какие структуры участвуют в транскрипции

Транскрипция и трансляция

Удвоение ДНК происходит в синтетическом периоде интерфазы. При этом общее число хромосом не меняется, однако каждая из них содержит к началу деления две молекулы ДНК: это необходимо для равномерного распределения генетического материала между дочерними клетками.

Транскрпиция (лат. transcriptio — переписывание)

Образуется несколько начальных кодонов иРНК.

Нити ДНК последовательно расплетаются, освобождая место для передвигающейся РНК-полимеразы. Молекула иРНК быстро растет.

Трансляция (от лат. translatio — перенос, перемещение)

Рибосома делает шаг, и иРНК продвигается на один кодон: такое в фазу элонгации происходит десятки тысяч раз. Молекулы тРНК приносят новые аминокислоты, соответствующие кодонам иРНК. Аминокислоты соединяются друг с другом: между ними образуются пептидные связи, молекула белка растет.

Примеры решения задачи №1

Без практики теория мертва, так что скорее решим задачи! В первых двух задачах будем пользоваться таблицей генетического кода (по иРНК), приведенной вверху.

«Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ЦГА-ТГГ-ТЦЦ-ГАЦ. Определите последовательность нуклеотидов во второй цепочке ДНК, последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода»

По принципу комплементарности мы нашли вторую цепочку ДНК: ГЦТ-АЦЦ-АГГ-ЦТГ. Мы использовали следующие правила при нахождении второй нити ДНК: А-Т, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Вернемся к первой цепочке, и именно от нее пойдем к иРНК: ГЦУ-АЦЦ-АГГ-ЦУГ. Мы использовали следующие правила при переводе ДНК в иРНК: А-У, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Зная последовательность нуклеотидов иРНК, легко найдем тРНК: ЦГА, УГГ, УЦЦ, ГАЦ. Мы использовали следующие правила перевода иРНК в тРНК: А-У, У-А, Г-Ц, Ц-Г. Обратите внимание, что антикодоны тРНК мы разделяем запятыми, в отличие кодонов иРНК. Это связано с тем, что тРНК представляют собой отдельные молекулы (в виде клеверного листа), а не линейную структуру (как ДНК, иРНК).

Пример решения задачи №2

«Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов: ТАГ-ЦАА-АЦГ-ГЦТ-АЦЦ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону тРНК»

Пример решения задачи №3

Длина фрагмента молекулы ДНК составляет 150 нуклеотидов. Найдите число триплетов ДНК, кодонов иРНК, антикодонов тРНК и аминокислот, соответствующих данному фрагменту. Известно, что аденин составляет 20% в данном фрагменте (двухцепочечной молекуле ДНК), найдите содержание в процентах остальных нуклеотидов.

Теперь мы украсили теорию практикой. Что может быть лучше при изучении новой темы? 🙂

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Что такое биосинтез белка в клетке

В статье мы дадим опре­де­ле­ние био­син­те­зу и рас­смот­рим ос­нов­ные этапы син­те­за белков. Разберёмся, чем трансляция отличается от транскрипции.

В клетках непрерывно идут процессы обмена веществ — процессы синтеза и распада веществ. Каж­дая клет­ка син­те­зи­ру­ет необ­хо­ди­мые ей ве­ще­ства. Этот про­цесс на­зы­ва­ет­ся био­син­те­зом.

Био­син­тез — это про­цесс со­зда­ния слож­ных ор­га­ни­че­ских ве­ществ в ходе био­хи­ми­че­ских ре­ак­ций, про­те­ка­ю­щих с по­мо­щью фер­мен­тов. Биосинтез необходим для выживания — без него клетка умрёт.

Одним из важнейших процессов биосинтеза в клетке является процесс биосинтеза белков, который включает в себя особые реакции, встречающиеся только в живой клетке — это реакции матричного синтеза. Матричный синтез — это синтез новых молекул в соответствии с планом, заложенным в других уже существующих молекулах.

Синтез белка в клетке протекает при участии специальных органелл — рибосом. Это немембранные органеллы, состоящие из рРНК и рибосомальных белков.

Последовательность аминокислот в каждом белке определяется последовательностью нуклеотидов в гене — участке ДНК, кодирующем именно этот белок. Соответствие между последовательностью аминокислот в белке и последовательностью нуклеотидов в кодирующих его ДНК и иРНК определяется универсальным правилом — генетическим кодом.

Информация о белке может быть записана в нуклеиновой кислоте только одним способом — в виде последовательности нуклеотидов. ДНК построена из 4 видов нуклеотидов: аденина (А), тимина (Т), гуанина (Г), цитозина (Ц), а белки — из 20 видов аминокислот. Таким образом, возникает проблема перевода четырёхбуквенной записи информации в ДНК в двадцатибуквенную запись белков. Генетический код — соотношения нуклеотидных последовательностей и аминокислот, на основе которых осуществляется такой перевод.

Процесс синтеза белка в клетке можно разделить на два этапа: транскрипция и трансляция.

Транскрипция — первый этап биосинтеза белка

Транскрипция — это процесс синтеза молекулы иРНК на участке молекулы ДНК.

Транскрипция (с лат. transcription — переписывание) происходит в ядре клетки с участием ферментов, основную работу из которых осуществляет транскриптаза. В этом процессе матрицей является молекула ДНК.

Спе­ци­аль­ный фер­мент на­хо­дит ген и рас­кру­чи­ва­ет уча­сток двой­ной спи­ра­ли ДНК. Фер­мент пе­ре­ме­ща­ет­ся вдоль цепи ДНК и стро­ит цепь ин­фор­ма­ци­он­ной РНК в со­от­вет­ствии с прин­ци­пом ком­пле­мен­тар­но­сти. По мере дви­же­ния фер­мен­та рас­ту­щая цепь РНК мат­ри­цы от­хо­дит от мо­ле­ку­лы, а двой­ная цепь ДНК вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся. Когда фер­мент до­сти­га­ет конца ко­пи­ро­ва­ния участ­ка, то есть до­хо­дит до участ­ка, на­зы­ва­е­мо­го стоп-ко­до­ном, мо­ле­ку­ла РНК от­де­ля­ет­ся от мат­ри­цы, то есть от мо­ле­ку­лы ДНК. Таким об­ра­зом, тран­скрип­ция — это пер­вый этап био­син­те­за белка. На этом этапе про­ис­хо­дит счи­ты­ва­ние ин­фор­ма­ции путём син­те­за ин­фор­ма­ци­он­ной РНК.

Копировать информацию, хотя она уже содержится в молекуле ДНК, необходимо по следующим причинам: синтез белка происходит в цитоплазме, а молекула ДНК слишком большая и не может пройти через ядерные поры в цитоплазму. А маленькая копия её участка — иРНК — может транспортироваться в цитоплазму.

После транскрипции громоздкая молекула ДНК остаётся в ядре, а молекула иРНК подвергается «созреванию» — происходит процессинг иРНК. На её 5’ конец подвешивается КЭП для защиты этого конца иРНК от РНКаз — ферментов, разрушающих молекулы РНК. На 3’ конце достраивается поли(А)-хвост, который также служит для защиты молекулы. После этого проходит сплайсинг — вырезание интронов (некодирующих участков) и сшивание экзонов (информационных участков). После процессинга подготовленная молекула транспортируется из ядра в цитоплазму через ядерные поры.

Транскрипция пошагово:

Проверьте себя: помните ли вы принцип комплементарности? Молекула ДНК состоит из двух спирально закрученных цепей. Цепи в молекуле ДНК противоположно направлены. Остов цепей ДНК образован сахарофосфатными остатками, а азотистые основания одной цепи располагаются в строго определённом порядке напротив азотистых оснований другой — это и есть правило комплементарности.

Трансляция — второй этап биосинтеза белка

Трансляция — это перевод информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот.

Что же происходит в клетке? Трансляция представляет собой непосредственно процесс построения белковой молекулы из аминокислот. Трансляция происходит в цитоплазме клетки. В трансляции участвуют рибосомы, ферменты и три вида РНК: иРНК, тРНК и рРНК. Глав­ным по­став­щи­ком энер­гии при трансляции слу­жит мо­ле­ку­ла АТФ — аде­но­з­ин­три­фос­фор­ная кис­ло­та.

Во время транс­ля­ции нук­лео­тид­ные по­сле­до­ва­тель­но­сти ин­фор­ма­ци­он­ной РНК пе­ре­во­дят­ся в по­сле­до­ва­тель­ность ами­но­кис­лот в мо­ле­ку­ле по­ли­пеп­тид­ной цепи. Этот про­цесс идёт в ци­то­плаз­ме на ри­бо­со­мах. Об­ра­зо­вав­ши­е­ся ин­фор­ма­ци­он­ные РНК вы­хо­дят из ядра через поры и от­прав­ля­ют­ся к ри­бо­со­мам. Ри­бо­со­мы — уни­каль­ный сбо­роч­ный ап­па­рат. Ри­бо­со­ма сколь­зит по иРНК и вы­стра­и­ва­ет из опре­де­лён­ных ами­но­кис­лот длин­ную по­ли­мер­ную цепь белка. Ами­но­кис­ло­ты до­став­ля­ют­ся к ри­бо­со­мам с по­мо­щью транс­порт­ных РНК. Для каж­дой ами­но­кис­ло­ты тре­бу­ет­ся своя транс­порт­ная РНК, ко­то­рая имеет форму три­лист­ни­ка. У неё есть уча­сток, к ко­то­рому при­со­еди­ня­ет­ся ами­но­кис­ло­та и дру­гой три­плет­ный ан­ти­ко­дон, ко­то­рый свя­зы­ва­ет­ся с ком­пле­мен­тар­ным ко­до­ном в мо­ле­ку­ле иРНК.

Це­поч­ка ин­фор­ма­ци­он­ной РНК обес­пе­чи­ва­ет опре­де­лён­ную по­сле­до­ва­тель­ность ами­но­кис­лот в це­поч­ке мо­ле­ку­лы белка. Время жизни ин­фор­ма­ци­он­ной РНК ко­леб­лет­ся от двух минут (как у неко­то­рых бак­те­рий) до несколь­ких дней (как, на­при­мер, у выс­ших мле­ко­пи­та­ю­щих). Затем ин­фор­ма­ци­он­ная РНК раз­ру­ша­ет­ся под дей­стви­ем фер­мен­тов, а нук­лео­ти­ды ис­поль­зу­ют­ся для син­те­за новой мо­ле­ку­лы ин­фор­ма­ци­он­ной РНК. Таким об­ра­зом, клет­ка кон­тро­ли­ру­ет ко­ли­че­ство син­те­зи­ру­е­мых бел­ков и их тип.

Трансляция пошагово:

По промокоду BIO92021 вы получите бесплатный доступ к курсу биологии 9 класса. Выберите нужный раздел и изучайте биологию вместе с домашней онлайн-школой «Фоксфорда»!

Резюме

Теперь вы знаете, что биосинтез необходим для выживания — без него клетка умрёт. Процесс биосинтеза белков включает в себя особые реакции, встречающиеся только в живой клетке, — это реакции матричного синтеза.

Син­тез белка со­сто­ит из двух эта­пов: тран­скрип­ции (об­ра­зо­ва­ние ин­фор­ма­ци­он­ной РНК по мат­ри­це ДНК, про­те­ка­ет в ядре клет­ки) и транс­ля­ции (эта ста­дия про­хо­дит в ци­то­плаз­ме клет­ки на ри­бо­со­мах). Эти этапы сменяют друг друга и состоят из последовательных процессов.

Источник

Биосинтез белка и генетический код: транскрипция и трансляция белка

Биосинтез белка и генетический код

Биосинтез белка — это ферментативный процесс синтеза белков в клетке, в котором принимают участие три структурных элемента клетки: ядро, цитоплазма и рибосомы.

Молекулы ДНК в ядре клетки сохраняют информацию обо всех белках, синтезирующихся в этой клетке. Эта информация находится в зашифрованном виде — шифруется 4-буквенным кодом.

Генетический код представляет собой последовательность расположения нуклеотидов в молекуле ДНК, определяющей последовательность аминокислот в молекуле белка.

Генетический код обладает следующими свойствами:

К примеру, такая кислота как цистеин кодируется при помощи триплета А-Ц-А. В отношении валина — это Ц-А-А.

Если взять аминокислоту тирозин, то она кодируется при помощи двух триплетов.

УАГ, УАА, УГА — три несодержательных кодона, не кодирующие аминокислоты. Предполагается, что они выступают в качестве стоп-сигналов, благодаря которым происходит разделение генов в молекуле ДНК.

Ген — участок молекулы ДНК, для которого свойственна определенная последовательность нуклеотидов. Ген определяет синтез одной полипептидной цепи.

Этапы биосинтеза белка: транскрипция и трансляция

Транскрипция белка

Этапы биосинтеза белка основаны на двух процессах: транскрипции и трансляции.

Самый популярный вопрос в рамках этой темы — где происходит синтез белка. И только потом разбираются с этапами синтеза белка (и схемой биосинтеза белка).

Любая белковая молекула имеет структуру, закодированную в ДНК. В ее синтезе эта ДНК не принимает непосредственного участия. Роль белковой молекулы — роль матрицы для синтеза РНК.

Далее охарактеризуем функции различных видов РНК в биосинтезе белка.

Где и как происходит биосинтез белка? Синтез белка происходит в, а точнее, синтез белка происходит на рибосомах — в основном они размещаются в цитоплазме. Поэтому, чтобы генетическая информация из ДНК передалась к месту, где белок синтезируется, необходим посредник.

Роль такого посредника играет иРНК.

Первый этап биосинтеза белка — транскрипция.

Транскрипция (переписывание) — процесс синтеза молекулы иРНК на одной цепи молекулы ДНК, в основе которого лежит принцип комплементарности.

Биосинтез белка происходит в рибосомах — с этим мы разобрались.

Где происходит транскрипция? Этот процесс осуществляется в ядре клетки.

Транскрипция происходит в одно и то же время не на всей молекуле ДНК — для этого достаточно одного небольшого участка, отвечающего за определенный ген. Часть двойной спирали ДНК раскручивается, и короткий участок одной из цепей оголяется. Роль матрицы в синтезе молекул иРНК выполняет этот же участок.

Далее в дело вступает фермент РНК-полимераза, который движется вдоль этой цепи. Он соединяет нуклеотиды в цепь иРНК, тем самым удлиняя ее.

Процесс транскрипции осуществляется одновременно на нескольких генах одной хромосомы и на генах разных хромосом.

иРНК, образованная в результате, имеет последовательность нуклеотидов — точную копию последовательности нуклеотидов на матрице.

Если молекула ДНК содержит азотистое основание цитозин, то иРНК — гуанин и наоборот. Комплементарная пара ДНК — аденин-тимин, РНК — аденин-урацил.

тРНК и рРНК (другие типы РНК) синтезируются на специальных генах.

Специальные триплеты строго фиксируют начало и конец синтеза всех типов РНК на матрице ДНК. Они же осуществляют контроль запуска и остановку синтеза (инициирующие и терминальные). Между генами они играют роль «разделительных знаков».

Аминокислоты соединяются с тРНК в цитоплазме. По своей форме молекула тРНК — лист клевера. Вверху этого листа находится антикодон: триплет нуклеотидов, отвечающий за кодировку аминокислоты (ее эта тРНК и переносит).

Количество тРНК определяется количеством аминокислот.

Так как много аминокислот кодируется при помощи нескольких триплетов, то количество тРНК превышает 20. Сегодня известно примерно 60 тРНК.

Ферменты — связующее звено между аминокислотами и тРНК. С помощью молекул тРНК осуществляется транспортировка аминокислот к рибосомам.

Кратко о трансляции в биологии

Что такое трансляция в биологии и как связан с трансляцией биосинтез белка?

В биологии трансляция — это процесс реализации информации о структуре белка, представленной в иРНК последовательностью нуклеотидов, как последовательности аминокислот в синтезируемой молекуле белка.

Как и где происходит биосинтез белка в рамках трансляции и какова схема синтеза белка?

Первый этап трансляции белка — присоединение иРНК к рибосоме. Далее трансляция в биологии — это нанизывание первой рибосомы, синтезирующей белок, на иРНК. Далее трансляция синтеза белка основывается на нанизывании новой рибосомы — по мере того, как предыдущая рибосома продвигается на конец иРНК, который освобождается.

Одна иРНК может одновременно вмещать свыше 80 рибосом, синтезирующих один и тот же белок.

Полирибосома или полисома — группа рибосом, соединенных с одной иРНК,

Информация, записанная на иРНК (а не рибосома), определяет вид синтезируемого белка. Разные белки могут синтезироваться одной и той же рибосомой. Рибосома отделяется от иРНК после того, как синтез белка завершается. Заключительный этап трансляции — это синтез белка или его поступление в эндоплазматическую сеть.

Рибосома включает две субъединицы: малую и большую. Присоединение молекулы иРНК происходит к малой субъединице. Место, в котором рибосома и иРНК контактируют, содержит 6 нуклеотидов (2 триплета). Из цитоплазмы к одному из триплетов постоянно подходят тРНК с различными аминокислотами. Своим антикодоном они касаются кодона иРНК. В случае комплементарности кодона и антикодона, возникает пептидная связь: она образуется между аминокислотой уже синтезированной части белка и аминокислотой, доставляемой тРНК.

Фермент синтетазы участвует в соединении аминокислот в молекулу белка. После отдачи аминокислоты молекула тРНК переходит в цитоплазму, в результате чего рибосома перемещается на один триплет нуклеотидов. Таким образом, происходит последовательный синтез полипептидной цепи. Этот процесс длится до момента достижения рибосомой одного из трех терминирующих кодонов: УАА, УАГ или УГА. Как только это происходит, синтез белка останавливается.

Последовательность того, как аминокислоты включаются в цепь белка, определяется последовательностью кодонов иРНК. В каналы эндоплазматического ретикулюма поступают синтезированные белки. Синтез одной молекулы белка в клетке происходит в течение 1-2 минут.

Схема синтеза белка выглядит следующим образом:

Из схемы биосинтеза белка выше вы можете понять, на чем осуществляется синтез белков, как происходит биосинтез белка, и что кроется за трансляцией и транскрипцией.

Также предлагаем изучить таблицу биосинтеза белка. Здесь описано, как осуществляется синтез белков в клетке, описываются кратко транскрипция и трансляция (этапы синтеза белка).

Таблица биосинтеза белка:

​​​​​​​

Из таблицы становится ясно, как проходит синтез белка, какие основные этапы синтеза белка, какова роль транскрипции в биосинтезе белка, где происходит синтез белков (место), а также кратко описаны стадии биосинтеза белка.

Таким образом мы охарактеризовали функции различных видов РНК в биосинтезе белков. На примере трансляции и транскрипции мы рассмотрели основные этапы биосинтеза белка.

Это информация о синтезе (биосинтезе) белка кратко.

Источник

Транскрипция (биология)

Транскрипция катализируется ферментом ДНК-зависимой РНК-полимеразой. РНК-полимераза движется по молекуле ДНК в направлении 3′ → 5′.

Если говорить о транскрипции белок-кодирующих участков, то единицей транскрипции бактерий является оперон – фрагмент молекулы ДНК, состоящий из промотора, транскрибируемой части (которая может содержать несколько белок-кодирующих последовательностей) и терминатора. У эукариот транскрибируемая часть обычно содержит одну белок-кодирующую последовательность.

Цепочка ДНК, которая служит шаблоном для достраивания РНК, называется некодирующей. Последовательность полученная в результате такого синтеза РНК будет идентична последовательности кодирующей цепочки ДНК (исключая замену тимина ДНК на урацил РНК) из-за принципа комплементарности.

Связанные понятия

Упоминания в литературе

Связанные понятия (продолжение)

70 нуклеотидов, иногда 80-100 нуклеотидов), богатый цитозином и бедными в гуанином, называемый ро-утилизационным сайтом (rut), синтезируемым в РНК, выше фактической последовательности терминатора. Были выявлены несколько связывающих последовательностей.

ДНК-метилтрансфера́зы (ДНК-метилазы, англ. DNA methyltransferase, DNA MTase, DNMT) — группа ферментов, катализирующих метилирование нуклеотидных остатков в составе ДНК. Активность метилтрансфераз, заключающаяся в переносе метильных (CH3—) групп на азотистое основание цитозин в составе ДНК, ведет к изменению свойств ДНК, при этом изменяется активность, функции соответствующих генов, а также пространственная структура нуклеиновой кислоты (конформация).

Источник

Транскрипция – определение, типы и функции

Определение транскрипции

Транскрипция относится к первому шагу ген выражение, где полимер РНК создается из матрицы ДНК. Эта реакция катализируется ферментами, называемыми РНК-полимеразами, и РНК-полимер антипараллелен и комплементарен матрице ДНК. Участок ДНК, который кодирует РНК-транскрипт, называется единицей транскрипции и может содержать более одного гена.

Эти РНК-транскрипты могут либо использоваться в качестве мессенджеров для управления синтезом белков, либо участвовать в ряде различных клеточных процессов. Эти функциональные или некодирующие РНК могут быть переносимыми РНК (тРНК ), рибосомная РНК (рРНК), или прямая регуляция генов посредством интерференции РНК (RNAi) и формирования гетерохроматина.

Функция транскрипции

Говорят, что жизнь на Земле началась с самореплицирующейся РНК, поскольку это единственный класс молекул, способных как к катализу, так и к переносу генетической информации. С развитием белки взяли на себя катализ, потому что они способны к большему разнообразию последовательностей и структур. Кроме того, связи на сахарофосфатном остове РНК уязвимы даже для незначительных изменений pH и могут подвергаться щелочному гидролизу. Таким образом, ДНК стала предпочтительной молекула для переноса генетической информации, поскольку она более стабильна и устойчива к деградации. Транскрипция поддерживает связь между этими двумя молекулами и позволяет клеткам использовать стабильный нуклеиновая кислота как генетический материал, сохраняя при этом большую часть своего механизма синтеза белка.

Кроме того, отделение ДНК от сайта для синтеза белка также защищает генетический материал от биохимических и биофизических стрессов сложных, многослойных процессов. Небольшие ошибки в РНК-транскрипте могут быть преодолены, поскольку молекула РНК имеет короткий период полураспада, но изменения в ДНК становятся наследственными мутациями. Кроме того, транскрипция добавляет еще один слой для сложной генной регуляции, особенно в вид с большими геномами, которые требуют незначительной корректировки метаболизма.

Механизм транскрипции

Транскрипция создает одноцепочечную молекулу РНК из двухцепочечной ДНК. Поэтому только информация в одной из цепей передается в нуклеотид последовательность РНК. Одна нить ДНК называется кодирующей нитью, а другая – матричной нитью. Механизм транскрипции взаимодействует с шаблоном, чтобы произвести мРНК чья последовательность напоминает кодирующую цепь. Другие названия для шаблонной цепи включают антисмысловую цепь и главную цепь.

Два разных гена на одной молекуле ДНК могут иметь кодирующие последовательности на разных цепях.

Транскрипционная активность особенно высока в фазах G1 и G2 клеточный цикл когда клетка либо восстанавливается после митоз или готовится к драматическим событиям следующего цикла деление клеток.

Инициация транскрипции

Транскрипция начинается со связывания RNAP в присутствии общих факторов транскрипции с промоторной областью перед сайтом начала транскрипции на ДНК. Прокариотическая РНКП связывается с сигма-фактором, тогда как эукариотическая РНК-полимераза может взаимодействовать с рядом факторов транскрипции, а также с белками-активаторами и репрессорами. Первоначально после связывания RNAP с областью промотора ДНК остается в двухцепочечной форме. Это называется «замкнутый комплекс» между ДНК и RNAP. После этого RNAP вместе с факторами транскрипции разматывает сегмент ДНК и взаимодействует с открытыми нуклеотидами в открытом комплексе, создавая «пузырь транскрипции». RNAP затем отправляется в путешествие по ДНК, сканируя сайт начала транскрипции внутри пузыря. Как только начальный сайт расположен, первые два нуклеотида транскрипта связываются друг с другом.

Побег из Промоутер

После добавления первых нескольких нуклеотидов в предполагаемый РНК-транскрипт РНКП вступает в критическую нестабильную фазу. Он может либо продолжать к продуктивной инициации, либо притягивать ДНК к себе, создавая сжатую открытую ДНК внутри полимеразы. Если RNAP перематывает нижнюю часть ДНК, предполагаемая РНК-транскрипт высвобождается, потому что комплекс ДНК-RNAP возвращается к своей первоначальной открытой конфигурации. Это называется неудачной инициацией.

Однако, если верхняя часть ДНК перематывается и выталкивается из фермента, RNAP продвигается вперед. Его взаимодействие с промоторной областью нарушается, и РНК-транскрипт достигает длины 14-15 нуклеотидов. Это называется побегом от промотора и сопровождается изменениями во взаимодействиях белок-белок и белок-ДНК. Некоторые транскрипционные факторы высвобождаются, и транскрипция движется к фазе удлинения.

Удлинение транскрипции

Как только образуется короткий РНК-олигонуклеотид из более чем 15 оснований, РНКП проходит вдоль цепи матричной ДНК. Стенограмма идентична кодирующей цепи, за исключением того, что в нуклеотидном остове вместо сахара содержится рибоза дезоксирибоза и пары оснований аденина с урацилом вместо тимин, RNAP может катализировать образование фосфодиэфирной связи между пятым атомом углерода входящего нуклеотида и третьим атомом углерода последнего нуклеотида в существующем транскрипте.

Поскольку молекула РНК имеет свободный фосфат, присоединенный к пятому углероду на первом нуклеотиде, и свободный гидроксильная группа говорят, что на третьем углероде последнего нуклеотида РНК транскрибируется в направлении от 5 ‘до 3’.

Завершение транскрипции

В отличие от репликации ДНК, где ДНК-полимераза продолжает добавлять нуклеотиды, пока не достигнет конца молекулы, транскрипция должна быть прекращена в определенном месте для эффективной регуляции и экспрессии генов. Прекращение прокариотической транскрипции может происходить через образование двухцепочечной области внутри РНК или под действием белка, называемого Rho.

Первый метод включает транскрипцию богатой G: C области, за которой следует цепочка урацилов, которые образуют слабые водородные связи с матричной ДНК. Обогащенная G: C область может зацикливаться на себе, образуя шпилеподобную структуру, блокирующую RNAP и механизм транскрипции. Это в сочетании с более слабыми связями между урацилом и матричной ДНК может отодвинуть РНК от механизма транскрипции и привести к терминации. Этот процесс также включает белок под названием NusA.

Rho-зависимая терминация транскрипции включает связывание белка Rho с последовательностью на транскрибируемой РНК. Эта последовательность, которая находится ниже по течению от перевод стоп кодоны Позволяет Rho связываться с РНК и перемещаться по транскрипту АТФ-зависимым образом. Когда он сталкивается с остановленным RNAP, он связывается с ферментом и заставляет транскрипт и связанный с ним механизм диссоциироваться от ДНК.

Прекращение эукариотической транскрипции гораздо менее изучено, и большая часть работы была сосредоточена на механизмах RNAP II. Терминация транскрипции у эукариот также связана с посттранскрипционными модификациями и процессингом перед экспортом зрелой РНК в цитоплазму.

Типы РНК-транскриптов

Традиционно были известны три типа транскриптов РНК – мессенджер РНК (мРНК), тРНК и рРНК – и все три тесно связаны с синтезом белка. Хотя мРНК определяет аминокислотную последовательность, тРНК и рРНК имеют решающее значение для механизма трансляции кода мРНК.

Полимеризация мРНК из ДНК-содержащих белков, кодирующих гены, катализируется РНК-полимераза II. Иногда белки, которые используются вместе, кодируются как единое целое в одной длинной молекуле мРНК, и это особенно распространено среди прокариот. Последовательности ДНК перед кодирующей последовательностью содержат сайты стыковки для механизма транскрипции, а также регуляторные факторы, которые модулируют время и количество транскрипционной активности. Затем мРНК модифицируют и обрабатывают для получения окончательного транскрипта, используемого для трансляции.

рРНК составляет почти пятьдесят процентов РНК клетки и транскрибируется РНК-полимеразой I в специализированных областях ядра, называемых ядрышками. Ядрышки представляют собой плотные сферические структуры вокруг локусов, кодирующих рРНК. Прокариотическая рРНК имеет три типа, а эукариотические рибосомы состоят из четырех типов рРНК, самая большая из которых содержит более 5000 нуклеотидов. Эти молекулы РНК определяют трехмерную структуру рибосом.

РНК-полимераза III катализирует транскрипцию предшественников тРНК в ядре. Промоторные последовательности, контролирующие экспрессию генов тРНК, могут быть внутригенными, расположенными внутри кодирующей последовательности гена. Предшественники тРНК подвергаются обширным модификациям, включая сплайсинг. Прокариотические тРНК сохраняют свою каталитическую активность и могут самостоятельно сплайсироваться, тогда как эукариотическая посттранскрипционная модификация осуществляется специальными эндонуклеазными ферментами. Эти эндонуклеазы распознают специфические структурные мотивы в тРНК, которые нацелены на последовательность для сплайсинга.

Различия между прокариотической и эукариотической транскрипцией

Прокариоты также имеют только одну РНК-полимеразу, чтобы катализировать все реакции транскрипции клетки, и один РНК-транскрипт может направлять синтез нескольких белков. Эти мРНК называются полицистронными мРНК. Часто все гены, участвующие в одном биохимическом пути, транскрибируются и транслируются вместе, что позволяет регулировать весь путь как единое целое. У эукариот поликистронная мРНК может быть обнаружена в хлоропластах.

викторина

1. Какие из этих свойств делают ДНК более стабильным генетическим материалом?A. Водородные связи между основаниями сильнееB. ДНК длиннее РНКC. Наличие тиминовых основанийD. Стойкость к деградации в результате щелочного гидролиза

Ответ на вопрос № 1

D верно. Сахарная цепь ДНК содержит дезоксирибозу, что делает ее более устойчивой к деградации в результате щелочного гидролиза. Водородные связи не особенно прочны в ДНК по сравнению с РНК, несмотря на изменения в базовых составах.

2. Каков размер ядерной поры у эукариот?A. Менее 10 нмB. Более 10 нмC. Более 2000 нмD. 25-30 нм

Ответ на вопрос № 2

верно. Ядерные поры имеют размер 5-10 нм. Многие белки имеют размер более 10 нм, размер рибосом составляет 25-30 нм, а полностью конденсированных хромосом – более 2000 нм. Ядерные поры действуют как эффективные сита, которые контролируют движение макромолекул в ядро ​​и из него.

3. Что из этого НЕ является особенностью экспрессии генов прокариот?A. Сопряженная транскрипция и переводB. Обширная посттранскрипционная модификация РНК-транскриптаC. Сигма-фактор для инициации транскрипцииD. Ни один из вышеперечисленных

Ответ на вопрос № 3

В верно. Отсутствие ядерной оболочки позволяет связывать прокариотическую транскрипцию и трансляцию, а транскрипция инициируется сигма-факторами. Однако, в отличие от экспрессии гена эукариот, РНК-транскрипт у прокариот имеет меньше интронов и не подвергается значительной модификации.

Источник