Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Транскрипция - это процесс копирования ДНК в РНК , обычно мРНК .

Бактериальная транскрипция - это процесс, в котором сегмент бактериальной ДНК копируется во вновь синтезированную цепь матричной РНК (мРНК) с использованием фермента РНК-полимеразы . Процесс происходит в три основных этапа: начало, удлинение и завершение; и конечным результатом является цепь мРНК, которая комплементарна одной цепи ДНК. Как правило, транскрибируемая область составляет более одного гена. [1] Фактически, многие прокариотические гены встречаются в оперонах , которые представляют собой серию генов, которые работают вместе, чтобы кодировать один и тот же белок или генный продукт, и контролируются одним промотором . [2]Бактериальная РНК-полимераза состоит из четырех субъединиц, и когда присоединяется пятая субъединица, называемая σ-фактором, полимераза может распознавать специфические связывающие последовательности в ДНК, называемые промоторами . [3] Связывание σ-фактора с промотором является первым шагом в инициации. Как только σ-фактор высвобождается из полимеразы, удлинение продолжается. [4] Полимераза продолжает движение вниз по двунитевой ДНК, раскручивая ее и синтезируя новую цепь мРНК, пока не достигнет сайта терминации. Есть два механизма завершения, которые более подробно обсуждаются ниже. Для правильной экспрессии гена требуется терминация в определенных сайтах . [5]Экспрессия гена определяет, сколько генного продукта, такого как белок, производится геном. [2] Транскрипция осуществляется РНК-полимеразой, но ее специфичность контролируется специфичными для последовательности ДНК-связывающими белками, называемыми факторами транскрипции . Факторы транскрипции работают для распознавания конкретных последовательностей ДНК и, в зависимости от потребностей клеток, способствуют или ингибируют дополнительную транскрипцию. [6]

Бактериальная транскрипция отличается от эукариотической транскрипции несколькими способами. У бактерий транскрипция и трансляция могут происходить одновременно в цитоплазме клетки, тогда как у эукариот транскрипция происходит в ядре, а трансляция происходит в цитоплазме. [7] Существует только один тип бактериальной РНК-полимеразы, тогда как у эукариот есть 3 типа. [2] У бактерий есть σ-фактор, который обнаруживает и связывается с промоторными сайтами, но эукариотам не нужен σ-фактор. Вместо этого у эукариот есть факторы транскрипции, которые позволяют узнавать и связывать промоторные сайты. [2]

В целом, транскрипция в бактериях - это строго регулируемый процесс, который контролируется интеграцией множества сигналов в определенный момент времени. Бактерии в значительной степени полагаются на транскрипцию и трансляцию, чтобы генерировать белки, которые помогают им специфически реагировать на окружающую среду. [4]

РНК-полимераза [ править ]

РНК-полимераза состоит из ядра и холоферментной структуры. Основные ферменты обладают каталитическими свойствами РНК-полимеразы и состоят из субъединиц ββ′α2ω. Эта последовательность сохраняется у всех видов бактерий. Холоэнзим состоит из особого компонента, известного как сигма-фактор. Сигма-фактор способствует распознаванию промотора, правильному размещению РНК-полимеразы и началу раскручивания в стартовом сайте. После того, как сигма-фактор выполняет свою необходимую функцию, он диссоциирует, в то время как каталитическая часть остается на ДНК и продолжает транскрипцию. [4]Кроме того, РНК-полимераза содержит основной ион Mg +, который помогает ферменту проявлять его каталитические свойства. РНК-полимераза работает, катализируя нуклеофильную атаку 3 'ОН РНК на альфа-фосфат комплементарной молекулы NTP, чтобы создать растущую цепь РНК из цепочки-матрицы ДНК. Кроме того, РНК-полимераза также проявляет экзонуклеазную активность, что означает, что при обнаружении неправильного спаривания оснований она может вырезать неправильные основания и заменить их правильными. [8]

Инициирование [ править ]

Для инициации транскрипции требуются промоторные области, которые представляют собой специфические нуклеотидные консенсусные последовательности, которые сообщают σ-фактору на РНК-полимеразе, где связываться с ДНК. [1] Промоторы обычно расположены на расстоянии 15–19 оснований друг от друга и чаще всего располагаются выше контролируемых ими генов. [2] [1] РНК-полимераза состоит из 4 субъединиц, которые включают две альфа, бета и простую бета (α, α, β и β '). Пятая субъединица, сигма (называемая σ-фактором), присутствует только во время инициации и отделяется до удлинения. Каждая субъединица играет роль в инициации транскрипции, и σ-фактор долженприсутствовать, чтобы инициация произошла. Когда присутствует весь σ-фактор, РНК-полимераза находится в своей активной форме и называется холоэнзимом. Когда σ-фактор отделяется, он находится в форме полимеразы ядра. [4] [1] σ-фактор распознает промоторные последовательности в областях -35 и -10, и транскрипция начинается в стартовом сайте (+1). Последовательность области -10 представляет собой TATAAT, а последовательность области -35 - TTGACA. [1]

  • Σ-фактор связывается с областью промотора -35. На этом этапе холоэнзим называют закрытым комплексом, потому что ДНК все еще является двухцепочечной (соединенной водородными связями). [4]
  • Как только σ-фактор связывается, оставшиеся субъединицы полимеразы присоединяются к сайту. Высокая концентрация аденин-тиминовых связей в области -10 облегчает раскручивание ДНК. На этом этапе холоэнзим называется открытым комплексом . [9] Этот открытый комплекс также называют пузырем транскрипции . [7] Транскрибируется только одна цепь ДНК, называемая цепочкой-матрицей (также называемая некодирующей цепью или бессмысленной / антисмысловой цепью). [2]
  • Начинается транскрипция, и образуются короткие « прерванные » нуклеотидные последовательности длиной примерно 10 пар оснований. Эти короткие последовательности представляют собой нефункциональные части РНК, которые продуцируются и затем высвобождаются. [1] Как правило, эта нуклеотидная последовательность состоит примерно из двенадцати пар оснований и способствует стабильности РНК-полимеразы, чтобы она могла продолжаться вдоль цепи ДНК. [8]
  • Σ-фактор необходим для инициации транскрипции, но не нужен для продолжения транскрипции ДНК. Σ-фактор диссоциирует от основного фермента, и удлинение продолжается. Это сигнализирует об окончании фазы инициации, и холофермент теперь находится в форме ядра полимеразы. [4]
Прерывистый цикл происходит до высвобождения сигма-фактора

Промоторная область является основным регулятором транскрипции. Промоторные области регулируют транскрипцию всех генов в бактериях. В результате их участия последовательность пар оснований в промоторной области является значительной; Чем больше промоторная область похожа на консенсусную последовательность, тем более плотная РНК-полимераза сможет связываться. Это связывание способствует стабильности стадии элонгации транскрипции и в целом приводит к более эффективному функционированию. Кроме того, РНК-полимераза и σ-факторы находятся в ограниченном количестве в любой конкретной бактериальной клетке. Следовательно, эти ограничения влияют на связывание σ-фактора с промотором. Все промоторные области содержат последовательности, которые считаются неконсенсусными, и это помогает распределить σ-факторы по всему геному. [10]

Удлинение [ править ]

Во время элонгации РНК-полимераза скользит вниз по двунитевой ДНК, раскручивая ее и транскрибируя (копируя) ее нуклеотидную последовательность во вновь синтезированную РНК. Движение комплекса РНК-ДНК важно для каталитического механизма РНК-полимеразы. Кроме того, РНК-полимераза увеличивает общую стабильность этого процесса, действуя как связующее звено между цепями РНК и ДНК. [11] Новые нуклеотиды, комплементарные цепи матрицы ДНК, добавляются к 3 'концу цепи РНК. [4] Новообразованная цепь РНК практически идентична кодирующей цепи ДНК (смысловая цепь или нематричная цепь), за исключением того, что у нее есть урацил, замещающий тимин, и скелет сахара рибозы вместо остова сахара дезоксирибозы. Потому чтонуклеозидтрифосфаты (NTP) должны присоединяться к молекуле ОН- на 3'-конце РНК, транскрипция всегда происходит в направлении от 5 'к 3' . Четыре NTP - это аденозин-5'-трифосфат ( ATP ), гуанозид-5'-трифосфат ( GTP ), уридин-5'-трифосфат ( UTP ) и цитидин-5'-трифосфат ( CTP ). [9] Присоединение NTP к 3'-концу транскрипта РНК обеспечивает энергию, необходимую для этого синтеза. [2] NTP также являются молекулами, производящими энергию, которые обеспечивают топливо, которое запускает химические реакции в клетке. [4]

Множественные РНК-полимеразы могут быть активными одновременно, что означает, что многие цепи мРНК могут быть произведены очень быстро. [2] РНК-полимераза быстро перемещается по ДНК со скоростью примерно 40 оснований в секунду. Из-за быстрого характера этого процесса ДНК непрерывно разматывается перед РНК-полимеразой, а затем снова наматывается, когда РНК-полимераза продвигается дальше. [11] [1] Полимераза имеет механизм проверки, который ограничивает количество ошибок примерно до 1 из 10 000 транскрибированных нуклеотидов. [12] РНК-полимераза имеет более низкую точность (точность) и скорость, чем ДНК-полимераза . [2] ДНК-полимераза имеет совершенно другой механизм проверки, который включает в себя экзонуклеазную активность., что способствует более высокой точности воспроизведения. Последствия ошибки во время синтеза РНК обычно безвредны, тогда как ошибка в синтезе ДНК может быть вредной. [2]

Последовательность промотора определяет частоту транскрипции соответствующего гена. [1]

Прекращение действия [ править ]

Для правильной экспрессии гена транскрипция должна останавливаться на определенных сайтах. Хорошо известны два механизма завершения:

  • Внутренняя терминация (также называемая Rho-независимой терминацией ): определенные нуклеотидные последовательности ДНК сигнализируют РНК-полимеразе об остановке. Последовательность обычно представляет собой палиндромную последовательность, которая вызывает образование петли в цепи, которая останавливает РНК-полимеразу. [9] Как правило, этот тип прерывания следует той же стандартной процедуре. Пауза возникает из-за последовательности полиуридина, которая позволяет образовывать шпильку . Эта петля в виде шпильки будет способствовать образованию захваченного комплекса, который в конечном итоге вызовет диссоциацию РНК-полимеразы от цепи ДНК-матрицы и остановит транскрипцию. [8]
  • Rho-зависимая терминация: фактор ρ (rho-фактор) представляет собой терминаторный белок, который прикрепляется к цепи РНК и следует за полимеразой во время удлинения. [5] Как только полимераза приближается к концу транскрибируемого гена, она встречает серию нуклеотидов G, которая вызывает ее остановку. [1] Такое срывание позволяет rho-фактору догнать РНК-полимеразу. Затем белок rho вытягивает транскрипт РНК из матрицы ДНК, и вновь синтезированная мРНК высвобождается, завершая транскрипцию. [5] [1] Rho-фактор - это белковый комплекс, который также содержит геликазу.активности (способен раскручивать нити нуклеиновой кислоты). Он будет связываться с ДНК в богатых цитозином областях, и когда РНК-полимераза сталкивается с ним, образуется захваченный комплекс, вызывающий диссоциацию всех задействованных молекул и прекращение транскрипции. [8]

Прекращение транскрипции ДНК у бактерий может быть остановлено определенными механизмами, при которых РНК-полимераза будет игнорировать последовательность терминатора до тех пор, пока не будет достигнута следующая. Это явление известно как антитерминация и используется некоторыми бактериофагами . [13]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d e f g h i j "Прокариотическая транскрипция и перевод | Биология для майоров I" . course.lumenlearning.com . Проверено 6 октября 2019 .
  2. ^ a b c d e f g h i j Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М., Робертс К., Уолтер П. (2008). Молекулярная биология клетки (шестое изд.). Нью-Йорк: Наука Гарланд. ISBN 978-0-8153-4524-4.
  3. ^ Барти L (2017). Прокариотическая транскрипция . Основы биологии: биология 211, 212 и 213 . Откройте образовательные ресурсы штата Орегон . Проверено 8 октября 2019 .
  4. ^ a b c d e f g h Лодиш Х., Берк А., Зипурски С.Л., Мацудаира П., Балтимор Д., Дарнел Л. Дж. (2000). «Инициирование бактериальной транскрипции» . Молекулярная клеточная биология (4-е изд.).
  5. ^ a b c «Этапы транскрипции» . Ханская академия . Проверено 7 октября 2019 .
  6. ↑ Browning DF, Butala M, Busby SJ (сентябрь 2019 г.). «Бактериальные факторы транскрипции: регулирование с помощью Pick« N »Mix» . Журнал молекулярной биологии . 431 (20): 4067–4077. DOI : 10.1016 / j.jmb.2019.04.011 . PMID 30998934 . 
  7. ^ a b «15.2: Прокариотическая транскрипция» . Общая биология (OpenStax) . LibreTexts. 2015-11-02 . Проверено 8 октября 2019 .
  8. ^ а б в г Бембенек А., Зюзия-Грачик I (октябрь 2018 г.). «Верность репликации ДНК - вопрос вычитки» . Текущая генетика . 64 (5): 985–996. DOI : 10.1007 / s00294-018-0820-1 . PMC 6153641 . PMID 29500597 .  
  9. ^ a b c «7.6C: Прокариотическая транскрипция и трансляция связаны» . Общая биология (OpenStax) . LibreTexts. 2017-05-17 . Проверено 7 октября 2019 .
  10. ^ Browning DF, Басби SJ (январь 2004). «Регуляция инициации бактериальной транскрипции». Обзоры природы. Микробиология . 2 (1): 57–65. DOI : 10.1038 / nrmicro787 . PMID 15035009 . 
  11. ^ a b «Прокариотическая транскрипция» . Биология 2e . До н.э. Открытые учебники . Проверено 29 ноября 2019 .
  12. ^ Майло Р., Филлипс Р. "Какова частота ошибок при транскрипции и переводе?" . Клеточная биология в цифрах . Проверено 15 ноября 2019 .
  13. Перейти ↑ Lewin B, Krebs JE, Goldstein ES, Kilpatrick ST (2011). Гены Левина X (10-е изд.). Садбери, Массачусетс: Джонс и Бартлетт. ISBN 978-0-7637-6632-0. OCLC  456641931 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Бактериальная транскрипция - анимация
  • Видеоанимация с кратким изложением процесса