TRANSCRIEREA ADN-ULUI: PROCES ÎN EUCARIOTE ȘI PROCARIOTE - BIOLOGIE - 2025

Transcrierea ADN - ului este procesul prin care informația conținută în acidul dezoxiribonucleic este copiat ca o moleculă similară, ARN, fie ca un pas pentru sinteza proteinelor sau pentru formarea de molecule de ARN implicate in multiple procese celulare de mare importanță (reglarea expresiei genice, semnalizare etc.).

Deși nu este adevărat că toate genele unui cod de organism pentru proteine, este adevărat că toate proteinele unei celule, fie ele eucariote sau procariote, sunt codificate de una sau mai multe gene, unde fiecare aminoacid este reprezentat de un set de trei baze ADN (codon).

Prelucrarea genelor eucariote (Sursa: Leonid 2 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) prin Wikimedia Commons)

Sinteza lanțului polipeptidic aparținând oricărei proteine ​​celulare are loc datorită a două procese fundamentale: transcrierea și translația; ambele extrem de reglementate, deoarece sunt două procese de mare importanță pentru funcționarea oricărui organism viu.

Ce este transcrierea ADN-ului?

Transcrierea presupune formarea unui „șablon” pentru o moleculă de ARN cunoscută sub numele de „ARN mesager” (ARNm) din secvența „standard” codificată în regiunea ADN corespunzătoare genei care trebuie transcrisă.

Acest procedeu este realizat de o enzimă numită ARN polimerază, care recunoaște locuri speciale din secvența ADN, se leagă de ele, deschide șuvița ADN și sintetizează o moleculă de ARN folosind una dintre aceste catene complementare de ADN ca șablon sau model, chiar și atunci când întâlnește o altă secvență specială de oprire.

Traducerea, pe de altă parte, este procesul prin care are loc sinteza proteinelor. Acesta constă în „citirea” informațiilor conținute în mRNA care a fost transcrisă dintr-o genă, „traducerea” codonilor ADN în aminoacizi și formarea unui lanț polipeptidic.

Traducerea secvențelor de nucleotide ale ARNm este realizată de enzime cunoscute sub denumirea de aminoacil-ARNt sintetaze, datorită participării altor molecule de ARN cunoscute sub numele de "ARN de transfer" (ARNt), care sunt anticodoni ai codonilor conținuți în MRNA, care sunt o copie fidelă a secvenței ADN a unei gene.

Transcrierea în eucariote (proces)

În timpul transcrierii în eucariote, ADN-ul este utilizat ca șablon pentru a crea o catena de ARN mesager cu ajutorul enzimei ARN polimerază.

În celulele eucariote, procesul de transcripție are loc în interiorul nucleului, care este principalul organel intracelular în care ADN-ul este conținut sub formă de cromozomi. Începe cu „copia” regiunii de codificare a genei care este transcrisă într-o moleculă cu o singură bandă cunoscută sub denumirea de ARN mesager (ARNm).

Deoarece ADN-ul este limitat în respectiva organelă, moleculele ARNm funcționează ca intermediari sau transportatori în transmiterea mesajului genetic de la nucleu la citosol, unde are loc traducerea ARN-ului și întregul utilaj biosintetic pentru sinteza proteinelor ( ribozomi).

- Cum sunt genele eucariote?

O genă este formată dintr-o secvență ADN ale cărei caracteristici îi determină funcția, deoarece ordinea nucleotidelor din respectiva secvență este ceea ce determină transcrierea și traducerea ulterioară a acesteia (în cazul celor care codifică proteinele).

Când o genă este transcrisă, adică atunci când informațiile sale sunt copiate sub formă de ARN, rezultatul poate fi un ARN care nu codifică (ARNc), care are funcții directe în reglarea expresiei genice, în semnalizarea celulelor etc. sau poate fi un ARN mesager (ARNm), care va fi apoi tradus într-o secvență de aminoacizi într-o peptidă.

Reprezentarea structurii unei gene eucariote (Sursa: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) prin Wikimedia Commons)

Dacă o genă are un produs funcțional sub formă de ARN sau proteină depinde de anumite elemente sau regiuni prezente în secvența sa.

Genele, eucariote sau procariote, au două fire de ADN, una cunoscută sub denumirea de „sens” și cealaltă „antisens”. Enzimele responsabile de transcrierea acestor secvențe „citesc” doar una dintre cele două șiruri, în mod obișnuit „sens” sau „codificare”, care are o „direcție” 5’-3 ’.

Fiecare genă are secvențe regulatoare la capetele sale:

- dacă secvențele sunt înainte de regiunea de codificare (cea care va fi transcrisă), ele sunt cunoscute drept „promotori”

- dacă sunt despărțiți de mai multe kilobaze, pot fi „silențioase” sau „îmbunătățitoare”

- acele secvențe care sunt cele mai apropiate de regiunea de 3 'a genelor sunt de obicei secvențe terminatoare, care spun polimerazei că trebuie să oprească și să încheie transcripția (sau replicarea, după caz)

Regiunea promotor este împărțită în distanță și proximală, în funcție de apropierea de regiunea de codificare. Este la capătul 5 'al genei și este locul pe care enzima ARN polimeraza și alte proteine ​​recunosc să inițieze transcrierea de la ADN la ARN.

În partea proximală a regiunii promotor se pot lega factori de transcripție, care au capacitatea de a modifica afinitatea enzimei la secvența de a fi transcrisă, astfel ei sunt responsabili de reglarea pozitivă sau negativă a transcrierii genelor.

Regiunile de intensificare și de tăcere sunt, de asemenea, responsabile de reglarea transcrierii genelor prin modificarea „activității” regiunilor promotoare prin legarea lor cu elementele activatoare sau represoare „în amonte” ale secvenței de codificare a genei.

Se spune că genele eucariote sunt întotdeauna „oprite” sau „reprimate” în mod implicit, deci trebuie să fie activate de elementele promotoare pentru a putea fi exprimate (transcrise).

- Cine este responsabil de transcriere?

Oricare ar fi organismul, transcrierea este realizată de un grup de enzime numite ARN polimeraze, care, similar cu enzimele responsabile de replicarea ADN-ului atunci când o celulă urmează să se împartă, se specializează în sinteza unui lanț de ARN. de la una dintre firele ADN ale genei care este transcrisă.

ARN polimerazele sunt complexe enzimatice mari formate din multe subunități. Există diferite tipuri:

- ARN polimeraza I (Pol I): care transcriu genele care codifică subunitatea ribozomală „mare”.

- ARN polimeraza II (Pol II): care transcriu genele care codifică proteinele și produc micro ARN-uri.

- ARN polimeraza III (Pol III): care produce ARN-urile de transfer utilizate în timpul traducerii și, de asemenea, ARN-ul corespunzător subunității mici a ribozomului.

- ARN polimeraza IV și V (Pol IV și Pol V): acestea sunt tipice pentru plante și sunt responsabile pentru transcrierea ARN-urilor interferice mici.

- Care este procesul?

Transcrierea genelor eucariote (Sursa: Erinp.5000 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) prin Wikimedia Commons)

Transcrierea genetică este un proces care poate fi studiat ca împărțit în trei faze: inițierea, alungirea și încheierea.

Iniţiere

În timpul inițierii regiunii promotoare, regiunea promotoare a genei funcționează ca un loc de recunoaștere a ARN polimerazei. Aici se controlează cea mai mare parte a expresiei genetice

ARN polimeraza (să zicem ARN polimeraza II) se leagă de secvența regiunii promotor, care constă dintr-o întindere de 6-10 perechi de baze la capătul 5 'al genei, de obicei la aproximativ 35 de perechi de baze distanță a site-ului de început al transcrierii.

Unirea ARN polimerazei conduce la „deschiderea” dublei helixuri a ADN-ului, care separă catenele complementare. Sinteza ARN începe la locul cunoscut sub numele de „loc de inițiere” și are loc în direcția 5’-3 ’, adică„ în aval ”sau de la stânga la dreapta (prin convenție).

Inițierea transcripției mediate de ARN polimerazele depinde de prezența concomitentă a factorilor de transcripție proteică cunoscuți ca factori generali de transcripție, care contribuie la „localizarea” enzimei în regiunea promotor.

După ce enzima a început să se polimerizeze, aceasta este „vărsată” atât din secvența promotor, cât și din factorii generali de transcripție.

Elongaţie

În timpul alungirii, ARN-polimeraza alunecă în lanțul care servește ca șablon

Se produce pe măsură ce ARN polimeraza „se mișcă” de-a lungul secvenței ADN și adaugă ribonucleotide complementare cu catena ADN care servește drept „șablon” la ARN-ul în creștere. Pe măsură ce ARN polimeraza "trece" prin catena ADN-ului, ea se alătură catenei sale antisens.

Polimerizarea realizată de ARN polimeraza constă în atacuri nucleofile ale oxigenului în poziția 3 'a lanțului ARN în creștere către "alfa" fosfat al următorului precursor de nucleotide care urmează să fie adăugat, cu formarea consecință a legăturilor fosfodiester și eliberarea unei molecula de pirofosfat (PPi).

Setul cuprins din catena ADN, ARN polimeraza și catena națională ARN este cunoscută sub numele de bule de transcripție sau complex.

terminare

Când ARN polimeraza ajunge în regiunea terminală a genei, ARN-ul mesagerului transcripțional este complet. Apoi ARN polimeraza, catena ADN și ARN mesager de transcripție se disociează

Încetarea apare atunci când polimeraza ajunge la secvența de încheiere, care este situată logic „în aval” de la locul de inițiere a transcrierii. Când se întâmplă acest lucru, atât enzima, cât și ARN sintetizat devin „detașați” de secvența ADN care sunt transcrise.

Regiunea de terminare constă, în mod normal, dintr-o secvență de ADN care este capabilă să se „plieze” pe ea însăși, formând o structură de tip „buclă de păr”.

După terminare, catenul ARN sintetizat este cunoscut sub numele de transcriere primară, care este eliberată din complexul de transcripție, după care poate sau nu poate fi prelucrat post-transcripțional (înainte de traducerea sa în proteină, dacă este cazul) printr-o proces numit „tăiere și despicare”.

Transcrierea în procariote (proces)

Deoarece celulele procariote nu au un nucleu închis cu membrană, transcrierea are loc în citosol, în special în regiunea „nucleară”, unde ADN-ul cromozomial este concentrat (bacteriile au un cromozom circular).

În acest fel, creșterea concentrației citosolice a unei proteine ​​date este substanțial mai rapidă în procariote decât în ​​eucariote, deoarece procesele de transcripție și translație apar în același compartiment.

- Cum sunt genele procariote?

Organismele procariote au gene care sunt foarte asemănătoare cu eucariote: primele folosesc, de asemenea, regiunile promotoare și de reglementare pentru transcrierea lor, deși o diferență importantă are legătură cu faptul că regiunea promotor este adesea suficientă pentru a realiza o expresie „puternică” a gene.

În acest sens, este important să menționăm că, în general, genele procariote sunt întotdeauna „pornite” în mod implicit.

Regiunea promotor este asociată cu o altă regiune, de obicei „în amonte”, care este reglată de molecule represoare și este cunoscută drept „regiunea operator”.

Reprezentarea structurii unei gene procariote (Sursa: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) prin Wikimedia Commons)

O diferență în transcrierea dintre procariote și eucariote este că, în mod normal, ARN-urile mesager ale eucariotei sunt monocistronice, adică fiecare conține informațiile pentru a sintetiza o singură proteină, în timp ce în procariote acestea pot fi monocistronice sau policistronice, unde doar una MRNA poate conține informația pentru două sau mai multe proteine.

Astfel, este bine cunoscut faptul că genele procariote care codifică proteine ​​cu funcții metabolice similare, de exemplu, se găsesc în grupuri cunoscute sub numele de operoni, care sunt simultan transcrise într-o singură formă de moleculă de ARN mesager.

Genele procariotice sunt dens ambalate, fără multe regiuni care nu codifică între ele, astfel încât, odată transcrise în molecule de ARN mesager liniare, ele pot fi traduse imediat în proteine ​​(ARNm-urile eucariote necesită adesea prelucrări ulterioare).

- Cum este ARN polimeraza procariotă?

Organismele procariote precum bacteriile, de exemplu, folosesc aceeași enzimă ARN polimerază pentru a transcrie toate genele lor, adică cele care codifică subunitățile ribozomale și cele care codifică diferite proteine ​​celulare.

În bacteriile E. coli, ARN polimeraza este compusă din 5 subunități polipeptidice, dintre care două sunt identice. Subunitățile α, α, β, β 'cuprind porțiunea centrală a enzimei și se asamblează și se demontează în timpul fiecărui eveniment de transcriere.

Subunitățile α sunt cele care permit unirea între ADN și enzimă; subunitatea β se leagă de ribonucleotidele trifosfat care vor fi polimerizate în conformitate cu șablonul ADN din molecula mARN ARN, iar subunitatea β se leagă la cablul ADN șablon menționat.

A cincea subunitate, cunoscută sub numele de σ, participă la inițierea transcrierii și este cea care conferă specificitate polimerazei.

- Care este procesul?

Transcrierea în procariote este foarte asemănătoare cu cea a eucariotei (este, de asemenea, împărțită în inițiere, alungire și terminare), cu unele diferențe în identitatea regiunilor promotoare și factorii de transcripție necesari pentru ARN polimerază își exercită funcțiile.

Deși regiunile promotoare pot varia între diferite specii procariote, există două secvențe de „consens” conservate care pot fi identificate cu ușurință în regiunea -10 (TATAAT) și în regiunea -35 (TTGACA) în amonte de secvența de codificare.

Iniţiere

Depinde de subunitatea σ a ARN polimerazei, deoarece mediază interacțiunea dintre ADN și enzimă, făcând-o capabilă să recunoască secvențele promotor. Inițierea se încheie atunci când sunt produse unele transcrieri abortive ale a aproximativ 10 nucleotide care sunt eliberate.

Elongaţie

Când subunitatea σ este detașată de enzimă, începe faza de alungire, care constă în sinteza unei molecule de mARN în direcția 5'-3 '(aproximativ 40 nucleotide pe secundă).

terminare

Încetarea în procariote depinde de două tipuri diferite de semnale, poate fi dependentă de Rho și independentă de Rho.

Proteina dependentă de Rho este controlată de această proteină care „urmărește” polimeraza pe măsură ce avansează în sinteza ARN până când aceasta din urmă atinge o secvență bogată în guanine (G), încetinește și intră în contact cu proteina Rho. disociată de ADN și ARNm.

Terminația independentă de roho este controlată de secvențe specifice ale genei, de obicei bogate în repetări de guanină-citozină (GC).

Referințe

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2007). Biologia moleculară a celulei. Garland Science. New York, 1392.
2. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). O introducere în analiza genetică. Macmillan.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, parlamentar, Bretscher, A., … și Matsudaira, P. (2008). Biologia celulelor moleculare. Macmillan.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Principiile biochimiei Lehninger. Macmillan.
5. Rosenberg, LE, & Rosenberg, DD (2012). Genele și genomii umani: știință. Sănătate, societate, 317-338.
6. Shafee, T., & Lowe, R. (2017). Structura genelor eucariote și procariote. Wiki Journal of Medicine, 4 (1), 2.
7. Animatii McGraw-Hill, youtube.com. Transcrierea și traducerea ADN-ului.