11.3: RNA Transcription

Malengo ya kujifunza

• Eleza jinsi RNA inavyounganishwa kwa kutumia DNA kama template
• Tofautisha kati ya transcription katika prokaryotes na eukaryotes

Wakati wa mchakato wa transcription, habari iliyosimbwa ndani ya mlolongo wa DNA ya jeni moja au zaidi imeandikwa kwenye kamba ya RNA, pia huitwa nakala ya RNA. kusababisha moja-stranded RNA molekuli, linajumuisha ribonucleotidi zenye besi adenine (A), cytosine (C), guanine (G), na uracil (U), hufanya kama nakala ya molekuli ya mkononi ya mlolongo wa awali wa DNA. Transcription katika prokaryotes na eukaryotes inahitaji DNA mara mbili helix kwa sehemu unwind katika eneo la awali RNA. Eneo lisilojulikana linaitwa Bubble ya transcription. Transcription ya jeni fulani daima hutokea kutoka kwa mojawapo ya vipande viwili vya DNA ambavyo hufanya kama template, kinachojulikana kama antisense strand. Bidhaa ya RNA inaongezea kamba ya template ya DNA na ni karibu sawa na kamba ya DNA isiyo na template, au strand ya maana. Tofauti pekee ni kwamba katika RNA, nucleotides zote za T zinabadilishwa na nucleotides U; wakati wa awali ya RNA, U inaingizwa wakati kuna A katika strand ya ziada ya antisense.

Transcription katika Bakteria

Bakteria hutumia polimerasi ya RNA ileile ya kurekodi jeni zao zote. Kama DNA polymerase, RNA polymerase inaongeza nucleotides moja kwa moja kwa kundi la 3'-OH la mlolongo wa nucleotide unaoongezeka. Tofauti moja muhimu katika shughuli kati ya DNA polymerase na RNA polymerase ni mahitaji ya 3'-OH ambayo kuongeza nyukleotidi: DNA polymerase inahitaji kundi 3'-OH, hivyo kunahitaji primer, ambapo RNA polymerase haina. Wakati wa transcription, ribonucleotide nyongeza ya template ya DNA strand ni aliongeza kwa kuongezeka RNA strand na covalent phosphodiester dhamana hutengenezwa na upungufu wa maji mwilini awali kati ya nucleotide mpya na mwisho aliongeza. Katika E. koli, polymerase ya RNA inajumuisha subunits sita za polipeptidi, tano ambazo hutunga enzyme ya msingi ya polymerase inayohusika na kuongeza nyukleotidi za RNA kwenye kamba inayoongezeka. Subunit ya sita inajulikana kama sigma (σ). Kipengele cha σ kinawezesha polymerase ya RNA kumfunga kwa promota maalum, hivyo kuruhusu kwa transcription ya jeni mbalimbali. Kuna mambo mbalimbali ya σ yanayoruhusu transcription ya jeni mbalimbali.

Uanzishwaji

Kuanzishwa kwa transcription huanza kwa promoter, mlolongo wa DNA ambayo mashine ya transcription hufunga na kuanzisha transcription. Jozi ya nucleotide katika helix mbili ya DNA ambayo inalingana na tovuti ambayo nucleotide ya kwanza ya 5' RNA imeandikwa ni tovuti ya kuanzishwa. Nucleotides kabla ya tovuti ya uanzishwaji huteuliwa “juu ya mto,” ambapo nyukleotidi zifuatazo tovuti ya kuanzishwa huitwa “nucleotidi” chini ya mto. Katika hali nyingi, mapromota ziko tu juu ya jeni wanazozidhibiti. Ingawa utaratibu wa promoter hutofautiana kati ya genomes za bakteria, vipengele vichache vinahifadhiwa. Katika nafasi za -10 na -35 ndani ya DNA kabla ya tovuti ya kuanzishwa (mteule +1), kuna utaratibu wa makubaliano ya promoter mbili, au mikoa ambayo ni sawa katika waendelezaji wote na katika aina mbalimbali za bakteria. Mlolongo wa makubaliano ya —10, unaoitwa sanduku la TATA, ni TATAAT. Mlolongo —35 unatambuliwa na amefungwa na σ.

Elongation

Elongation katika awamu transcription huanza wakati subunit σ dissociates kutoka polymerase, kuruhusu msingi enzyme kuunganisha RNA nyongeza ya template DNA katika mwelekeo 5 'hadi 3' kwa kiwango cha takriban 40 nyukleotidi kwa sekunde. Kama elongation inavyoendelea, DNA inaendelea kufunguliwa mbele ya enzyme ya msingi na rewound nyuma yake (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Wakati wa elongation, bakteria RNA polymerase tracks pamoja template DNA, synthesizes mRNA katika 5' kwa 3' mwelekeo, na unwinds na rewinds DNA kama ni kusoma.

Kusitishwa

Mara baada ya jeni ni transcribed, bakteria polymerase lazima dissociate kutoka template DNA na kukomboa mpya alifanya RNA. Hii inajulikana kama kusitishwa kwa transcription. Template ya DNA inajumuisha utaratibu wa nyukleotidi unaorudiwa ambao hufanya kama ishara za kukomesha, na kusababisha polymerase ya RNA kubaki na kutolewa kutoka template ya DNA, ikitoa nakala ya RNA.

Zoezi\(\PageIndex{1}\)

1. Wapi σ sababu ya RNA polymerase kumfunga DNA kuanza transcription?
2. Ni nini kinachotokea kuanzisha shughuli za upolimishaji wa RNA polymerase?
3. Je! Ishara ya mwisho ya transcription inatoka wapi?

Transcription katika Eukaryotes

Prokaryotes na eukaryotes hufanya kimsingi mchakato huo wa transcription, na tofauti chache muhimu (angalia Jedwali\(\PageIndex{1}\)). Eukaryotes hutumia polimerasi tatu tofauti, polymerases ya RNA I, II, na III, yote ya kimuundo tofauti na polymerase ya RNA ya bakteria. Kila huandika subset tofauti ya jeni. Kushangaza, archaea huwa na polymerase moja ya RNA ambayo inahusiana kwa karibu zaidi na eukaryotic RNA polymerase II kuliko kwa mwenzake wa bakteria. MRNAs ya Eukaryotiki pia huwa monocistronic, maana yake ni kwamba kila mmoja husimba polipeptidi moja tu, ambapo mRNAs za prokaryotiki za bakteria na archaea huwa polycistronic, maana yake ni kwamba zinajumuisha polipeptidi nyingi.

Tofauti muhimu zaidi kati ya prokaryotes na eukaryotes ni kiini cha mwisho cha membrane, ambacho huathiri urahisi wa matumizi ya molekuli za RNA kwa awali ya protini. Kwa jeni zilizofungwa katika kiini, kiini cha eukaryotiki kinapaswa kusafirisha molekuli za RNA za protini-encoding kwenye saitoplazimu ili kutafsiriwa. Protini-encoding nakala ya msingi, molekuli RNA moja kwa moja synthesized na RNA polymerase, lazima kupitia hatua kadhaa usindikaji kulinda molekuli hizi RNA kutoka uharibifu wakati wao ni kuhamishwa kutoka kiini kwa cytoplasm na kutafsiriwa katika protini. Kwa mfano, mRNAs za eukaryotic zinaweza kudumu kwa saa kadhaa, wakati mRNA ya kawaida ya prokaryotic hudumu si zaidi ya sekunde 5.

Nakala ya msingi (pia inaitwa kabla ya MRNA) ni ya kwanza coated na protini RNA-kuleta utulivu ili kuilinda kutokana na uharibifu wakati ni kusindika na kusafirishwa nje ya kiini. Aina ya kwanza ya usindikaji huanza wakati nakala ya msingi bado inaunganishwa; nucleotide maalum ya 7-methylguanosine, inayoitwa kofia ya 5', imeongezwa hadi mwisho wa 5' wa nakala inayoongezeka. Mbali na kuzuia uharibifu, mambo yanayohusika katika awali ya protini inayofuata hutambua cap, ambayo husaidia kuanzisha tafsiri kwa ribosomu. Mara baada ya elongation kukamilika, enzyme nyingine ya usindikaji kisha inaongeza kamba ya nucleotidi takriban 200 ya adenini hadi mwisho wa 3', inayoitwa mkia wa Poly-A. Muundo huu hulinda zaidi kabla ya MRNA kutokana na uharibifu na ishara kwa sababu za mkononi ambazo nakala inahitaji kusafirishwa kwa cytoplasm.

Jeni za Eukaryotiki ambazo zinajumuisha polypeptidi zinajumuisha Utaratibu wa coding unaoitwa exons (ex-on inaashiria kwamba wao ni wa zamani taabu) na Utaratibu wa kuingilia kati unaoitwa introni (int -ron inaashiria jukumu lao la int la kuwahudumia). Utaratibu wa RNA ulioandaliwa unaoendana na introni hauna encode mikoa ya polipeptidi ya kazi na huondolewa kutoka kabla ya mRNA wakati wa usindikaji. Ni muhimu kwamba wote wa Utaratibu Intron-encoded RNA ni kabisa na usahihi kuondolewa kutoka kabla ya MRNA kabla ya protini awali ili exon-encoded RNA Utaratibu ni vizuri alijiunga pamoja na kanuni kwa polipeptidi kazi. Ikiwa mchakato unapotea na hata nucleotide moja, utaratibu wa exons zilizounganishwa tena ungebadilishwa, na polipeptidi inayosababisha itakuwa isiyo ya kazi. Mchakato wa kuondoa utaratibu wa RNA encoded na kuunganisha wale encoded na exons inaitwa RNA splicing na ni kuwezeshwa na hatua ya spliceosome zenye protini ndogo nyuklia ribonucleo (SNRNPs). Utaratibu RNA encoded Intron ni kuondolewa kutoka kabla ya MRNA wakati bado ni katika kiini. Ingawa hazitafsiriwa, introni huonekana kuwa na kazi mbalimbali, ikiwa ni pamoja na udhibiti wa jeni na usafiri wa mRNA. Baada ya kukamilika kwa marekebisho haya, nakala ya kukomaa, mRNA ambayo encodes polypeptide, husafirishwa nje ya kiini, zinazopelekwa kwa cytoplasm kwa tafsiri. Introns inaweza kugawanywa tofauti, na kusababisha exons mbalimbali kuwa ni pamoja na au kutengwa na bidhaa ya mwisho mRNA. Utaratibu huu unajulikana kama splicing mbadala. Faida ya kuchapisha mbadala ni kwamba aina tofauti za nakala za mRNA zinaweza kuzalishwa, zote zinazotokana na mlolongo huo wa DNA. Katika miaka ya hivi karibuni, imeonyeshwa kuwa baadhi ya archaea pia wana uwezo wa kugawanya kabla ya MRNA yao.

Jedwali\(\PageIndex{1}\): Ulinganisho wa Transcription katika Bakteria dhidi ya Eukaryotes

Mali	Bakteria	Eukaryotes
Idadi ya polypeptidi encoded kwa mRNA	Monocistronic au polycistronic	Pekee monocistronic
Strand elongation	msingi + σ = holoenzyme	RNA polymerases I, II, au III
Uongeze wa kofia ya 5'	Hapana	Ndio
Mbali ya 3' Poly-mkia	Hapana	Ndio
Kuchapishwa kwa kabla ya marna	Hapana	Ndio

Unganisha na Kujifunza

Tazama jinsi mRNA splicing inatokea kwa kuangalia mchakato katika hatua katika video hii. Angalia jinsi introns ni kuondolewa wakati RNA splicing hapa.

Zoezi\(\PageIndex{2}\)

1. Katika seli za eukaryotic, ni jinsi gani nakala ya RNA kutoka kwa jeni kwa protini imebadilishwa baada ya kuandikwa?
2. Je, exons au introns zina habari kwa utaratibu wa protini?

Mwelekeo wa kliniki: Sehemu ya 2

Katika idara ya dharura, muuguzi alimwambia Mark kwamba alikuwa amefanya uamuzi mzuri wa kuja hospitali kwa sababu dalili zake zilionyesha maambukizi ambayo yamekuwa yamepata nje ya udhibiti. Dalili za Mark ziliendelea, na eneo la ngozi limeathiriwa na kiasi cha uvimbe kinaongezeka. Ndani ya eneo lililoathiriwa, upele ulikuwa umeanza, kupasuka na mifuko ndogo ya gesi chini ya safu ya nje ya ngozi ilianzishwa, na baadhi ya ngozi ikawa kijivu. Kulingana na harufu ya putrid ya pus inayotokana na moja ya malengelenge, maendeleo ya haraka ya maambukizi, na kuonekana kwa macho ya ngozi iliyoathiriwa, daktari mara moja alianza matibabu ya fasciitis ya necrotizing. Daktari wa Mark aliamuru utamaduni wa maji yanayotokana na malengelenge na pia aliamuru kazi ya damu, ikiwa ni pamoja na kuhesabu seli nyeupe za damu.

Mark alikubaliwa kwenye kitengo cha utunzaji mahututi na kuanza utawala wa intravenous wa antibiotic ya wigo mpana ili kujaribu kupunguza kuenea zaidi kwa maambukizi. Licha ya tiba ya antibiotiki, hali ya Marko imeshuka haraka Mark akawa kuchanganyikiwa na kizunguzungu. Ndani ya masaa machache ya kuingia kwake hospitali, shinikizo lake la damu limeshuka kwa kiasi kikubwa na kupumua kwake ikawa duni na haraka zaidi. Zaidi ya hayo, kuongezeka kwa malengelenge, na malengelenge yanaongezeka kwa rangi ya rangi nyeusi, na jeraha yenyewe ilionekana kuwa inaendelea haraka juu ya mguu wa Mark.

Zoezi\(\PageIndex{3}\)

1. Je! Ni mawakala gani wa causative wa fasciitis ya necrotizing Mark?
2. Je, ni baadhi ya maelezo iwezekanavyo kwa nini matibabu ya antibiotic haionekani kuwa inafanya kazi?

Dhana muhimu na Muhtasari

• Wakati wa transcription, habari encoded katika DNA hutumiwa kufanya RNA.
• RNA polymerase synthesizes RNA, kwa kutumia antisense strand ya DNA kama template kwa kuongeza nyukleotidi RNA nyongeza ya 3 'mwisho wa strand kukua.
• RNA polymerase hufunga kwa DNA katika mlolongo unaoitwa promoter wakati wa kuanzishwa kwa transcription.
• Jeni encoding protini za kazi zinazohusiana mara nyingi huandikishwa chini ya udhibiti wa promota moja katika prokaryotes, na kusababisha kuundwa kwa molekuli ya mRNA ya polycistronic inayojumuisha polipeptidi nyingi.
• Tofauti na DNA polymerase, RNA polymerase hauhitaji kundi la 3'-OH kuongeza nyukleotidi, hivyo primer haihitajiki wakati wa kuanzishwa.
• Kuondolewa kwa transcription katika bakteria hutokea wakati polymerase ya RNA inapokutana na utaratibu maalum wa DNA unaosababisha kusitishwa kwa polymerase. Hii inasababisha kutolewa kwa polymerase ya RNA kutoka kwenye kamba ya template ya DNA, ikitoa nakala ya RNA.
• Eukaryotes zina polima tatu tofauti za RNA. Eukaryotes pia wana mRNA ya monocistronic, kila encoding tu polypeptide moja.
• Nakala za msingi za Eukaryotiki zinasindika kwa njia kadhaa, ikiwa ni pamoja na kuongeza kwa kofia ya 5' na mkia wa 3′- Poly-a, pamoja na kuchapisha, ili kuzalisha molekuli ya mRNA iliyokomaa ambayo inaweza kusafirishwa nje ya kiini na ambayo inalindwa kutokana na uharibifu.