Trascrizione del DNA: processo e meccanismo di trascrizione del DNA

Leggi questo articolo per conoscere la trascrizione del DNA: processo e meccanismo della trascrizione del DNA

Il processo di copia delle informazioni genetiche da antisenso o modello di DNA nel RNA è chiamato trascrizione. È pensato per portare le informazioni codificate dal DNA al sito in cui è necessario per la sintesi proteica. I principi di complementarità sono usati anche nella trascrizione.

L'eccezione è che (i) l'uracile è incorporato al posto di timina opposta all'adenina del modello, (ii) viene trascritto solo il filo modello del DNA. Entrambi i filamenti di DNA non possono essere copiati in trascrizione perché ciò produrrà due tipi di proteine, una con sequenza corretta di amminoacidi e l'altra con sequenza inversa di amminoacidi.

Inoltre, se due RNA complementari sono prodotti simultaneamente, avrebbero la tendenza a formare RNA a doppio filamento con conseguente non trasformazione delle informazioni codificate in proteine. L'intero esercizio della trascrizione sembrerebbe quindi futile.

Trascrizione:

Il segmento del DNA che prende parte alla trascrizione è chiamato unità di trascrizione (Fig. 6.16). Ha tre componenti (i) un promotore, (ii) il gene strutturale e (iii) un terminatore. Oltre a un promotore, gli eucarioti richiedono anche un potenziatore. Il promotore si trova a monte del gene strutturale. Per convenzione si chiama 5 'end (del filamento di codifica che è 3' fine del template strand). La regione del terminatore è presente a valle del gene strutturale all'estremità 3 '(del filamento di codifica che è in realtà 5' all'estremità del filo del modello). Il promotore ha diverse parti per l'attaccamento a vari fattori di trascrizione.

In molti casi, il promotore ha una regione ricca di AT chiamata box TATA. L'area ha un solco a cui possono combinarsi componenti proteici specifici. La regione contenente TATA viene anche chiamata casella Pribnow dopo il nome del suo scopritore.

Il gene strutturale è un componente di quel filamento di DNA che ha polarità 3 '→ 5' (poiché la trascrizione può avvenire solo nella direzione 5 '→ 3'). Questo filamento di DNA è chiamato filo modello o filo principale o antisenso, o (-) filo. L'altro filo che ha una polarità di 5 '→ 3' viene spostato durante la trascrizione. Questo filone nontemplatico che non prende parte alla trascrizione è anche chiamato filamento senso o codifica o più (+) filo perché il codice genetico presente in questo filone è simile al codice genetico (basato sull'mRNA) tranne che l'uracile è sostituito dalla timina.

Meccanismo di trascrizione:

Negli eucarioti, la trascrizione avviene per tutta la fase I in cellule differenziate, ma più ancora nelle fasi G 1 e G 2 del ciclo cellulare all'interno del nucleo. A seconda del requisito, un gene strutturale può trascrivere da uno a numerose molecole di RNA. I prodotti di trascrizione si spostano nel citoplasma per la traduzione.

Nei procarioti, la trascrizione avviene a contatto con il citoplasma poiché il loro DNA si trova nel citoplasma. La trascrizione richiede una RNA polimerasi dipendente dal DNA. Gli eucarioti hanno tre RNA polimerasi, Pol I (Pol A) (per ribosomi o rRNA eccetto 5S rRNA), Pol II (per mRNA, snRNS) e Pol III (per trasferimento o tRNA, 5S rRNA e alcuni snRNA). Anche le RNA polimerasi eucariotiche richiedono fattori di trascrizione per l'iniziazione.

Diverse parti del DNA sono coinvolte nella trascrizione di vari acidi ribonucleici. I procarioti hanno solo una RNA-polimerasi che sintetizza tutti i tipi di RNA. La Rna polimerasi di Escherichia coli ha cinque catene polipeptidiche β, β ', α, α' e un fattore σ (sigma). L'oloenzima ha un peso molecolare di 4, 50.000. Sigma o un fattore riconosce il segnale di avvio o la regione del promotore (scatola TATA) del DNA.

La parte dell'enzima polimerasi meno il fattore ñ è chiamata enzima core (Figura 6.17). I polipeptidi α e α'sono protettivi mentre β e β 'sono di natura catalitica.

Per terminare la trascrizione è necessario un fattore di termine chiamato fattore Rho (p). Sono necessari anche un certo numero di altri fattori: per lo srotolamento del duplex del DNA, la stabilizzazione del filamento del DNA non svolto, l'accoppiamento di basi, la separazione e l'elaborazione dell'RNA trascritto.

1. Attivazione di nucleotidi Ribo:

I ribonucleotidi si differenziano dai desossiribonucleotidi per avere zucchero ribosio invece di zucchero desossiribosio. La timidina monofosfato è sostituita dall'uridina monofosfato. I quattro tipi di ribonucleotidi sono adenosina monofosfato (AMP), guanosina monofosfato (GMP), uridina monosfosfato (UMP) e citidina monofosfato (CMP). Si verificano liberamente nel nucleoplasma. Prima della trascrizione, i nucleotidi vengono attivati ​​attraverso la fosforilazione. L'enzima fosforilasi è richiesto insieme all'energia. I ribonucleotidi attivati ​​o fosforilati sono adenosina trifosfato (ATP), guanosina trifosfato (GTP), uridina trifosfato (UTP) e citidina trifosfato (CTP).

2. Template DNA:

Su segnali specifici, segmenti di DNA corrispondenti a uno o più cistroni diventano de-repressi e pronti a trascrivere. Ciascun segmento di trascrizione del DNA di questo tipo ha una regione promotore, un sito di iniziazione, una regione codificante e una regione terminatore. La trascrizione inizia dal sito di iniziazione e termina nella regione del terminatore. Una regione di promotore ha sito di riconoscimento della polimerasi di RNA e sito di legame della polimerasi di RNA.

L'apertura della catena si verifica nella regione occupata dai nucleotidi TATAATG (scatola TATA) nella maggior parte dei procarioti. Gli enzimi necessari per la separazione a catena sono non legati, girasi e proteine ​​leganti a filamento singolo. La regione di terminazione ha una sequenza di base di poli A o una sequenza palindromica (sequenza di basi identica che gira in direzioni opposte nelle due catene di DNA).

La RNA polimerasi (comune nei procarioti e specifica negli eucarioti) si lega alla regione del promotore. I due filamenti di DNA si srotolano progressivamente dal sito di legame della polimerasi. Uno dei due filamenti di DNA (3'- »5 ') funziona come modello per la trascrizione dell'RNA. Si chiama master, modello o filo antisenso. La formazione del trascritto avviene in direzione 5 '-> 3'.

3. Accoppiamento base:

I ribofluososidi trifosfati presenti nel terreno circostante si trovano di fronte alle basi di azoto del modello di DNA (filo antisenso). Formano coppie complementari, U opposta A, A opposta a T, ó opposta a G, e G opposta a C. Un pirofosfato viene rilasciato da ciascun ribonucleoside trifosfato per formare il ribonucleotide. Il pirofosfato viene idrolizzato con l'aiuto dell'enzima pirofosfatasi. Rilascia energia.

4. Formazione a catena:

Con l'aiuto della RNA polimerasi i ribo-nucleotidi adiacenti trattenuti sul modello di DNA si uniscono per formare una catena di RNA. Nei procarioti, una singola polimerasi riconosce il promotore e la regione di iniziazione. Negli eucarioti, ci sono fattori di trascrizione separati e RNA polimerasi per l'attivazione della trascrizione. Quando inizia la formazione della catena di RNA, il fattore sigma (a) dell'RNA polimerasi procariota si separa. L'RNA polimerasi (nucleo enzimatico) si muove lungo la sagoma del DNA causando l'allungamento della catena di RNA alla velocità di circa 30 nucleotidi al secondo. La sintesi dell'RNA si interrompe non appena la polimerasi raggiunge la regione terminatore. Per questo è necessario il fattore Rho (p). La regione del terminatore ha un segnale di arresto. Possiede anche 4-8 A-nucleotidi.

5. Separazione di RNA:

La terminazione o il fattore rho ha attività ATP-ase (Roberts, 1976). Aiuta nel rilascio della catena di RNA completata. L'RNA rilasciato è chiamato trascrizione primaria. Viene elaborato per formare RNA funzionali. In molti procarioti, alcuni dei geni strutturali delle funzioni correlate sono raggruppati in operoni. Un operone è trascritto come una singola unità. Tale unità di trascrizione produce un mRNA policistronico. Negli eucarioti, l'unità di trascrizione produce un mRNA mono-cistronico.

6. Formazione duplex. Dopo il rilascio della trascrizione primaria, i due filamenti di DNA stabiliscono collegamenti tra coppie di basi complementari. Giroscopi, unwindases e proteine ​​SSB vengono rilasciati. Di conseguenza, la doppia forma elicoidale del DNA viene ripresa.

7. Elaborazione post-trascrizione:

La trascrizione primaria è spesso più grande degli RNA funzionali. Questa trascrizione primaria è chiamata RNA nucleare eterogeneo o hnRNA, specialmente in caso di mRNA. L'elaborazione post-trascrizione è necessaria per convertire il trascritto primario di tutti i tipi di RNA in RNA funzionali (Fig. 6.18). È di quattro tipi:

(i) Scollatura:

I precursori di RNA più grandi vengono scissi per formare RNA più piccoli. La trascrizione primaria dell'rRNA è 45 S negli eucarioti. È diviso in due parti per formare il seguente:

La trascrizione primaria viene anche scissa dalla rfoonucleasi-P (un enzima RNA). Una trascrizione primaria può formare 5-7 tRNA precursori.

(ii) Splicing:

Le trascrizioni eucariotiche possiedono segmenti extra chiamati introni o sequenze intermedie o sequenze non codificanti. Non appaiono nell'RNA maturo o processato. Le sequenze di codifica funzionali sono chiamate esoni. Lo splicing è la rimozione di introni e la fusione di esoni per formare RNA funzionali. Ogni introne inizia con dinucleotide GU e termina con dinucleotide AG (regola GU-AG).

Sono riconosciuti dai componenti dell'apparato di giuntura di Sn-RNP (pronunciato come snurps) o di piccole ribonucleoproteine ​​nucleari (cioè Ul, U2, U4, U5, U6). Un complesso chiamato spliceosome è formato tra 5 'end (GU) e 3' end (AG) di introne. L'energia è ottenuta da ATR Rimuove l'introne. Gli esoni adiacenti sono riuniti. Le estremità sono sigillate con ligasi di RNA (Fig 6.18).

Gli introni non sono recenti. Sono apparsi quando il macchinario genetico RNA-centrico era a posto. Pertanto, i geni divisi e le trascrizioni split sono antiche caratteristiche del sistema genetico. Lo splicing continua a essere funzione catalitica mediata dall'RNA. Molti altri processi dipendenti dall'RNA stanno venendo alla luce.

(iii) Terminal Additions (Capping and Tailing):

Ulteriori nucleotidi vengono aggiunti alle estremità degli RNA per funzioni specifiche, ad es. Segmento CCA in tRNA, nucleotidi a capsula all'estremità 5 'di segmenti di mRNA o poli-A (200-300 residui) all'estremità 3' dell'mRNA. Il cappuccio è formato dalla modifica di GTP in 7-metil guanosina o 7mG.

(iv) Modifiche ai nucleotidi:

Sono più comuni nella tRNA-metilazione (es. Metil citosina, metil guanosina), deaminazione (ad es., Inosina da adenina), diidrouracile, pseudouracile, ecc.

Nei procarioti, l'mRNA non richiede alcuna elaborazione elaborata per diventare attivo. Inoltre, la trascrizione e la traduzione si verificano nella stessa regione. Risulta all'inizio della traduzione anche prima che l'mRNA sia completamente formato.

La sintesi in vitro dell'RNA è stata eseguita per la prima volta da Ochoa (1967).