa na manufaa kwa seli. Kwa kubadilisha enzyme, protini ya miundo, au sababu nyingine, mchakato wa mutation unaweza kubadilisha kazi au vipengele vya kimwili. Hata hivyo, mapromota eukaryotic na utaratibu mwingine wa udhibiti wa jeni wanaweza kubadilika pia. Kwa mfano, fikiria jeni ambayo, zaidi ya vizazi vingi, inakuwa muhimu zaidi kwa seli. Labda jeni linajumuisha protini ya kimuundo ambayo seli inahitaji kuunganisha kwa wingi kwa kazi fulani. Kama hii ni kesi, itakuwa ya manufaa kwa kiini kwa promoter kwamba jeni ya kuajiri mambo transcription kwa ufanisi zaidi na kuongeza kujieleza jeni.

    Wanasayansi kuchunguza mageuzi ya Utaratibu promota wameripoti matokeo tofauti. Kwa upande mwingine, hii ni kwa sababu ni vigumu kuhitimisha hasa ambapo mtangazaji wa eukaryotic huanza na kuishia. Baadhi ya mapromota hutokea ndani ya jeni; nyingine ziko mbali sana juu ya mto, au hata chini ya mto, wa jeni wanazozisimamia. Hata hivyo, wakati watafiti mdogo uchunguzi wao kwa utaratibu wa msingi wa kibinadamu wa promoter ambao ulifafanuliwa majaribio kama Utaratibu ambao hufunga tata ya awali, waligundua kwamba mapromota hubadilika hata kwa kasi zaidi kuliko jeni za protini-coding.

    Bado haijulikani jinsi mageuzi ya promota yanaweza kuendana na mageuzi ya binadamu au viumbe vingine vya juu. Hata hivyo, mageuzi ya promota kwa ufanisi kufanya zaidi au chini ya bidhaa fulani jeni ni mbadala ya kusisimua kwa mageuzi ya jeni wenyewe. 1

    Promoter Miundo kwa RNA Polymerases I na III

    Katika eukaryotes, vipengele vya promota vilivyohifadhiwa vinatofautiana kwa jeni zilizoandikwa na polymerases ya RNA I, II, na III. RNA polymerase mimi transcribes jeni ambayo mbili Utaratibu GC-tajiri promoter katika -45 kwa +20 kanda. Utaratibu huu peke yake ni wa kutosha kwa ajili ya uanzishwaji wa transcription kutokea, lakini waendelezaji wenye utaratibu wa ziada katika kanda kutoka -180 hadi -105 juu ya tovuti ya kuanzishwa itaongeza zaidi kuanzishwa. Jeni zinazoandikwa na RNA polymerase III zina mapromota ya mto au mapromota yanayotokea ndani ya jeni wenyewe.

    Eukaryotic elongation na Kusitishwa

    Kufuatia malezi ya tata ya awali, polymerase hutolewa kutokana na mambo mengine ya transcription, na elongation inaruhusiwa kuendelea kama ilivyo katika prokaryotes na polymerase kuunganisha kabla ya mRNA katika mwelekeo wa 5 'hadi 3'. Kama ilivyojadiliwa hapo awali, RNA polymerase II transcribes sehemu kubwa ya jeni eukaryotic, hivyo sehemu hii itazingatia jinsi polimerase hii inavyotimiza elongation na kukomesha.

    Ingawa mchakato wa enzymatic wa elongation kimsingi ni sawa katika eukaryotes na prokaryotes, template ya DNA ni ngumu zaidi. Wakati seli za eukaryotiki hazigawanyika, jeni zao zipo kama molekuli iliyoenea ya DNA na protini zinazoitwa chromatin. DNA ni tightly vifurushi karibu kushtakiwa histone protini katika vipindi mara kwa mara. Hizi complexes DNA-histone, kwa pamoja kuitwa nucleosomes, ni mara kwa mara spaced na ni pamoja na 146 nyukleotidi ya DNA jeraha karibu histones nane kama thread kuzunguka spool.

    Kwa awali ya polynucleotide kutokea, mashine ya transcription inahitaji kuhamisha histones nje ya njia kila wakati inakabiliwa na nucleosome. Hii inafanywa na tata maalum ya protini inayoitwa FACT, ambayo inasimama “inawezesha transcription ya chromatin.” Ugumu huu huvuta histones mbali na template ya DNA kadiri polimerase inapita kando yake. Mara baada ya mRNA kabla ya synthesized, tata ya FACT inachukua nafasi ya histones ili kurejesha nucleosomes.

    Kuondolewa kwa transcription ni tofauti kwa polymerases tofauti. Tofauti na prokaryotes, elongation na RNA polymerase II katika eukaryotes hufanyika nyukleotidi 1,000-2,000 zaidi ya mwisho wa jeni kuwa transcribed. Mkia huu kabla ya mRNA huondolewa kwa usafi wakati wa usindikaji wa mRNA. Kwa upande mwingine, RNA polymerases I na III zinahitaji ishara za kukomesha. Jeni zilizotajwa na RNA polymerase I zina mlolongo maalum wa nucleotide 18 ambayo inatambuliwa na protini ya kusitisha. Mchakato wa kukomesha katika RNA polymerase III inahusisha nywele ya mRNA inayofanana na kukomesha kwa kujitegemea kwa transcription katika prokaryotes.

    Muhtasari

    Transcription katika eukaryotes inahusisha moja ya aina tatu za polymerases, kulingana na jeni linaloandikwa. RNA polymerase II inaandika jeni zote za protini-coding, ambapo RNA polymerase I inaandika jeni za rRNA, na RNA polymerase III inaandika rRNA, rNA, na jeni ndogo za RNA za nyuklia. Uanzishwaji wa transcription katika eukaryotes unahusisha kumfunga mambo kadhaa ya transcription kwa utaratibu tata wa promota ambao kwa kawaida hupatikana juu ya mkondo wa jeni linakiliwa. MRNA inaunganishwa katika mwelekeo wa 5' hadi 3', na hatua ya FACT tata na reassembles nucleosomes kama polymerase inapita. Wakati RNA polymerases I na III kusitisha transcription na protini- au RNA hairpin-tegemezi mbinu, RNA polymerase II transcribes kwa nyukleotidi 1,000 au zaidi ya template jeni na huambatana ziada wakati wa usindikaji kabla ya MRNA.

    Sanaa Connections

    Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Mwanasayansi huchagua promoter ya eukaryotic mbele ya jeni la bakteria na huingiza jeni katika chromosome ya bakteria. Je, unatarajia bakteria transcribe jeni?

    Jibu

    Hapana. Prokaryotes hutumia mapromota tofauti kuliko eukaryotes.

    maelezo ya chini

    1. 1 H Liang et al., “Fast mageuzi ya mapromota msingi katika genomes nyani,” Masi Biolojia na Mageuzi 25 (2008): 1239—44.

    faharasa

    CAAT sanduku
    (GGCCAATCT) muhimu eukaryotic promoter mlolongo kushiriki katika kisheria sababu transcription
    UKWELI
    tata ambayo “inawezesha transcription ya chromatin” kwa kusambaza nucleosomes kabla ya transcribing RNA polymerase II na reassembling yao baada ya polimerase hupita kwa
    GC-tajiri sanduku
    (GGCG) nonessential eukaryotic promoter mlolongo kwamba kumfunga sababu za mkononi kuongeza ufanisi wa transcription; inaweza kuwa sasa mara kadhaa katika promota
    Octamer sanduku
    (ATTTGCAT) nonessential eukaryotic promoter mlolongo kwamba kumfunga sababu za mkononi kuongeza ufanisi wa transcription; inaweza kuwa sasa mara kadhaa katika promota
    kabla ya kuanzishwa tata
    nguzo ya mambo ya transcription na protini nyingine zinazoajiri RNA polymerase II kwa transcription ya template ya DNA
    ndogo ya nyuklia RNA
    molekuli synthesized na RNA polymerase III ambayo ina kazi mbalimbali, ikiwa ni pamoja na splicing kabla ya MRNAs na kusimamia mambo transcription