DNA的转录是将脱氧核糖核酸中包含的信息复制为类似分子RNA的过程,既可以作为蛋白质合成的步骤,也可以作为参与DNA形成的RNA分子的过程重要的多个细胞过程(基因表达的调控,信号传导等)。
尽管并非所有生物体的基因都编码蛋白质,但确实是细胞的所有蛋白质,无论是真核还是原核,都由一个或多个基因编码,其中每个氨基酸都由一个或多个氨基酸代表。三个DNA碱基(密码子)的集合。
真核基因的加工(来源:Leonid 2 / CC BY-SA(https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)通过Wikimedia Commons)
归因于两个基本过程,发生了属于任何细胞蛋白的多肽链的合成:转录和翻译;以及 两者均受到严格监管,因为它们是任何生物机体功能的两个重要过程。
什么是DNA转录?
转录涉及从对应于要转录的基因的DNA区域中编码的“标准”序列形成称为“信使RNA”(mRNA)的RNA分子的“模板”。
此过程由称为RNA聚合酶的酶执行,该酶识别DNA序列中的特殊位置,与它们结合,打开DNA链,并使用这些互补DNA链之一作为模板或合成RNA分子。模式,即使遇到另一个特殊的停止顺序也是如此。
另一方面,翻译是蛋白质合成发生的过程。它包括“读取”从基因转录的mRNA中包含的信息,将DNA密码子“翻译”为氨基酸和形成多肽链。
由于称为“转移RNA”(tRNA)的其他RNA分子的参与,mRNA核苷酸序列的翻译是通过称为氨酰基-tRNA合成酶的酶进行的,这些RNA分子是其中所含密码子的反密码子。 MRNA,是基因DNA序列的忠实副本。
真核生物的转录(过程)
在真核生物转录过程中,DNA被用作模板,在RNA聚合酶的帮助下创建一条信使RNA链。
在真核细胞中,转录过程发生在细胞核内,该细胞核是细胞内的主要细胞器,细胞内的DNA以染色体的形式存在。它始于基因编码区的“复制”,该基因被转录成称为信使RNA(mRNA)的单条带分子。
由于DNA被限制在所述细胞器中,因此mRNA分子在遗传信息从细胞核到细胞质的传递中充当中介或转运体,在那里发生RNA的翻译以及蛋白质合成的整个生物合成机制(核糖体)。
-真核基因是什么样的?
基因由一个DNA序列组成,该DNA序列的特性决定其功能,因为该序列中核苷酸的顺序决定了其转录和随后的翻译(对于编码蛋白质的核苷酸而言)。
转录基因时,即以RNA形式复制其信息时,结果可能是非编码RNA(cRNA),其在调控基因表达,细胞信号传导等方面具有直接作用。也可以是信使RNA(mRNA),然后将其翻译成肽中的氨基酸序列。
真核基因结构的表示(资料来源:Thomas Shafee / CC BY(https://creativecommons.org/licenses/by/4.0),通过Wikimedia Commons获得)
基因是否具有RNA或蛋白质形式的功能性产物取决于其序列中存在的某些元素或区域。
真核或原核基因具有两条DNA链,一条被称为“有义”链,另一条被称为“反义”链。负责这些序列转录的酶仅“读”两条链中的一条,通常是“有义”或“编码”链,其具有“方向” 5'-3'。
每个基因在其末端都有调控序列:
-如果序列在编码区(将被转录的序列)之前,则称为“启动子”
-如果它们之间相距许多千卡,则它们可以“沉默”或“增强”
-最接近基因3'区域的那些序列通常是终止子序列,它们告诉聚合酶必须终止并终止转录(或复制,视情况而定)
根据启动子区域与编码区域的接近程度,将其分为远端和近端。它位于基因的5'末端,是RNA聚合酶和其他蛋白质识别以启动从DNA到RNA转录的位点。
在启动子区域的近端,转录因子可以结合,转录因子具有改变酶与待转录序列亲和力的能力,因此它们负责正向或负向调节基因的转录。
增强子和沉默区还通过与基因编码序列“上游”的激活子或阻遏子结合而修饰启动子区的“活性”,从而负责调节基因转录。
据说,真核基因默认总是“关闭”或“被抑制”的,因此它们需要被启动子元件激活才能被表达(转录)。
-谁负责转录?
无论是哪种生物,转录都是通过称为RNA聚合酶的一组酶进行的,该酶类似于在细胞即将分裂时负责DNA复制的酶,专门从事RNA链的合成。从正在转录的基因的DNA链之一中提取。
RNA聚合酶是由许多亚基组成的大型酶复合物。有不同的类型:
-RNA聚合酶I(Pol I):转录编码“大”核糖体亚基的基因。
-RNA聚合酶II(Pol II):转录编码蛋白质的基因并产生微小RNA。
-RNA聚合酶III(Pol III):产生翻译过程中使用的转移RNA,以及对应于核糖体小亚基的RNA。
-RNA聚合酶IV和V(Pol IV和Pol V):这是植物的典型特征,负责小干扰RNA的转录。
-过程如何?
真核基因转录(来源:Erinp.5000 / CC BY-SA(https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)通过Wikimedia Commons)
基因转录是一个可以分为三个阶段进行研究的过程:起始,延伸和终止。
引发
在启动子区域起始期间,基因的启动子区域充当RNA聚合酶的识别位点。这是大多数基因表达受到控制的地方
RNA聚合酶(例如RNA聚合酶II)与启动子区域的序列结合,该启动子区域由在基因的5'端延伸的6至10个碱基对组成,通常约35个碱基对转录起始位点。
RNA聚合酶的并集导致DNA双螺旋的“开放”,将互补链分开。RNA合成从称为“起始位点”的位点开始,并发生在5'-3'方向,即“下游”或从左到右(按照惯例)。
由RNA聚合酶介导的转录的起始取决于被称为一般转录因子的蛋白质转录因子的同时存在,所述蛋白质转录因子有助于酶在启动子区域的“定位”。
酶开始聚合后,它会从启动子序列和一般转录因子中“脱落”。
伸长
在延伸过程中,RNA聚合酶沿着链条滑落,成为模板
它是随着RNA聚合酶沿DNA序列“移动”并向与DNA链互补的核糖核苷酸(作为正在生长的RNA的“模板”)添加而发生的。当RNA聚合酶“穿过” DNA链时,它会重新连接其反义链。
RNA聚合酶进行的聚合反应包括:在不断增长的RNA链3'位置上的氧亲核攻击到下一个要添加的核苷酸前体的磷酸酯“α”,从而形成磷酸二酯键并释放一个焦磷酸盐分子(PPi)。
由DNA链,RNA聚合酶和新生RNA链组成的集合称为转录气泡或复合体。
终止
当RNA聚合酶到达基因的末端区域时,转录信使RNA就完成了。然后RNA聚合酶,DNA链和转录信使RNA解离
当聚合酶到达终止序列时发生终止,该终止序列在逻辑上位于转录起始位点的“下游”。当发生这种情况时,酶和合成的RNA都与转录的DNA序列“分离”。
终止区通常由DNA序列组成,该DNA序列自身能够“折叠”,形成“发夹环”型结构。
终止后,合成的RNA链称为初级转录物,从转录复合物中释放出来,然后可以通过或不通过转录后加工(如果适用,在翻译成蛋白质之前)对其进行加工。这个过程称为“剪切和拼接”。
原核生物转录(过程)
由于原核细胞没有膜包裹的核,因此转录会在胞质溶胶中发生,特别是在染色体DNA集中的“核”区域(细菌具有圆形染色体)中。
以这种方式,给定蛋白质的胞质浓度的增加在原核生物中比在真核生物中快得多,这是因为转录和翻译过程发生在同一隔室中。
-原核基因是什么样的?
原核生物的基因与真核生物非常相似:前者也利用启动子和调控区进行转录,尽管重要的区别在于启动子区通常足以实现“真”表达。基因。
从这个意义上讲,重要的是,通常,原核基因通常始终处于“打开”状态。
启动子区域与通常受阻抑分子调节的另一个区域(通常是“上游”)相关,被称为“操纵子区域”。
代表原核基因的结构(来源:Thomas Shafee / CC BY(https://creativecommons.org/licenses/by/4.0),通过Wikimedia Commons获得)
原核生物和真核生物在转录上的差异在于,通常,真核生物的信使RNA是单顺反子,即每个都包含合成单个蛋白质的信息,而在原核生物中,它们可以是单顺反子或多顺反子。 MRNA可以包含两种或多种蛋白质的信息。
因此,众所周知,例如在称为操纵子的组中发现了编码具有相似代谢功能的蛋白质的原核基因,所述操纵子同时被转录成信使RNA的单分子形式。
原核基因紧密堆积,它们之间没有许多非编码区,因此一旦转录成线性信使RNA分子,它们就可以立即翻译成蛋白质(真核mRNA通常需要进一步加工)。
-原核RNA聚合酶如何?
例如,诸如细菌的原核生物使用相同的RNA聚合酶转录其所有基因,即编码核糖体亚基的基因和编码不同细胞蛋白的基因。
在大肠杆菌中,RNA聚合酶由5个多肽亚基组成,其中两个相同。α,α,β,β'亚基构成酶的中心部分,并在每次转录过程中进行组装和分解。
α亚基是那些允许DNA和酶之间结合的亚基。β亚基与三磷酸核糖核苷酸结合,三磷酸核糖核苷酸将根据新生mRNA分子中的DNA模板进行聚合,而β'亚基与所述模板DNA链结合。
第五个亚基,称为σ,参与转录的启动,是赋予聚合酶特异性的一个亚基。
-过程如何?
原核生物中的转录与真核生物非常相似(也分为起始,延伸和终止),但启动子区域的身份和RNA聚合酶必需的转录因子存在一些差异行使职能。
尽管启动子区域可以在不同的原核物种之间变化,但是在编码序列上游的-10区(TATAAT)和-35区(TTGACA)中可以很容易地识别出两个保守的“共有”序列。
引发
它取决于RNA聚合酶的σ亚基,因为它介导DNA与酶之间的相互作用,使其能够识别启动子序列。当产生约10个核苷酸的某些中止转录物被释放时,起始终止。
伸长
当σ亚基与酶分离时,延伸阶段开始,该阶段由5'-3'方向(每秒约40个核苷酸)的mRNA分子合成组成。
终止
原核生物中的终止取决于两种不同类型的信号,它可以是Rho依赖性和Rho依赖性的。
Rho依赖性蛋白受该蛋白控制,随着RNA合成的进行,聚合酶会“跟随”聚合酶,直到后者获得富含鸟嘌呤(G)的序列,停止并与Rho蛋白接触。从DNA和mRNA解离。
Rho非依赖性终止受基因的特定序列控制,该序列通常富含鸟嘌呤-胞嘧啶(GC)重复序列。
参考文献
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