Conţinut
- Prezentare generală a acizilor nucleici
- Transcrierea ADN-ului vs.
- Pașii transcrierii
- Procariote vs. eucariote
Indiferent dacă sunteți un nou venit în biologie sau o afecțiune îndelungată, șansele sunt excelente că, implicit, vedeți acidul dezoxiribonucleic (ADN) ca fiind poate cel mai indispensabil concept în știința vieții. Cel puțin, sunteți probabil conștienți că ADN-ul este ceea ce vă face unic printre miliardele de oameni de pe planetă, oferindu-i un rol în lumea justiției penale, precum și în etapa centrală a prelegerilor de biologie moleculară. Ați aflat aproape sigur că ADN-ul este responsabil pentru a vă oferi toate trăsăturile pe care le-ați moștenit de la părinți și că propriul ADN este moștenirea dvs. directă pentru generațiile viitoare, dacă ar trebui să aveți copii.
Ceea ce s-ar putea să nu știți multe despre este calea care conectează ADN-ul din celulele voastre la trăsăturile fizice pe care le manifestați, atât depistate cât și ascunse, și seria de pași de-a lungul acelei căi. Biologii moleculari au produs conceptul de „dogmă centrală” în domeniul lor, care poate fi rezumat pur și simplu ca „ADN la ARN la proteine”. Prima parte a acestui proces - generatoare de ARN, sau acid ribonucleic, de la ADN - este cunoscută sub numele de transcriereși această serie bine studiată și coordonată de gimnastică biochimică este la fel de elegantă pe cât de profundă științific.
Prezentare generală a acizilor nucleici
ADN-ul și ARN-ul sunt acizi nucleici. Ambele sunt fundamentale pentru toată viața; aceste macromolecule sunt foarte strâns legate, dar funcțiile lor, deși sunt împletite în mod deosebit, sunt extrem de divergente și specializate.
ADN-ul este un polimer, ceea ce înseamnă că constă dintr-un număr mare de subunități repetate. Aceste subunități nu sunt exact identice, dar sunt identice ca formă. Luați în considerare un șir lung de mărgele format din cuburi care vin în patru culori și variază totuși atât de ușor și aveți un sentiment de bază despre modul în care sunt aranjate ADN-ul și ARN-ul.
Monomerii (subunitățile) acizilor nucleici sunt cunoscuți ca nucleotide. Nucleotidele în sine constau din triade cu trei molecule distincte: o grupare (sau grupări) fosfați, un zahăr cu cinci carbon și o bază bogată în azot („bază” nu în sensul de „fundație”, ci însemnând „acceptor de ion hidrogen” ). Nucleotidele care alcătuiesc acizii nucleici au o grupare fosfat, dar unii au doi sau chiar trei fosfați atașați la rând. Moleculele adenozina difosfat (ADP) și adenozina trifosfat (ATP) sunt nucleotide de o importanță extraordinară în metabolismul energiei celulare.
ADN-ul și ARN diferă în mai multe moduri importante. Una, în timp ce fiecare dintre aceste molecule include patru baze azotate diferite, ADN-ul include adenina (A), citozina (C), guanina (G) și timina (T), în timp ce ARN include primele trei dintre acestea, dar înlocuiește uracilul (U) pentru T. Doi, zahărul din ADN este dezoxiriboza, în timp ce cel din ARN este riboză. Și trei, ADN-ul este dublu-catenar în forma sa cea mai energetică stabilă, în timp ce ARN este monocatenar. Aceste diferențe sunt de o importanță majoră atât în transcrierea specifică, cât și în funcția acestor acizi nucleici respectivi în general.
Bazele A și G se numesc purine, în timp ce C, T și U sunt clasificate drept pirimidine. În mod critic, A se leagă chimic de, și numai de, T (dacă ADN) sau U (dacă ARN); C se leagă de și numai la G. Cele două catene ale unei molecule de ADN sunt complementare, ceea ce înseamnă că bazele din fiecare catena se potrivesc în fiecare punct cu baza unică "parteneră" din catena opusă. Astfel, AACTGCGTATG este complementară cu TTGACGCATAC (sau UUGACGCAUAC).
Transcrierea ADN-ului vs.
Înainte de a aprofunda mecanica transcrierii ADN-ului, merită să-ți faci o clipă pentru a trece în revistă terminologia asociată cu ADN-ul și ARN-ului, deoarece cu atât de multe cuvinte care sună similar în amestec, poate fi ușor să le confunzi.
replică este actul de a face o copie identică a ceva. Când faceți o fotocopie a unui document scris (școală veche) sau utilizați funcția de copiere și lipire pe un computer (școală nouă), redați conținutul în ambele cazuri.
ADN-ul este supus replicării, dar ARN, în măsura în care știința modernă poate constata, nu; ea nu apare decât din transcrierea _._ Dintr-o rădăcină latină care înseamnă "o scriere peste", transcripția este codificarea unei anumite pe o copie a unei surse originale. Este posibil să fi auzit de transcripționisti medicali, a căror misiune este să introduceți în scris notele medicale făcute ca înregistrare audio. În mod ideal, cuvintele, și deci, vor fi exact aceleași, în ciuda schimbării de mediu. În celule, transcrierea presupune copierea unui ADN genetic, scris în limbajul secvențelor bazelor azotate, sub formă de ARN - în special, ARN mesager (ARNm). Această sinteză de ARN are loc în nucleul celulelor eucariote, după care mRNA părăsește nucleul și se îndreaptă spre o structură numită ribozom traducere.
Întrucât transcrierea este simplă codificare fizică a unui într-un mediu diferit, traducerea, în termeni biologici, este transformarea acesteia în acțiune intenționată. O lungime de ADN sau ADN unic, numită a genă, în cele din urmă, rezultă celulele care produc un produs proteic unic. ADN-ul este livrat sub formă de mARN, care apoi transportă un ribozom pentru ca acesta să fie tradus în crearea unei proteine. În această privință, mRNA este ca un albastru sau un set de instrucțiuni pentru asamblarea unei piese de mobilier.
Sperăm să ștergem orice mistere pe care le aveți despre ceea ce fac acizii nucleici. Dar despre transcriere, în special?
Pașii transcrierii
ADN-ul, mai degrabă faimos, este țesut într-o helix cu două toroane. Dar sub această formă, fizic ar fi dificil să construim ceva din ea. Prin urmare, în iniţiere faza (sau etapa) de transcriere, molecula de ADN nu este desfășurată de enzime numite helicaze. Numai una dintre cele două catene de ADN rezultate este utilizată pentru sinteza ARN la un moment dat. Această secțiune este denumită " necodificatoare catena, deoarece, datorita regulilor de asociere a bazei ADN si ARN, cealalta catena ADN are aceeasi secventa de baze azotate ca mARNul care trebuie sintetizat, facand astfel aceasta catena de codificare strand. Pe baza punctelor făcute anterior, puteți concluziona că o secțiune de ADN și ARNm de care este responsabil pentru fabricare sunt complementare.
Cu catena acum pregătită pentru acțiune, o secțiune a ADN-ului numită secvența promotor indică de unde trebuie să înceapă transcripția de-a lungul catenei. Enzima ARN polimerază ajunge în această locație și face parte dintr-un complex promotor. Toate acestea sunt pentru a asigura că sinteza ARNm începe exact acolo unde se presupune că se află pe molecula de ADN, iar acest lucru generează o catena de ARN care deține codul dorit.
În continuare, în elongație faza, ARN polimeraza "citeste" catena ADN, incepand de la secventa promotor si deplasandu-se de-a lungul catenei ADN, ca un profesor care parcurge un rand de studenti si distribuind teste, adaugand nucleotide la capatul in crestere al moleculei de ARN nou formate.
Legăturile create între grupările fosfat ale unui nucleotid și gruparea riboza sau dezoxiriboză pe nucleotida următoare sunt numite legături de fosfodiester. Rețineți că o moleculă de ADN are ceea ce se numește 3 ("trei prime") terminus la un capăt și un terminal 5 ("cinci prime") la celălalt, aceste numere provenind din pozițiile terminale ale atomului de carbon în "inele" ribozele terminale respective. Pe măsură ce molecula ARN în sine crește în direcția 3, se deplasează de-a lungul șuviței ADN în direcția 5. Ar trebui să examinați o diagramă pentru a vă asigura că înțelegeți pe deplin mecanica sintezei ARNm.
Adăugarea nucleotidelor - în mod specific, nucleosidelor trifosfați (ATP, CTP, GTP și UTP; ATP este adenozina trifosfat, CTP este cytidine trifosfat și așa mai departe) - la cablul alungitor de mRNA necesită energie. Acest lucru, ca atâtea procese biologice, este asigurat de legăturile fosfat din nucleosidul trifosfat. Când legătura fosfat-fosfat cu energie mare este ruptă, nucleotida rezultată (AMP, CMP, GMP și UMP; în aceste nucleotide, „MP” înseamnă „monofosfat”) se adaugă la ARNm și o pereche de molecule de fosfat anorganice , scris de obicei PPeu, să cadă.
Pe măsură ce transcrierea are loc, aceasta face acest lucru, după cum s-a spus, de-a lungul unei singure corde de ADN. Fiți conștienți, însă, că întreaga moleculă de ADN nu se desface și nu se separă în catene complementare; acest lucru se întâmplă doar în imediata apropiere a transcrierii. Drept urmare, puteți vizualiza o „bulă de transcripție” care se deplasează de-a lungul moleculei de ADN. Acesta este ca un obiect care se mișcă de-a lungul unui fermoar care este dezafectat chiar înainte de obiect printr-un singur mecanism, în timp ce un mecanism diferit resetează fermoarul în trezirea obiectelor.
În cele din urmă, când mRNA a atins lungimea și forma necesară, terminare faza începe. Ca și inițierea, această fază este activată de secvențe specifice de ADN care funcționează ca semne de oprire pentru ARN polimerază.
În bacterii, acest lucru se poate întâmpla în două moduri generale. Într-una dintre acestea, secvența de terminare este transcrisă, generând o lungime de mARN care se pliază înapoi în sine și, astfel, „se acumulează” pe măsură ce ARN-polimeraza continuă să-și facă treaba. Aceste secțiuni pliate de ARNm sunt adesea denumite șuvițe de păr și implică împerecherea complementară a bazei în molecula de ARNm monocatenar, dar contorsionat. În aval de această secțiune a acului de păr este o întindere prelungită a bazelor U sau reziduurilor. Aceste evenimente obligă ARN polimeraza să înceteze adăugarea de nucleotide și să se detașeze de ADN, încheind transcrierea. Aceasta este denumită terminație independentă de rho, deoarece nu se bazează pe o proteină cunoscută drept factor rho.
În încheierea rho-dependentă, situația este mai simplă și nu este nevoie de segmente de mARN ARN sau de reziduuri U. În schimb, factorul rho se leagă la locul necesar de mARN și îndepărtează fizic mARNul de ARN-polimeraza. Dacă are loc terminarea rho-independentă sau rho-dependentă, depinde de versiunea exactă a ARN-polimerazei care acționează asupra ADN-ului și ARNm (există o varietate de subtipuri), precum și a proteinelor și a altor factori din mediul celular imediat.
Ambele cascade de evenimente duc la final la distrugerea mRNA de ADN la bula de transcripție.
Procariote vs. eucariote
Există numeroase diferențe între transcrierea în procariote (aproape toate bacteriile) și eucariote (organisme multicelulare, cum ar fi animale, plante și ciuperci). De exemplu, inițierea în procariote implică de obicei o aranjare a bazei ADN cunoscută sub numele de caseta Pribnow, cu secvența de bază TATAAT situată la aproximativ 10 perechi de baze distanță de locul unde are loc inițierea transcrierii. Cu toate acestea, eucariotele au secvențe de amplificare poziționate la o distanță considerabilă de locul de inițiere, precum și proteine activatoare care ajută la deformarea moleculei de ADN într-un mod care o face mai accesibilă la ARN polimeraza.
În plus, alungirea apare de aproximativ două ori mai rapid în bacterii (în jur de 42 până la 54 de perechi de baze pe minut, mărginindu-se cu una pe secundă) ca în eucariote (aproximativ 22 - 25 de perechi de bază pe minut). În cele din urmă, în timp ce mecanismele de terminare bacteriene sunt descrise mai sus, în eucariote, această fază implică factori de terminație specifici, precum și o șuviță de ARN numită poli-A (ca în multe baze de adenină la rând) „coadă”. Încă nu este clar dacă încetarea elongației declanșează clivarea mRNA de la bulă sau dacă clivajul în sine se încheie brusc procesul de alungire.