Bilgi

6.3: RNA'nın Yapısı ve Transkripsiyonu - Biyoloji

6.3: RNA'nın Yapısı ve Transkripsiyonu - Biyoloji


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Öğrenme hedefleri

  • Ribonükleotitlerin biyokimyasal yapısını tanımlar
  • RNA ve DNA arasındaki benzerlikleri ve farklılıkları açıklayın
  • Şablon olarak DNA kullanılarak RNA'nın nasıl sentezlendiğini açıklayın
  • Prokaryotlarda ve ökaryotlarda transkripsiyon arasında ayrım yapın
  • Protein sentezinde kullanılan üç ana RNA tipinin fonksiyonlarını tanımlayın
  • RNA'nın kalıtsal bilgi olarak nasıl hizmet edebileceğini açıklayın

Yapısal olarak konuşursak, ribonükleik asit (RNA), DNA'ya oldukça benzer. Bununla birlikte, DNA molekülleri tipik olarak uzun ve çift sarmallı iken, RNA molekülleri çok daha kısadır ve tipik olarak tek sarmallıdır. RNA molekülleri hücrede çeşitli roller üstlenir, ancak esas olarak protein sentezi (translasyon) ve düzenlenmesi sürecinde yer alır.

RNA Yapısı

RNA tipik olarak tek ipliklidir ve fosfodiester bağları ile bağlanan ribonükleotitlerden yapılır. RNA zincirindeki bir ribonükleotit, riboz (pentoz şekeri), dört azotlu bazdan (A, U, G ve C) biri ve bir fosfat grubu içerir. Şekerler arasındaki ince yapısal fark, DNA'ya ilave stabilite sağlayarak DNA'yı genetik bilginin depolanması için daha uygun hale getirirken, RNA'nın göreli kararsızlığı onu daha kısa vadeli işlevleri için daha uygun hale getirir.

RNA'ya özgü pirimidin urasil, adenin ile tamamlayıcı bir baz çifti oluşturur ve DNA'da kullanılan timin yerine kullanılır. RNA tek sarmallı olmasına rağmen, çoğu RNA molekülü türü, RNA sarmalı içindeki tamamlayıcı diziler arasında kapsamlı intramoleküler baz eşleşmesi gösterir ve işlevleri için gerekli olan öngörülebilir üç boyutlu bir yapı oluşturur (Şekil (PageIndex{1}) ve Şekil (PageIndex{2})).

Alıştırma (PageIndex{1})

RNA'nın yapısı DNA'nın yapısından nasıl farklıdır?

RNA'nın İşlevleri

DNA, hücresel bilgi ile ilgilenen iki temel fonksiyona hizmet eder. Birincisi, DNA kalıtımdan sorumlu olan genetik materyaldir ve dünyadaki tüm yaşam için ebeveynden yavruya aktarılır. Bu genetik bilginin bütünlüğünü korumak için DNA, DNA dizisinde değişikliklere neden olan minimum hatalarla büyük bir doğrulukla kopyalanmalıdır. Bir genom, bir hücre içindeki DNA'nın tam tamamlayıcısını içerir ve kromozomlar ve plazmitler üzerinde düzenlenen gen adı verilen daha küçük, ayrı birimler halinde düzenlenir. DNA'nın ikinci işlevi, belirli bir hücresel ortamda büyüme ve üreme için bir hücre için gerekli olan proteinlerin yapımını yönlendirmek ve düzenlemektir.

1961'de Fransız bilim adamları François Jacob ve Jacques Monod, DNA ile protein ürünleri arasında haberci RNA adını verdikleri bir aracının varlığını varsaydılar.1 Hipotezlerini destekleyen kanıtlar kısa süre sonra toplandı ve DNA'dan gelen bilginin RNA kullanılarak protein sentezi için ribozoma iletildiğini gösterdi. Doğrudan protein sentezine dahil olan üç ana RNA türü vardır: haberci RNA (mRNA), ribozomal RNA (rRNA) ve transfer RNA (tRNA). DNA, hücresel bilgilerin eksiksiz bir kütüphanesi olarak hizmet ediyorsa, mRNA, bir protein yapmak için talimatlar olarak hizmet eden belirli bir zamanda ihtiyaç duyulan belirli bilgilerin bir fotokopisi olarak hizmet eder. Diğer tipler, rRNA ve tRNA, mRNA'nın daha sonra bir proteine ​​dönüşen doğru amino asit dizisine kodunun çözülmesine yardımcı olmaya hizmet eder. Bir hücre içindeki proteinlerin, hücresel yapılar inşa etmek ve hücrelere belirli özelliklerini veren hücresel kimyasal reaksiyonlar için enzim katalizörleri olarak hizmet etmek de dahil olmak üzere birçok işlevi vardır.

Bir gen, transkripsiyon işlemi sırasında bir RNA (herhangi bir RNA türü) molekülü üretmek için "okunan" veya kopyalanan DNA'dan oluşur. Transkripsiyon ve çeviri süreçleri topluca gen ekspresyonu olarak adlandırılır. Gen ekspresyonu, gende kodlanmış bir amino asit dizisi ile spesifik bir proteinin sentezidir. DNA'dan RNA'ya ve proteine ​​genetik bilginin akışı, merkezi dogma tarafından tanımlanır (Şekil (PageIndex{3})). Moleküler biyolojinin bu merkezi dogması, Beadle ve Tatum'un “tek gen-bir enzim” hipotezinin arkasındaki mekanizmayı daha da aydınlatır.

Genotip ve Fenotip

Bir hücrenin genotipi, içerdiği genlerin tam koleksiyonudur, fenotip ise bu genlerden kaynaklanan gözlemlenebilir özellikler kümesidir. Fenotip, hücrenin genotipinden ve hücrenin çevresiyle olan etkileşimlerinden etkilenen, belirli bir zamanda hücre tarafından üretilen protein dizisinin ürünüdür. Genler, hücrede işlevleri olan proteinleri kodlar. Tek bir gen tarafından kodlanan spesifik bir proteinin üretimi, genellikle, o proteinin olmadığı fenotip ile karşılaştırıldığında hücre için farklı bir fenotip ile sonuçlanır. Bu nedenle, tek bir genin genotipine ve fenotipine atıfta bulunmak da yaygındır. Bir hücrenin genotipi sabit kalsa da, tüm genler proteinlerinin üretimini aynı anda yönlendirmek için kullanılmaz. Her zaman ifade edilen genler, kurucu genler olarak bilinir; bazı kurucu genler, hücrenin temel işlevleri için gerekli olduklarından, temizlik genleri olarak bilinirler.

Hücreler, genlerinin çoğunun ifadesini dikkatle düzenler, yalnızca bu proteinlere ihtiyaç duyulduğunda belirli proteinler yapmak için genleri kullanır (Şekil (PageIndex{4})). Bir hücrenin sentezlenmesi için belirli bir protein gerekiyorsa, bu ürün için gen "açılır" ve mRNA, transkripsiyon işlemi yoluyla sentezlenir. mRNA daha sonra çeviri işlemi sırasında kodladığı proteinin sentezini yönlendirmek için ribozomlar ve diğer hücresel makinelerle etkileşime girer. mRNA, hücrede, özellikle prokaryotik hücrelerde nispeten kararsızdır ve kısa ömürlüdür, bu da proteinlerin yalnızca ihtiyaç duyulduğunda yapılmasını sağlar.

Alıştırma (PageIndex{2})

  1. DNA'nın iki işlevi nedir?
  2. Bir hücrenin genotipini ve fenotipini ayırt eder.
  3. Hücreler nasıl aynı genotipe sahip olabilir, ancak fenotipleri farklı olabilir?

Transkripsiyon

Transkripsiyon işlemi sırasında, bir veya daha fazla genin DNA dizisinde kodlanan bilgiler, aynı zamanda bir RNA transkripti olarak da adlandırılan bir RNA dizisine kopyalanır. Adenin (A), sitozin (C), guanin (G) ve urasil (U) bazlarını içeren ribonükleotitlerden oluşan sonuçtaki tek iplikli RNA molekülü, orijinal DNA dizisinin mobil moleküler bir kopyası olarak işlev görür. Prokaryotlarda ve ökaryotlarda transkripsiyon, RNA sentezi bölgesinde kısmen gevşemesi için DNA çift sarmalını gerektirir. Çözülmemiş bölgeye transkripsiyon balonu denir. Belirli bir genin transkripsiyonu, her zaman, bir şablon görevi gören iki DNA zincirinden birinden, antisens iplikçik olarak adlandırılır. RNA ürünü, DNA'nın şablon zincirini tamamlayıcıdır ve şablon olmayan DNA zinciri veya duyu zinciri ile hemen hemen aynıdır. Tek fark, RNA'da T nükleotidlerinin tamamının U nükleotidleri ile değiştirilmesidir; RNA sentezi sırasında, tamamlayıcı antisens dizisinde bir A olduğunda U dahil edilir.

Bakterilerde Transkripsiyon

Bakteriler, tüm genlerini kopyalamak için aynı RNA polimerazı kullanır. DNA polimeraz gibi, RNA polimeraz da büyüyen nükleotit zincirinin 3'-OH grubuna nükleotitleri birer birer ekler. DNA polimeraz ve RNA polimeraz arasındaki aktivitedeki kritik bir fark, üzerine nükleotidlerin ekleneceği bir 3'-OH gereksinimidir: DNA polimeraz böyle bir 3'-OH grubu gerektirir, dolayısıyla bir primer gerektirir, oysa RNA polimeraz gerektirmez. Transkripsiyon sırasında, büyüyen RNA zincirine DNA şablon zincirine tamamlayıcı bir ribonükleotit eklenir ve yeni nükleotit ile son eklenen arasında dehidrasyon sentezi ile bir kovalent fosfodiester bağı oluşturulur.

Başlatma

Transkripsiyonun başlatılması, transkripsiyon makinesinin bağlandığı ve transkripsiyonu başlattığı bir DNA dizisi olan bir promotörde başlar. İlk 5' RNA nükleotitinin kopyalandığı bölgeye karşılık gelen DNA çift sarmalındaki nükleotit çifti, başlatma bölgesidir. Başlatma bölgesinden önceki nükleotidler "yukarı akış" olarak adlandırılırken, başlatma bölgesinden sonraki nükleotidler "aşağı akış" nükleotidleri olarak adlandırılır. Çoğu durumda, promotörler, düzenledikleri genlerin hemen yukarısında bulunur. Promotör dizileri bakteri genomları arasında farklılık gösterse de, birkaç element korunur. Başlatma bölgesinden (+1 olarak belirtilen) önceki DNA içindeki –10 ve –35 (yukarı akış) konumlarında, iki promotör konsensüs dizisi veya tüm promotörler ve çeşitli bakteri türleri arasında benzer olan bölgeler vardır. TATA kutusu olarak adlandırılan –10 konsensüs dizisi TATAAT'tır.

Uzama

Transkripsiyon fazındaki uzama, bir RNA polimeraz alt birimi polimerazdan ayrıldığında başlar ve çekirdek enzimin DNA şablonuna tamamlayıcı RNA'yı saniyede yaklaşık 40 nükleotid hızında 5' ila 3' yönünde sentezlemesine izin verir. Uzama ilerledikçe, DNA sürekli olarak çekirdek enzimin önünde çözülür ve onun arkasında yeniden sarılır (Şekil (PageIndex{5})).

Sonlandırma

Bir gen kopyalandığında, bakteriyel polimeraz DNA şablonundan ayrılmalı ve yeni yapılmış RNA'yı serbest bırakmalıdır. Bu, transkripsiyonun sonlandırılması olarak adlandırılır. DNA şablonu, sonlandırma sinyalleri olarak hareket eden tekrarlanan nükleotid dizilerini içerir ve RNA polimerazın durmasına ve DNA şablonundan salınmasına neden olarak RNA transkriptini serbest bırakır.

Alıştırma (PageIndex{3})

  1. RNA polimerazın σ faktörü, transkripsiyona başlamak için DNA'yı nereye bağlar?
  2. RNA polimerazın polimerizasyon aktivitesini başlatmak için ne oluşur?
  3. Transkripsiyonu sonlandıracak sinyal nereden geliyor?

Ökaryotlarda Transkripsiyon

Prokaryotlar ve ökaryotlar, birkaç önemli farkla temelde aynı transkripsiyon sürecini gerçekleştirir. Ökaryotlar, tümü yapısal olarak bakteriyel RNA polimerazdan farklı olan üç farklı polimeraz, RNA polimeraz I, II ve III kullanır. Her biri farklı bir gen alt kümesini kopyalar. İlginç bir şekilde, arke, ökaryotik RNA polimeraz II ile bakterideki karşılığına göre daha yakından ilişkili olan tek bir RNA polimeraz içerir. Ökaryotik mRNA'lar ayrıca genellikle monosistroniktir, yani her biri yalnızca tek bir polipeptidi kodlar, oysa bakteri ve arkelerin prokaryotik mRNA'ları genellikle polisistroniktir, yani çoklu polipeptidleri kodlarlar.

Prokaryotlar ve ökaryotlar arasındaki en önemli fark, ikincisinin protein sentezi için RNA moleküllerinin kullanım kolaylığını etkileyen zara bağlı çekirdeğidir. Bir çekirdeğe bağlı genlerle, ökaryotik hücre, protein kodlayan RNA moleküllerini çevrilecek sitoplazmaya taşımalıdır. Doğrudan RNA polimeraz tarafından sentezlenen RNA molekülleri olan protein kodlayan birincil transkriptler, bu RNA moleküllerini çekirdekten sitoplazmaya aktarıldıkları ve bir proteine ​​çevrildikleri süre boyunca bozulmadan korumak için birkaç işlem adımından geçmelidir. Örneğin ökaryotik mRNA'lar birkaç saat sürebilirken, tipik prokaryotik mRNA 5 saniyeden fazla sürmez.

Birincil transkript (pre-mRNA olarak da adlandırılır), işlenirken ve çekirdekten dışarı aktarılırken bozulmaya karşı korumak için önce RNA stabilize edici proteinlerle kaplanır. Birinci tip işleme, birincil transkript hala sentezlenirken başlar; Büyüyen transkriptin 5' ucuna 5' başlık adı verilen özel bir nükleotid eklenir. Bozunmayı önlemeye ek olarak, sonraki protein sentezinde yer alan faktörler, ribozomlar tarafından translasyonun başlatılmasına yardımcı olan kapağı tanır. Uzama tamamlandığında, başka bir işleme enzimi daha sonra poli-A kuyruğu olarak adlandırılan 3' ucuna yaklaşık 200 adenin nükleotidlik bir dizi ekler. Bu modifikasyon ayrıca pre-mRNA'yı bozulmadan korur ve transkriptin sitoplazmaya aktarılması gereken hücresel faktörlere sinyal gönderir.

Polipeptitleri kodlayan ökaryotik genler, ekson adı verilen kodlama dizilerinden oluşur (eski-on olduklarını belirtir eskipreslenmiş) ve intronlar olarak adlandırılan araya giren diziler (int-ron onların anlamına gelir intkalıcı rol). İntronlara karşılık gelen kopyalanmış RNA dizileri, fonksiyonel polipeptidin bölgelerini kodlamaz ve işlem sırasında pre-mRNA'dan çıkarılır. Protein sentezinden önce tüm intron kodlu RNA dizilerinin bir ön mRNA'dan tamamen ve kesin olarak çıkarılması önemlidir, böylece ekson kodlu RNA dizileri, fonksiyonel bir polipeptidi kodlamak için düzgün bir şekilde birleştirilir. İşlem, tek bir nükleotit tarafından bile hata verirse, yeniden birleştirilen ekzonların dizileri değiştirilir ve ortaya çıkan polipeptit, mutasyonlar bölümünde daha sonra tartışılacağı gibi, işlevsiz olur. İntron tarafından kodlanmış RNA dizilerinin çıkarılması ve ekzonlar tarafından kodlananların yeniden bağlanması işlemine RNA eklemesi denir ve küçük nükleer ribonükleo proteinleri (snRNP'ler) içeren bir spliceosome'un hareketi ile kolaylaştırılır. İntron kodlu RNA dizileri, hala çekirdekteyken ön mRNA'dan çıkarılır. Translasyona tabi tutulmasalar da intronların, gen regülasyonu ve mRNA taşınması dahil olmak üzere çeşitli işlevleri olduğu görülmektedir. Bu modifikasyonların tamamlanması üzerine, bir polipeptidi kodlayan mRNA olan olgun transkript, translasyon için sitoplazmaya yönlendirilen çekirdekten taşınır. İntronlar farklı şekilde eklenebilir, bu da nihai mRNA ürününe çeşitli ekzonların dahil edilmesi veya hariç tutulmasıyla sonuçlanır. Bu işlem, alternatif ekleme olarak bilinir. Alternatif eklemenin avantajı, tümü aynı DNA dizisinden türetilen farklı tipte mRNA transkriptlerinin oluşturulabilmesidir. Son yıllarda, bazı arkelerin pre-mRNA'larını birleştirme yeteneğine de sahip oldukları gösterilmiştir.

Şekil (PageIndex{6}): Ökaryotik mRNA, eklenmesi gereken intronlar içerir. Bir 5' başlık ve 3' poli-A kuyruk da eklenir.

Bu videodaki işlemi çalışırken izleyerek mRNA eklemenin nasıl gerçekleştiğini gözünüzde canlandırın. Burada RNA ekleme sırasında intronların nasıl çıkarıldığını görün.

Alıştırma (PageIndex{4})

  1. Ökaryotik hücrelerde, bir protein için bir genden alınan RNA transkripti, kopyalandıktan sonra nasıl değiştirilir?
  2. Eksonlar veya intronlar protein dizileri için bilgi içeriyor mu?

Diğer RNA'ların Rolü

Diğer iki RNA türü, rRNA ve tRNA, kararlı RNA türleridir. Prokaryotlarda ve ökaryotlarda, tRNA ve rRNA DNA'da kodlanır, daha sonra bireysel olgun RNA türlerini içeren daha küçük parçaları serbest bırakmak için kesilen uzun RNA moleküllerine kopyalanır. Ökaryotlarda, rRNA'nın sentezi, kesilmesi ve ribozomlara montajı çekirdeğin nükleol bölgesinde gerçekleşir, ancak bu faaliyetler prokaryotların sitoplazmasında meydana gelir. Bu RNA türlerinin hiçbiri bir polipeptidin sentezini yönlendirmek için talimatlar taşımaz, ancak protein sentezinde başka önemli roller oynarlar.

Ribozomlar rRNA ve proteinden oluşur. Adından da anlaşılacağı gibi, rRNA, ribozomların kütlece yaklaşık %60'ını oluşturan ve mRNA'nın bağlandığı yeri sağlayan, ribozomların ana bileşenidir. rRNA, mRNA, tRNA ve ribozomların uygun şekilde hizalanmasını sağlar; ribozomun rRNA'sı ayrıca bir enzimatik aktiviteye (peptidil transferaz) sahiptir ve protein sentezi sırasında hizalanmış iki amino asit arasında peptit bağlarının oluşumunu katalize eder. rRNA'nın uzun zamandır öncelikle yapısal bir role hizmet ettiği düşünülse de, ribozom içindeki katalitik rolü 2000 yılında kanıtlanmıştır.2 Yale Üniversitesi'ndeki Thomas Steitz (1940–) ve Peter Moore'un (1939–) laboratuvarlarındaki bilim adamları, ribozom yapısını Haloarcula marismortuiÖlü Deniz'den izole edilmiş halofilik bir arkeon. Bu çalışmanın önemi nedeniyle Steitz, 2009 Nobel Kimya Ödülü'nü ribozom yapısının anlaşılmasına önemli katkılarda bulunan diğer bilim insanlarıyla paylaştı.

Transfer RNA, üçüncü ana RNA türüdür ve en küçüklerinden biridir, genellikle sadece 70-90 nükleotit uzunluğundadır. Doğru amino asidi ribozomdaki protein sentezi bölgesine taşır. Sentezlenen polipeptit zincirine doğru amino asidin eklenmesine izin veren tRNA ve mRNA arasındaki baz eşleşmesidir (Şekil (PageIndex{7})). tRNA veya rRNA'daki herhangi bir mutasyon, hücre için küresel sorunlara yol açabilir, çünkü her ikisi de uygun protein sentezi için gereklidir (Tablo (PageIndex{1})).

Tablo (PageIndex{1}): RNA'nın Yapısı ve İşlevi
mRNArRNAtRNA
YapıDNA içinde kodlanmış bir gene karşılık gelen kısa, kararsız, tek sarmallı RNARibozomun kütlesinin %60'ını oluşturan daha uzun, kararlı RNA molekülleriKısa (70-90 nükleotid), kapsamlı intramoleküler baz eşleşmesine sahip stabil RNA; bir amino asit bağlanma bölgesi ve bir mRNA bağlanma bölgesi içerir
İşlevDNA ve protein arasında aracı görevi görür; ribozom tarafından kodladığı proteinin sentezini yönlendirmek için kullanılırProtein sentezi sırasında mRNA, tRNA ve ribozomun uygun şekilde hizalanmasını sağlar; amino asitler arasında peptit bağı oluşumunu katalize ederDoğru amino asidi ribozomdaki protein sentezi bölgesine taşır.

Alıştırma (PageIndex{5})

Protein sentezinde yer alan üç ana RNA molekülü türünün işlevleri nelerdir?

Kalıtsal Bilgi Olarak RNA

RNA, hücrelerde kalıtsal bilgi olarak hizmet etmese de, RNA, DNA içermeyen birçok virüs için bu işlevi yerine getirir. Bu nedenle, RNA'nın genetik bilgi olarak hizmet etmek için ek kapasiteye sahip olduğu açıktır. RNA tipik olarak hücreler içinde tek sarmallı olmasına rağmen, virüslerde önemli bir çeşitlilik vardır. Soğuk algınlığına neden olan rinovirüsler; grip virüsleri; ve Ebola virüsü tek sarmallı RNA virüsleridir. Çocuklarda ve diğer bağışıklığı baskılanmış kişilerde şiddetli gastroenterite neden olan rotavirüsler, çift sarmallı RNA virüslerinin örnekleridir. Ökaryotik hücrelerde çift sarmallı RNA yaygın olmadığı için, varlığı viral enfeksiyonun bir göstergesi olarak hizmet eder.

Anahtar Kavramlar ve Özet

  • Ribonükleik asit (RNA) tipik olarak tek ipliklidir ve pentoz şekeri olarak riboz ve timin yerine pirimidin urasil içerir. Bir RNA ipliği, üç boyutlu bir yapı almak için önemli molekül içi baz eşleşmesinden geçebilir.
  • Sırasında transkripsiyon, DNA'da kodlanan bilgiler RNA yapmak için kullanılır.
  • RNA polimeraz Büyüyen zincirin 3' ucuna tamamlayıcı RNA nükleotidleri ekleyerek DNA'nın antisens zincirini şablon olarak kullanarak RNA'yı sentezler.
  • RNA polimeraz, DNA'ya "a" adı verilen bir dizilimle bağlanır. destekçi sırasında transkripsiyonun başlatılması.
  • İlgili fonksiyonların proteinlerini kodlayan genler sıklıkla prokaryotlarda tek bir promotörün kontrolü altında kopyalanır ve bu da bir polisistronik mRNA çoklu polipeptidleri kodlayan molekül.
  • DNA polimerazın aksine, RNA polimeraz, nükleotidleri eklemek için bir 3'-OH grubuna ihtiyaç duymaz. astar başlatma sırasında gerekli değildir.
  • Transkripsiyonun Sonlandırılması bakterilerde, RNA polimeraz, polimerazın durmasına yol açan spesifik DNA dizileriyle karşılaştığında meydana gelir. Bu, DNA şablon zincirinden RNA polimerazın salınmasıyla sonuçlanır ve RNA transkripti.
  • Ökaryotlarda üç farklı RNA polimeraz bulunur. Ökaryotlar ayrıca, her biri yalnızca tek bir polipeptidi kodlayan monosistronik mRNA'ya sahiptir.
  • Ökaryotik birincil transkriptler, bir ekin eklenmesi de dahil olmak üzere çeşitli şekillerde işlenir. 5' kapak ve bir 3′-poli-A kuyruk, birlikte ekleme, çekirdekten taşınabilen ve bozulmadan korunan olgun bir mRNA molekülü oluşturmak için.
  • Hepsi protein sentezinde yer alan üç ana RNA türü vardır.
  • Messenger RNA'sı (mRNA), çeviri sırasında DNA ile protein ürünlerinin sentezi arasında aracı görevi görür.
  • Ribozomal RNA (rRNA), ribozomların ana bileşeni olan bir tür kararlı RNA'dır. Protein sentezi sırasında mRNA ve ribozomların düzgün hizalanmasını sağlar ve protein sentezi sırasında hizalanmış iki amino asit arasında peptit bağlarının oluşumunu katalize eder.
  • RNA'yı aktarın (tRNA), bir amino asidi ribozomdaki karşılık gelen protein sentezi bölgesine taşıyan küçük bir kararlı RNA türüdür. Sentezlenen polipeptit zincirine doğru amino asidin eklenmesine izin veren tRNA ve mRNA arasındaki baz eşleşmesidir.
  • RNA, hücrelerde uzun süreli genetik bilgi için kullanılmasa da, birçok virüs, genetik materyali olarak RNA'yı kullanır.

Dipnotlar

  1. 1 A. Zengin. "RNA Uyanış Çağı: İlk Yıllarda RNA'nın Yapısal Biyolojisi." Üç Aylık Biyofizik İncelemeleri 42 hayır. 2 (2009):117–137.
  2. 2 P. Nissen ve ark. "Peptit Bağ Sentezinde Ribozom Aktivitesinin Yapısal Temeli." Bilim 289 hayır. 5481 (2000):920–930.

39 Transkripsiyon: DNA'dan RNA'ya

Hem prokaryotlar hem de ökaryotlar, ökaryotlardaki zara bağlı çekirdeğin önemli farkı ile temelde aynı transkripsiyon sürecini gerçekleştirir. Çekirdeğe bağlanan genler ile hücrenin çekirdeğinde transkripsiyon gerçekleşir ve mRNA transkriptinin sitoplazmaya taşınması gerekir. Bakterileri ve arkeleri içeren prokaryotlar, zara bağlı çekirdeklerden ve diğer organellerden yoksundur ve transkripsiyon hücrenin sitoplazmasında meydana gelir.

Transkripsiyon, DNA çift sarmalının mRNA sentezi bölgesinde kısmen gevşemesini gerektirir. İşlemi başlatmak için transkripsiyona dahil olan proteinlerin ve enzimlerin bağlandığı DNA dizisine denir. destekçi. Çoğu durumda, promotörler, düzenledikleri genlerin yukarısında bulunur. Bir promotörün spesifik dizisi çok önemlidir, çünkü karşılık gelen genin her zaman mı, bazı zamanlar mı yoksa hemen hemen hiç kopyalanıp kopyalanmadığını belirler.

Şekil 2: Transkripsiyonun başlaması, DNA çözüldüğünde başlar ve bir transkripsiyon balonu oluşturur. Transkripsiyonda yer alan enzimler ve diğer proteinler, promotöre bağlanır. RNA transkripti ile DNA'nın şablon zinciri arasındaki baz eşleşmesine dikkat edin. Kimden: Wikimedia kamu malı.

Transkripsiyon her zaman iki DNA zincirinden birinden başlar. şablon dizisi. mRNA ürünü, şablon sarmalın tamamlayıcısıdır ve diğer DNA sarmalıyla hemen hemen aynıdır. şablon olmayan diziRNA'nın DNA'da bulunan timin (T) yerine bir urasil (U) içermesi dışında. Bu, bir DNA molekülü ile bir RNA molekülü arasındaki baz eşleştirme kurallarının şöyle olduğu anlamına gelir:

DNA RNA
A sen
T A
C G
G C

denilen bir enzim RNA polimeraz DNA replikasyonuna benzer bir şekilde DNA şablonuyla baz eşleştirmesi yaparak nükleotidleri ekleyerek DNA şablonu boyunca ilerler.

Şekil 3: Uzama sırasında, RNA polimeraz DNA şablonu boyunca izler, mRNA'yı 5' ila 3' yönünde sentezler ve gevşer ve okunduğu gibi DNA'yı geri sarar. Yine, DNA'nın şablon zinciri ile yeni oluşan RNA arasındaki baz eşleşmesine dikkat edin.

Bir gen kopyalandığında, RNA polimerazın DNA şablonundan ayrılması ve yeni yapılmış mRNA'yı serbest bırakması talimatının verilmesi gerekir.

Prokaryotik bir hücrede, transkripsiyon sona erdiğinde, transkripsiyon, kodlanmış proteinin kopyalarını yapmaya başlamak için zaten kullanılmış olurdu, çünkü transkripsiyon ve translasyon süreçleri, her ikisi de sitoplazmada meydana geldiğinden aynı anda meydana gelebilir (Şekil 4). Buna karşılık, transkripsiyon ve translasyon ökaryotik hücrelerde aynı anda gerçekleşemez çünkü transkripsiyon çekirdeğin içinde ve translasyon sitoplazmanın dışında meydana gelir.

Şekil 4: Çoklu polimerazlar, tek bir bakteri genini kopyalayabilirken, çok sayıda ribozom aynı anda mRNA transkriptlerini polipeptitlere çevirir. Bu şekilde, spesifik bir protein bakteri hücresinde hızla yüksek bir konsantrasyona ulaşabilir.


İçindekiler

Zayıflatıcılar, RNA yapısındaki değişikliği indükleyen molekül tipine göre sınıflandırılabilir. Transkripsiyon-zayıflama mekanizmalarının erken, belki de arke/bakteri ayrımından önce gelişmiş olması ve o zamandan beri bir dizi farklı algılayıcı molekül kullanmak üzere evrimleşmiş olması muhtemeldir (triptofan biyosentetik operonunun farklı organizmalarda üç farklı mekanizma kullandığı bulunmuştur.) [ 1]

Küçük molekül aracılı zayıflama (riboswitch'ler) Düzenle

Riboswitch dizileri (mRNA lider transkriptinde) amino asitler, nükleotidler, şekerler, vitaminler, metal iyonları ve mRNA'da konformasyonel bir değişikliğe neden olan diğer küçük ligandlar [2] gibi molekülleri bağlar. Bu zayıflatıcıların çoğu inhibitördür ve ekspresyonu karşılık gelen metabolitlerinin konsantrasyonu ile ters orantılı olan biyosentetik enzimler veya taşıyıcılar [2] için genler tarafından kullanılır. Örnek- Kobalamin biyosentezi, Döngüsel AMP-GMP anahtarı, lizin biyosentezi, glisin biyosentezi, floroid anahtarı vb.

T-kutuları Düzenle

Bu elementler, spesifik yüksüz tRNA'lar tarafından bağlanır ve karşılık gelen aminoasil-tRNA sentetaz operonlarının ekspresyonunu modüle eder. [1] Yüksüz tRNA'nın yüksek seviyeleri, yüklü tRNA'nın artan konsantrasyonlarına yol açan anti-terminatör dizisini teşvik eder. Bunlar, bazıları tarafından ayrı bir ribo anahtar ailesi olarak kabul edilir [3], ancak önceki zayıflatıcı sınıfından önemli ölçüde daha karmaşıktır.

Protein aracılı zayıflama Düzenle

Protein-RNA etkileşimleri, bir anti-terminatör yapının oluşumunu önleyebilir veya stabilize edebilir. [1]

Ribozom aracılı zayıflama Düzenle

Bu durumda RNA polimeraz (gecikmeli) ribozom aktivitesine bağlıdır, eğer ribozom yetersiz yüklü tRNA nedeniyle duraklarsa, anti-terminatör yapı tercih edilir. Kanonik zayıflatıcı örneği trp operon bu mekanizmayı E. koli.

RNA termometreleri Düzenle

Sıcaklığa bağlı döngü oluşumları, akış aşağı operonların ifadesinde sıcaklığa bağlılığı ortaya çıkarır. Bu tür öğelerin tümü, Shine-Dalgarno dizisinin erişilebilirliğini kontrol ederek, örneğin bir konakçıya girdikten sonra bazı bakterilerin patojenite adalarının ekspresyonu gibi, translasyona bağlı bir şekilde hareket eder. [2] [4] Son veriler, soğuk şok proteinlerinin akış yukarısında sıcaklığa bağlı alternatif ikincil yapıların (Rho'dan bağımsız sonlandırıcılar dahil) varlığını öngörmektedir. E. koli. [2]

Zayıflama ilk olarak Charles Yanofsky tarafından trp operonunda gözlemlendi. E. koli. [5] İlk gözlem iki ayrı bilimsel gerçekle bağlantılıydı. trp R (bastırıcı) genini devre dışı bırakan mutasyonlar, hala trp operonunun bir miktar düzenlemesini gösterdi (bu mutantlar, triptofan tarafından tamamen indüklenmedi/bastırılmadı). trp operon düzenlemesinin toplam aralığı yaklaşık 700 X'tir (açık/kapalı). trp baskılayıcı devre dışı bırakıldığında, trp'nin yokluğu veya varlığı ile kişi hala yaklaşık 10 X düzenlemesine sahiptir. trp operonunun başlangıç ​​dizisi belirlendiğinde, triptofan biyosentetik enzimler için bilinen yapısal genler için ORF'lerden hemen önce alışılmadık bir açık okuma çerçevesi (ORF) görüldü. Aşağıda gösterilen genel yapısal bilgiler, trp operon dizisinden gözlemlenmiştir.

İlk olarak Yanofsky, ORF'nin iki ardışık Trp kodonu içerdiğini ve proteinin yaklaşık 10X normal olan bir Trp yüzde bileşimine sahip olduğunu gözlemledi. İkincisi, bu bölgedeki mRNA, birbirini dışlayan iki ikincil yapı oluşturmasına izin verecek ikili simetri bölgeleri içeriyordu. Yapılardan biri tam olarak rho'dan bağımsız bir transkripsiyon sonlandırma sinyaline benziyordu. Diğer ikincil yapı oluşursa, bu ikincil yapının ve dolayısıyla sonlandırıcının oluşmasını engelleyecektir. Bu diğer yapıya "preemptor" denir.

Bir örnek trp bakterilerde gen. Bölgede yüksek düzeyde triptofan bulunduğunda bakterinin daha fazla sentezlemesi verimsizdir. RNA polimeraz bağlandığında ve transkripsiyon yaptığında trp gen, ribozom translasyona başlayacaktır. (Bu, RNA'nın translasyon başlamadan önce çekirdekten çıkması gereken ökaryotik hücrelerden farklıdır.) MRNA lider dizisi (5' UTR) ve trp operon gen dizisi arasında yer alan zayıflatıcı dizi, etki alanı 3'ün eşlenebildiği dört etki alanı içerir. etki alanı 2 veya etki alanı 4 ile.

Alan 1'deki zayıflatıcı dizi, triptofan gerektiren peptit sentezi için talimat içerir. Yüksek bir triptofan seviyesi, ribozomların zayıflatıcı sekans alanları 1 ve 2'yi çevirmesine izin vererek, 3 ve 4 alanlarının bir saç tokası yapısı oluşturmasına izin verir, bu da trp operonunun transkripsiyonunun sona ermesiyle sonuçlanır. Protein kodlayan genler, rho bağımsız sonlandırma nedeniyle kopyalanmadığından, triptofan sentezlenmez.

Buna karşılık, düşük bir triptofan seviyesi, ribozomun, etki alanı 1'de duracağı ve etki alanlarının 2 ve 3'ün, transkripsiyonun sonlandırılmasını işaret etmeyen farklı bir saç tokası yapısı oluşturmasına neden olacağı anlamına gelir. Bu nedenle, operonun geri kalanı kopyalanacak ve çevrilecek, böylece triptofan üretilebilir. Bu nedenle, etki alanı 4 bir zayıflatıcıdır. Alan 4 olmadan, triptofan seviyesinden bağımsız olarak çeviri devam edebilir. [6] Zayıflatıcı sekansın kodonları bir lider peptite çevrilmiştir, ancak trp operon gen sekansının bir parçası değildir. Zayıflatıcı, zayıflatıcı dizi alanlarının ilmek yapıları oluşturması için daha fazla zaman tanır, ancak daha sonraki triptofan sentezinde kullanılan bir protein üretmez.

Zayıflama, trp operonundaki ikinci bir negatif geri besleme mekanizmasıdır. TrpR baskılayıcısı transkripsiyonu 70 kat azaltırken, zayıflama onu 10 kat daha azaltabilir, böylece yaklaşık 700 kat birikmiş baskıya izin verir. Zayıflama, prokaryotlarda (çekirdeği olmayan) ribozomların mRNA'yı çevirmeye başlaması, RNA polimeraz ise DNA dizisini kopyalamaya devam etmesiyle mümkün olur. Bu, çeviri sürecinin operonun transkripsiyonunu doğrudan etkilemesine izin verir.

trp operonunun kopyalanan genlerinin başında, lider transkript (trpL) olarak adlandırılan 140 nükleotitlik bir dizi bulunur. Bu transkript, 1-4 olarak adlandırılan dört kısa diziyi içerir. Dizi 1, dizi 2'yi kısmen, dizi 3'ü kısmen, dizi 4'ü kısmen tamamlayıcıdır. Böylece, üç farklı ikincil yapı (firkete) oluşabilir: 1-2, 2-3 veya 3-4. 1-2 yapısını oluşturmak için iplik 1 ve 2'nin hibridizasyonu 2-3 yapısının oluşumunu engellerken, 2-3 oluşumu 3-4 oluşumunu engeller. 3-4 yapısı bir transkripsiyon sonlandırma dizisidir, bir kez RNA polimerazı oluşturduğunda DNA'dan ayrılacak ve operonun yapısal genlerinin transkripsiyonu gerçekleşmeyecektir.

Lider transkriptinin bir kısmı, lider peptit olarak adlandırılan 14 amino asitlik kısa bir polipeptit için kodlar. Bu peptit, triptofan oldukça nadir bir amino asit olduğundan (tipik bir E. coli proteinindeki yaklaşık yüz kalıntıdan biri triptofan olduğundan) alışılmadık olan iki bitişik triptofan kalıntısı içerir. Hücredeki triptofan seviyeleri düşükken ribozom bu peptidi çevirmeye çalışırsa, iki trp kodonundan birinde duracaktır. Dururken, ribozom, transkriptin 1. sırasını fiziksel olarak korur, böylece 1-2 ikincil yapıyı oluşturmasını engeller. Sekans 2 daha sonra 2-3 yapısını oluşturmak için sekans 3 ile hibritleşmekte serbesttir, bu daha sonra 3-4 sonlandırma firketesinin oluşumunu engeller. RNA polimeraz, tüm operonu kopyalamaya devam etmekte serbesttir. Hücredeki triptofan seviyeleri yüksekse, ribozom tüm lider peptidi kesintisiz olarak çevirecek ve sadece durdurma kodonunda çeviri sonlandırması sırasında duracaktır. Bu noktada ribozom, hem 1 hem de 2 dizilerini fiziksel olarak korur. Dizi 3 ve 4, böylece, transkripsiyonu sonlandıran 3-4 yapısını oluşturmakta serbesttir. Nihai sonuç, operonun, yalnızca triptofan ribozom için mevcut olmadığında, trpL transkripti yapısal olarak eksprese edildiğinde kopyalanacak olmasıdır.

Ribozomun bağlanmasını ve sentezinden hemen sonra lider transkriptin çevirisine başlamasını sağlamak için, trpL dizisinde bir duraklama bölgesi bulunur. Bu bölgeye ulaştığında, RNA polimeraz transkripsiyonu duraklatır ve görünüşe göre translasyonun başlamasını bekler. Bu mekanizma, zayıflamada kilit bir unsur olan transkripsiyon ve çevirinin senkronizasyonuna izin verir.

Benzer bir zayıflama mekanizması, histidin, fenilalanin ve treonin sentezini düzenler.

Bu mRNA ikincil yapısının ve trp lider peptidinin, trp biyosentetik enzimlerin transkripsiyonunu nasıl düzenleyebileceğine ilişkin önerilen mekanizma aşağıdakileri içerir.

  • RNAP, trp promotörünün transkripsiyonunu başlatır.
  • RNAP, ikincil bir yapıda (?yukarıda gösterilen ilki?) yaklaşık 90 nükleotidde duraklar.
  • Ribozomlar bu yeni oluşan mRNA'ya bağlanır ve lider peptidin çevirisini başlatır.
    • RNAP daha sonra duraklamasından "serbest bırakılır" ve transkripsiyona devam eder.
    • Ribozom, uygun tRNA'yı bekleyen tandem Trp kodonlarında durursa, bölge 1 ribozom içinde sekestre edilir ve bu nedenle bölge 2 ile baz çifti oluşturamaz. Bu, tek sarmallı yapıldığında bölge 4'ü zorlar, bölge 3/4 terminatör yapısının oluşmasını engeller. Daha sonra transkripsiyon devam edecektir.
    • Ribozom, lider peptidi tereddüt etmeden çevirirse, bölge 2'nin bir bölümünü kaplar ve bölge 3 ile baz eşleşmesini engeller. bir ca. 140 baz transkript.

    Ribozomların konumu, hangi alternatif ikincil yapıların oluşacağını belirler.

    Biyosentetik bir operondaki genlerin ekspresyonunu kontrol etmek için bu tip bir mekanizmanın keşfi, baskılayıcıların hiç keşfedilmediği çok çeşitli bu tür operonlarda yeniden keşfedilmesine yol açtı. Örneğin:

    operon lider peptit Madde
    histidin MTRVQFKHHHHHHHHPD durağı Histidin operon lideri
    treonin MKRISTTITTTITITTGNGAG durağı treonin operon lideri
    Ilv (GEDA) MTALLRVISLVVISVVVIIIPPCGAALGRGKA durağı
    IlvB MTTSMLNAKLLPTAPSAAVVVVRVVVVVVGNAP durağı
    lösin MSHIVRFTGLLLLNAFIVRGRPVGGIQH durağı Lösin operon lideri/Lactis-leu-phe lideri RNA motifi
    fenilalanin MKHIPFFFAFFFTFP durdurma Lactis-leu-phe lider RNA motifi

    MikroRNA işleme üzerine yapılan araştırmalar, Ökaryotlarda zayıflama sürecinin bir kanıtını gösterdi. Drosha 5'->3' eksonükleaz tarafından ortak transkripsiyonel endonükleolitik bölünmeden sonra XRN2, torpido mekanizması ile daha fazla transkripsiyonu sonlandırabilir.


    DNA ve RNA'nın Yapısı - planlama sayfası 2.6

    DNA ve RNA'nın yapısı için planlama sayfasıDNA Yapısını Anlamak (yeni kılavuz)Temel Soru(lar) Yaşam Öyküsü, DNA'nın yapısının Watson ve Crick tarafından keşfedilmesini konu alan ve yapıyı bulma yarışını anlatan bir BBC filmidir. Rosalind Franklin ve Wilkins, Watson ve Crick.TOK / Bilimin Doğası / IMSkills arasındaki gerilimlerin yanı sıra

    Bu sitenin tüm içeriğine erişmek için giriş yapmanız veya üye olmanız gerekir.


    Ökaryotlarda, mRNA'nın transkripsiyonu ve modifikasyonu yalnızca çekirdekte gerçekleşir. MRNA işlenmesinden sonra, olgun mRNA, bir nükleer gözenek yoluyla çekirdekten dışarı çıkar. İçinde sitozol , hücrenin çekirdeğin dışındaki sıvı gövdesi, olgun mRNA bir ribozoma bağlanır ve translasyondan geçer. Transkripsiyon ve translasyonun bu ayrımının, özellikle intronların pre-mRNA'dan çıkarılmasıyla gen düzenlemesi üzerinde daha büyük bir kontrol sağladığı düşünülmektedir. Ayrıca, DNA ve sitozol arasındaki nükleer zarfın fiziksel bariyeri nedeniyle ökaryotik DNA'nın mutasyonlara prokaryotlardan daha az duyarlı olduğu varsayılmaktadır.

    Tercüme

    Çevirinin başlatılması

    Çeviri Başlatma

    Çeviri, bir mRNA'ya bağlandığında başlar. küçük alt birim bir ribozomun . Ribozomlar proteinlerden ve başka bir RNA türünden oluşur. ribozomal RNA (veya rRNA). Translasyonun başlaması, rRNA, mRNA olarak bilinen belirli bir mRNA dizisine bağlandığında başlar. ribozom bağlanma yeri . Bu bağlantı, rRNA ve ve mRNA'nın bitişik R-nükleotitlerinin tamamlayıcı baz eşleşmesine dayanır ve bu, rRNA ve mRNA olarak bilinen özel proteinler tarafından yönlendirilir. başlatma faktörleri. Başlatma faktörlerinden biri aynı zamanda ilk tRNA'nın tRNA'ya bağlanması için bir yerleştirme istasyonu olarak da hizmet eder. kodonu başlat Tüm proteinlerin sentezi için AUG olan mRNA'nın tRNA'lar, mRNA'nın kodonuna bağlanan tamamlayıcı bir üçlü koda sahiptir. antikodon. İlk tRNA'nın antikodonu UAC'dir. İlk tRNA'ya eklenen amino asit, Metionin (Met)'dir. İlk metiyonin içeren tRNA'nın antikodonu (UAC), mRNA'nın (AUG) tamamlayıcı başlangıç ​​kodonu ile başarılı bir şekilde eşleştirildiğinde, ribozomun büyük alt birimi mRNA'ya bağlanır. İlk tRNA (antikodon, UAC ile birlikte), küçük ve büyük alt birimleri aralarına sıkıştırılmış mRNA ile birlikte kilitleyen bir anahtar gibi davranır. Her iki alt birim de eklendiğinde, başlatma faktörleri kaldırılır. İlk tRNA, ribozomun büyük alt biriminin bağlanmasını işaret ettikten sonra, sonraki tüm tRNA'lar, A bölgesinden büyük alt birime girer. Bir sonraki tRNA, mRNA'nın kodonunun ve tRNA'nın antikodonunun tamamlayıcı baz eşleşmesi nedeniyle A bölgesine girer. Kodon-antikodon eşleşmesi başarılı olduğunda, A bölgesindeki yeni tRNA, taşıdığı amino asit, P bölgesinde zaten mevcut olan amino aside bitişik olacak şekilde konumlandırılır. Bu yakınlık, bir Peptit bağı iki bitişik amino asit arasında oluşur.

    Çeviri uzaması

    İlk iki amino asit arasında peptit bağı oluştuğunda, mRNA üç baz çiftini A bölgesinden E bölgesine doğru hareket ettirir. İlk tRNA, P bölgesinden E bölgesine hareket eder ve ikinci tRNA, A bölgesinden P bölgesine hareket eder. Yeni bir tRNA, kodona dayalı tamamlayıcı baz eşleşmesi nedeniyle A bölgesine girer. A ve P bölgesindeki tRNA'lara bağlanan yeni komşu amino asitler arasında başka bir peptit bağı oluşur.

    Çeviri uzaması

    İkinci peptit bağı oluştuğunda, mRNA tekrar ribozom üzerinde aşağı doğru (5' ila 3') hareket eder. tRNA'lar A bölgesinden P bölgesine ve E bölgesine hareket eder. Bir sonraki hamlede E bölgesindeki tRNA ribozomdan çıkarılır. Uzama işlemi, mRNA bir sonlandırma sinyaline ulaşana kadar bu işlemi binlerce kez tekrarlar.

    çevirinin sona ermesi

    Çevirinin sona ermesi

    Sonlandırma sinyali, bir durdurma kodonu olarak bilinir. Diğer tüm kodonlardan farklı olarak, durdurma kodonunu tamamlayan tRNA, kendisine bağlı bir ilişkili amino asit içermez. Bu tRNA olarak bilinir serbest bırakma faktörü ve tRNA'yı P bölgesindeki amino aside bağlayan bağı kırarak polipeptit zincirini serbest bırakır. Protein ribozomdan salındığında, ribozomun tRNA'ları, mRNA'sı, büyük alt birimi ve küçük alt biriminin tümü demonte olur. Protein tamamen işlevseldir (daha fazla modifikasyon gerekmedikçe) ve mRNA daha fazla protein üreten translasyona tekrar girebilir.


    Videoyu izle: RNA nın yapısı ve özellikleri (Haziran 2022).


Yorumlar:

  1. Nemo

    Bence haklı değilsin. Hadi tartışalım.

  2. Monroe

    Demek istediğim haklı değilsin. Kanıtlayabilirim. Bana PM'de yaz.

  3. Murphy

    Yararlı Soru

  4. Faek

    onaylıyorum. Yukarıdakilerin hepsine katılıyorum. Bu konu hakkında konuşabiliriz.

  5. Almer

    Harika, bu komik bir şey



Bir mesaj yaz