رونویسی- فرآیند سنتز RNA با استفاده از DNA به عنوان یک الگو، که در تمام سلول های زنده رخ می دهد. به عبارت دیگر انتقال اطلاعات ژنتیکی از DNA به RNA است.
در طول رونویسی ژن، بیوسنتز مولکول‌های RNA، مکمل یکی از زنجیره‌های DNA الگو، همراه با پلیمریزاسیون چهار ریبونوکلئوزیدی تری فسفات (ATP، GTP، CTP و UTP) با تشکیل پیوندهای فسفودی‌استر 3"-5" و انتشار پیروفسفات معدنی
رونویسی توسط یک آنزیم کاتالیز می شود RNA پلیمراز وابسته به DNA. فرآیند سنتز RNA در جهت از انتهای 5 اینچ به 3 اینچ ادامه می یابد، یعنی در امتداد رشته الگوی DNA، RNA پلیمراز در جهت 3"->5" حرکت می کند.
RNA پلیمرازها می توانند از یک یا چند زیر واحد تشکیل شوند. در میتوکندری ها و برخی باکتریوفاژها، به عنوان مثال SP6، T7، با تعداد کمی ژن در ژنوم های ساده که هیچ تنظیم پیچیده ای وجود ندارد، RNA پلیمراز از یک زیر واحد تشکیل شده است. برای باکتری ها و یوکاریوت ها، با تعداد زیادی ژن و سیستم های تنظیمی پیچیده، RNA پلیمرازها از چندین زیر واحد تشکیل شده اند. نشان داده شده است که فاژ RNA پلیمرازهای متشکل از یک زیر واحد می توانند با پروتئین های باکتریایی برهمکنش داشته باشند که خواص آنها را تغییر می دهد [Patrushev, 2000].
در پروکاریوت ها، سنتز انواع RNA توسط همان آنزیم انجام می شود.
یوکاریوت ها دارای 3 RNA پلیمراز هسته ای، RNA پلیمراز میتوکندری و RNA پلیمراز کلروپلاست هستند.
ریبونوکلئوزید تری فسفات ها (نوکلئوتیدهای فعال شده) به عنوان سوبسترا برای RNA پلیمرازها عمل می کنند. کل فرآیند رونویسی به دلیل انرژی پیوندهای پرانرژی نوکلئوتیدهای فعال انجام می شود.

اولین نوکلئوتید در RNA همیشه پورین به شکل تری فسفات است.
عوامل رونویسی- پروتئین هایی که با یکدیگر تعامل دارند، مناطق تنظیم کننده DNA و RNA پلیمراز برای تشکیل یک کمپلکس رونویسی و تنظیم رونویسی. به لطف فاکتورهای رونویسی و توالی های تنظیم کننده ژن، سنتز RNA خاص امکان پذیر می شود.
اصول رونویسی
مکمل بودن - mRNA مکمل رشته الگوی DNA و شبیه به رشته کد کننده DNA است.
ضد موازی گرایی
تک قطبی
بدون پرایمر - RNA پلیمراز نیازی به پرایمر ندارد
عدم تقارن
مراحل رونویسی

1. شناسایی مروج و گره زدن- RNA پلیمراز با کمک فاکتورهای رونویسی اساسی به جعبه TATA پروموتر 3 متصل می شود، عوامل اضافی باعث مهار یا تحریک اتصال می شوند.
2. شروع- تشکیل اولین پیوند فسفودیستر بین Pu و اولین نوکلئوتید. یک نوکلئوتید مکمل نوکلئوتید DNA دوم به پورین تری فسفات با جدا شدن پیروفسفات از نوکلئوزید تری فسفات و تشکیل یک پیوند دی استری اضافه می شود.
3. طویل شدن(3'→5') - mRNA همولوگ به DNA غیرالگو (کدکننده، حسی)، سنتز شده روی DNA الگو. کدام یک از دو رشته DNA الگو خواهد بود توسط جهت پروموتر تعیین می شود
4. فسخ

کارخانه های رونویسی

تعدادی از داده‌های تجربی وجود دارد که نشان می‌دهد رونویسی در کارخانه‌های به اصطلاح رونویسی رخ می‌دهد: طبق برخی تخمین‌ها، کمپلکس‌های عظیم تا 10 MDa که حاوی حدود 8 RNA پلیمراز II و اجزایی برای پردازش و پیوند بعدی و همچنین اثبات است. خواندن رونوشت تازه سنتز شده در هسته سلول، تبادل ثابتی بین استخرهای RNA پلیمراز محلول و فعال وجود دارد. RNA پلیمراز فعال در چنین کمپلکسی نقش دارد که به نوبه خود یک واحد ساختاری است که فشردگی کروماتین را سازماندهی می کند. آخرین داده ها نشان می‌دهد که کارخانه‌های رونویسی در غیاب رونویسی وجود دارند، آنها در سلول ثابت هستند (هنوز مشخص نیست که آیا آنها با ماتریکس سلول تعامل دارند یا نه) و یک زیرمجموعه هسته‌ای مستقل را نشان می‌دهند. تلاش برای جداسازی کمپلکس عملکردی پروتئین کارخانه رونویسی به دلیل اندازه بزرگ و حلالیت کم هنوز به موفقیت منجر نشده است.

در زیست شناسی، فرآیندهای رونویسی و ترجمه در چارچوب بیوسنتز پروتئین در نظر گرفته می شود. اگرچه هیچ سنتز پروتئین در طول فرآیند رونویسی رخ نمی دهد. اما بدون آن، ترجمه (یعنی سنتز مستقیم پروتئین) غیرممکن است. رونویسی مقدم بر ترجمه است.

رونویسی و ترجمه ای که در سلول ها اتفاق می افتد با به اصطلاح جزم زیست شناسی مولکولی (که توسط F. Crick در اواسط قرن بیستم مطرح شد) مطابقت دارد: جریان اطلاعات در سلول ها در جهت اسیدهای نوکلئیک (DNA و RNA) می رود. ) به پروتئین ها، اما هرگز برعکس (یعنی از پروتئین ها به اسیدهای نوکلئیک). این بدان معنی است که اسید نوکلئیک می تواند به عنوان یک ماتریس اطلاعاتی برای سنتز پروتئین عمل کند، اما پروتئین نمی تواند برای سنتز اسید نوکلئیک به این صورت عمل کند.

رونویسی

رونویسی سنتز یک مولکول RNA بر روی یک مولکول DNA است. یعنی DNA به عنوان الگویی برای سنتز RNA عمل می کند.

رونویسی توسط تعدادی آنزیم کاتالیز می شود که مهمترین آنها RNA پلیمراز است. باید به خاطر داشت که آنزیم ها عمدتاً پروتئین هستند (این در مورد RNA پلیمراز نیز صدق می کند).

RNA پلیمراز در امتداد رشته دوگانه DNA حرکت می کند، رشته ها را جدا می کند و بر روی یکی از آنها، طبق اصل مکمل بودن، یک مولکول RNA از نوکلئوتیدهای شناور در هسته می سازد. بنابراین، RNA اساساً با بخشی از زنجیره DNA دیگر (که سنتز روی آن انجام نمی‌شود) یکسان است، زیرا زنجیره‌های مولکول DNA نیز مکمل یکدیگر هستند. تنها در RNA تیمین با اوراسیل جایگزین می شود.

سنتز اسیدهای نوکلئیک در جهتی از انتهای 5 اینچی مولکول ها تا انتهای 3 اینچی آنها انجام می شود. در این حالت، زنجیره های مکمل همیشه ضد موازی هستند (در جهت های مختلف هدایت می شوند). بنابراین، RNA خود در جهت 5"→3" سنتز می شود، اما در طول زنجیره DNA در جهت 3"→5" خود حرکت می کند.

بخشی از DNA که رونویسی در آن اتفاق می افتد (ترانسکریپتون، اپرون) از سه بخش تشکیل شده است: یک پروموتر، یک ژن (در مورد mRNA، به طور کلی، قسمت رونویسی شده) و یک پایان دهنده.

برای شروع (شروع) رونویسی، به فاکتورهای پروتئینی مختلفی نیاز است که به پروموتر متصل می‌شوند، پس از آن RNA پلیمراز می‌تواند به DNA متصل شود.

خاتمه (پایان) رونویسی پس از برخورد RNA پلیمراز با یکی از کدون های توقف اتفاق می افتد.

در سلول های یوکاریوتی، رونویسی در هسته اتفاق می افتد. پس از سنتز، مولکول های RNA در اینجا بالغ می شوند (بخش های غیر ضروری از آنها بریده می شود، مولکول ها ساختار ثانویه و سوم مربوطه را به خود می گیرند). سپس، انواع مختلفی از RNA وارد سیتوپلاسم می شوند، جایی که در فرآیند بعدی پس از رونویسی - ترجمه شرکت می کنند.

پخش می شود

ترجمه سنتز یک زنجیره پلی پپتیدی (پروتئین) روی یک مولکول RNA پیام رسان است. به روشی دیگر، ترجمه را می توان به عنوان ترجمه اطلاعات رمزگذاری شده با استفاده از نوکلئوتیدها (سه گانه کدون) به اطلاعاتی که به عنوان دنباله ای از اسیدهای آمینه نشان داده می شود، توصیف کرد. این فرآیند با مشارکت ریبوزوم ها (که شامل RNA ریبوزومی است) و RNA انتقالی رخ می دهد. بنابراین، هر سه نوع اصلی RNA در سنتز مستقیم پروتئین شرکت می کنند.

در طول ترجمه، ریبوزوم ها به ابتدای زنجیره mRNA متصل می شوند و سپس در امتداد آن به سمت انتهای آن حرکت می کنند. در این حالت سنتز پروتئین اتفاق می افتد.

در داخل ریبوزوم دو "نقطه" وجود دارد که در آن دو tRNA می توانند جای بگیرند. RNA های انتقالی که وارد ریبوزوم می شوند دارای یک اسید آمینه هستند. در داخل ریبوزوم، زنجیره پلی پپتیدی سنتز شده به یک اسید آمینه تازه وارد متصل به tRNA متصل است. پس از آن این tRNA به "مکان" دیگری منتقل می شود، و "قدیمی" که از قبل از زنجیره tRNA پلی پپتیدی در حال رشد آزاد است، از آن حذف می شود. tRNA دیگری با اسید آمینه وارد فضای خالی می شود. و این روند تکرار می شود.

مرکز فعال ریبوزوم تشکیل پیوند پپتیدی بین اسید آمینه تازه وارد و بخش سنتز شده قبلی پروتئین را کاتالیز می کند.

دو کدون (در مجموع 6 نوکلئوتید) mRNA در ریبوزوم قرار می گیرند. آنتی کدون‌های tRNA که وارد ریبوزوم می‌شوند باید مکمل کدون‌هایی باشند که ریبوزوم روی آنها قرار می‌گیرد. اسیدهای آمینه مختلف با tRNA های مختلف مطابقت دارند (که در آنتی کدون های آنها متفاوت است).

بنابراین، هر tRNA اسید آمینه خود را حمل می کند. باید در نظر داشت که تنها حدود 20 اسید آمینه در بیوسنتز پروتئین نقش دارند و حدود 60 کدون حسی (که نشان دهنده اسید آمینه است) وجود دارد. بنابراین، tRNA های مختلف می توانند اسید آمینه یکسانی را حمل کنند، اما آنتی کدون های آنها مربوط به همان اسید آمینه است.

1. شروع اولین مرحله رونویسی است که در طی آن اتصال اتفاق می افتد RNA پلیمرازهابا پروموتر و تشکیل اولین پیوند بین نوکلئوتیدی.

در باکتری ها، هولوآنزیم RNA پلیمراز به طور مستقیم توالی های خاصی از جفت های نوکلئوتیدی را در پروموتر تشخیص می دهد: دنباله 5-TATAAT-3 (که در فاصله 10 نوکلئوتید از نقطه شروع رونویسی قرار دارد و جعبه Pribnow نامیده می شود) و دنباله 5-TTGACA. -3 (فاصله از نقطه شروع رونویسی توسط 35 نوکلئوتید). در برخی از اپرون ها، به عنوان مثال در لاکتوز، تعامل اولیه با پروموتر یک پروتئین اضافی ضروری است. SARساختار پروموتر را تغییر می دهد و میل ترکیبی آن را به RNA پلیمراز به شدت افزایش می دهد.

RNA پلیمرازهای یوکاریوتی قادر به اتصال مستقل به پروموترهای ژن های رونویسی نیستند. فاکتورهای رونویسی عمومی (TFs) در اتصال RNA پلیمرازها به رونوشت ها نقش دارند. آنها با عوامل σ پروکاریوت ها از این جهت که می توانند به آنها متصل شوند، متفاوت هستند DNAمستقل از RNA پلیمراز پلیمرازهای I، II و III نیاز به حضور فاکتورهای رونویسی مختلف دارند که به ترتیب TF I، TF II و TF III نامیده می شوند. مروجین یوکاریوت هاپیچیده تر از پروکاریوت ها هستند و از چندین عنصر تشکیل شده اند. نزدیکترین نقطه به نقطه شروع رونویسی دامنه TATA است که دامنه Hogness نیز نامیده می شود. به دنبال آن دامنه های CAAT و GC قرار می گیرند. پروموترهای یوکاریوتی می توانند حاوی ترکیبات مختلفی از این عناصر باشند، اما هیچ یک از آنها در همه پروموترها یافت نمی شود. دامنه CAAT نقش اساسی در شروع رونویسی ایفا می کند.

با اتصال به پروموتر، RNA پلیمراز باعث دناتوره شدن موضعی DNA، به عنوان مثال، جداسازی رشته های DNA در حدود 15 جفت نوکلئوتیدی می شود. یک "چشم" رونویسی تشکیل می شود. اولین موردی که در زنجیره RNA ساخته می شود، یک نوکلئوتید پورین است - ATP یا GTP، در حالی که هر سه باقی مانده فسفات آن حفظ می شود. پس از تشکیل اولین پیوند فسفودی استر، فاکتور σ در باکتری ارتباط خود را با آنزیم از دست می دهد و باقیمانده هسته-آنزیم شروع به حرکت در امتداد DNA می کند. پس از شروع رونویسی، RNA پلیمراز یوکاریوتی نیز تماس خود را با فاکتورهای رونویسی از دست می دهد و به طور مستقل در طول DNA حرکت می کند.

2. ازدیاد طول - طویل شدن متوالی زنجیره RNA در حال رشد. با حرکت در امتداد مارپیچ دوگانه DNA، RNA پلیمراز به طور مداوم مارپیچ را جلوتر از محلی که سنتز در آن رخ می دهد باز می کند. RNA. برای مدت کوتاهی یک کمپلکس به اصطلاح باز تشکیل می شود که در داخل آن یک مارپیچ RNA-DNA به طول حدود 20 نوکلئوتید ظاهر می شود.
(شکل 30). سپس آنزیم (با استفاده از یک سایت خاص) دوباره آن را می پیچد

برنج. 30. ازدیاد طول رونویسی

DNA پشت محل پلیمریزاسیون رونوشت RNA از طریق یک کانال خاص مشخصه RNA پلیمراز از مجموعه خارج می شود.

سرعت سنتز RNA در باکتری ها حدود 30 است نوکلئوتیدهادر هر ثانیه اما ثابت نیست و ممکن است اندکی کاهش یابد. به چنین دوره هایی مکث رونویسی می گویند.

نشان داده شده است که حتی قبل از تشکیل هیبرید RNA-DNA، RNA پلیمراز DNA را از فرم B به فرم A تبدیل می کند. در آن، صفحات پایه های نیتروژنی بر محور مارپیچ عمود نیستند، بلکه 20 0 به عمود متمایل هستند. این احتمالاً جداسازی دو باز نیتروژنی مجاور در رشته DNA را تسهیل می کند. پارامترهای مارپیچ RNA-DNA نیز تقریباً به طور کامل با ویژگی های DNA شکل A یکسان است.

3. خاتمه (پایان رونویسی) توسط یک توالی نوکلئوتیدی DNA ویژه واقع در منطقه پایان دهنده اپرون تعیین می شود.

دو نوع پایان دهنده در اپرون های باکتریایی وجود دارد:

- ρ (rho)- پایانه های مستقل (نوع I)؛

- ρ - پایانه های وابسته (نوع II).

برنج. 31. ρ- پایان رونویسی مستقل در باکتری ها

پایانگرهای مستقل از ρمتشکل از توالی هایی است که نشان دهنده یک تکرار معکوس هستند - یک پالیندروم (شکل 31)، و در فاصله 16-20 جفت نوکلئوتیدی از نقطه پایانی قرار دارند. پالیندروم ها(سکانس هایی که از چپ به راست و از راست به چپ یکسان می خوانند) ρ- پایانه های مستقل حاوی تعداد زیادی تکرار G-C هستند. در پشت این بخش در زنجیره الگو یک توالی الیگو (A) وجود دارد (4-8 آدنیل نوکلئوتید در یک ردیف). رونویسی در ناحیه پالیندرومیک منجر به این واقعیت می شود که در رونوشت RNA حاصله یک عنصر پایدار از ساختار ثانویه به سرعت تشکیل می شود - "پینه مو" - یک منطقه مارپیچ حاوی مکمل

جفت های G-C. "گیره مو" استحکام پیوند DNA-RNA را در مجموعه باز مختل می کند. علاوه بر این، رونویسی توالی oligo(A) در زنجیره الگو منجر به تشکیل یک ناحیه هیبریدی DNA-RNA متشکل از جفت‌های ضعیف A-U می‌شود که همچنین به تخریب تماس بین DNA و RNA کمک می‌کند.

پایان دهنده های وابسته به ρ.یکی از فاکتورهای رونویسی پروکاریوت ها پروتئین است ρ . ρ فاکتور پروتئینی با ساختار چهارتایی است که دارای فعالیت ATPase است. این می تواند به انتهای 5 RNA سنتز شده با طول حدود 50 نوکلئوتید متصل شود. ρ -فاکتور در امتداد RNA با همان سرعتی حرکت می کند که RNA پلیمراز در امتداد DNA حرکت می کند. با توجه به اینکه تعداد زیادی جفت G-C (با سه پیوند هیدروژنی) در ترمیناتور وجود دارد، RNA پلیمراز در ناحیه ترمیناتور کند می شود. ρ فاکتور به آن می رسد، ترکیب آنزیم را تغییر می دهد و سنتز RNA متوقف می شود (شکل 32).

سه رویداد کلیدی در هر دو نوع پایان دهنده رخ می دهد:

سنتز RNA متوقف می شود.

زنجیره RNA از DNA آزاد می شود.

RNA پلیمراز از DNA آزاد می شود.

رونویسی

اطلاعات عمومی

رونویسی- فرآیند سنتز RNA با استفاده از DNA به عنوان یک الگو، که در تمام سلول های زنده رخ می دهد. به عبارت دیگر انتقال اطلاعات ژنتیکی از DNA به RNA است.
در طول رونویسی ژن، بیوسنتز مولکول‌های RNA، مکمل یکی از زنجیره‌های DNA الگو، همراه با پلیمریزاسیون چهار ریبونوکلئوزیدی تری فسفات (ATP، GTP، CTP و UTP) با تشکیل پیوندهای فسفودی‌استر 3"-5" و انتشار پیروفسفات معدنی
رونویسی توسط یک آنزیم کاتالیز می شود RNA پلیمراز وابسته به DNA. فرآیند سنتز RNA در جهت از انتهای 5 اینچ به 3 اینچ ادامه می یابد، یعنی در امتداد رشته الگوی DNA، RNA پلیمراز در جهت 3"->5" حرکت می کند.
RNA پلیمرازها می توانند از یک یا چند زیر واحد تشکیل شوند. در میتوکندری ها و برخی باکتریوفاژها، به عنوان مثال SP6، T7، با تعداد کمی ژن در ژنوم های ساده که هیچ تنظیم پیچیده ای وجود ندارد، RNA پلیمراز از یک زیر واحد تشکیل شده است. برای باکتری ها و یوکاریوت ها، با تعداد زیادی ژن و سیستم های تنظیمی پیچیده، RNA پلیمرازها از چندین زیر واحد تشکیل شده اند. نشان داده شده است که فاژ RNA پلیمرازهای متشکل از یک زیر واحد می توانند با پروتئین های باکتریایی برهمکنش داشته باشند که خواص آنها را تغییر می دهد [Patrushev, 2000].
در پروکاریوت ها، سنتز انواع RNA توسط همان آنزیم انجام می شود.
یوکاریوت ها دارای 3 RNA پلیمراز هسته ای، RNA پلیمراز میتوکندری و RNA پلیمراز کلروپلاست هستند.
ریبونوکلئوزید تری فسفات ها (نوکلئوتیدهای فعال شده) به عنوان سوبسترا برای RNA پلیمرازها عمل می کنند. کل فرآیند رونویسی به دلیل انرژی پیوندهای پرانرژی نوکلئوتیدهای فعال انجام می شود.

اولین نوکلئوتید در RNA همیشه پورین به شکل تری فسفات است.
عوامل رونویسی- پروتئین هایی که با یکدیگر تعامل دارند، مناطق تنظیم کننده DNA و RNA پلیمراز برای تشکیل یک کمپلکس رونویسی و تنظیم رونویسی. به لطف فاکتورهای رونویسی و توالی های تنظیم کننده ژن، سنتز RNA خاص امکان پذیر می شود.
اصول رونویسی
مکمل بودن - mRNA مکمل رشته الگوی DNA و شبیه به رشته کد کننده DNA است.
ضد موازی گرایی
تک قطبی
بدون پرایمر - RNA پلیمراز نیازی به پرایمر ندارد
عدم تقارن
مراحل رونویسی

1. شناسایی مروج و گره زدن- RNA پلیمراز با کمک فاکتورهای رونویسی اساسی به جعبه TATA پروموتر 3 متصل می شود، عوامل اضافی باعث مهار یا تحریک اتصال می شوند.
2. شروع- تشکیل اولین پیوند فسفودیستر بین Pu و اولین نوکلئوتید. یک نوکلئوتید مکمل نوکلئوتید DNA دوم به پورین تری فسفات با جدا شدن پیروفسفات از نوکلئوزید تری فسفات و تشکیل یک پیوند دی استری اضافه می شود.
3. طویل شدن(3'→5') - mRNA همولوگ به DNA غیرالگو (کدکننده، حسی)، سنتز شده روی DNA الگو. کدام یک از دو رشته DNA الگو خواهد بود توسط جهت پروموتر تعیین می شود
4. فسخ

کارخانه های رونویسی

تعدادی از داده‌های تجربی وجود دارد که نشان می‌دهد رونویسی در کارخانه‌های به اصطلاح رونویسی رخ می‌دهد: طبق برخی تخمین‌ها، کمپلکس‌های عظیم تا 10 MDa که حاوی حدود 8 RNA پلیمراز II و اجزایی برای پردازش و پیوند بعدی و همچنین اثبات است. خواندن رونوشت تازه سنتز شده در هسته سلول، تبادل ثابتی بین استخرهای RNA پلیمراز محلول و فعال وجود دارد. RNA پلیمراز فعال در چنین کمپلکسی نقش دارد که به نوبه خود یک واحد ساختاری است که فشردگی کروماتین را سازماندهی می کند. آخرین داده ها نشان می‌دهد که کارخانه‌های رونویسی در غیاب رونویسی وجود دارند، آنها در سلول ثابت هستند (هنوز مشخص نیست که آیا آنها با ماتریکس سلول تعامل دارند یا نه) و یک زیرمجموعه هسته‌ای مستقل را نشان می‌دهند. تلاش برای جداسازی کمپلکس عملکردی پروتئین کارخانه رونویسی به دلیل اندازه بزرگ و حلالیت کم هنوز به موفقیت منجر نشده است.

رونویسی در یوکاریوت ها

RNA پلیمرازهای یوکاریوتی

یوکاریوت ها دارای 3 نوع RNA پلیمراز هستند (بدون احتساب میتوکندری و کلروپلاست):
RNA پلیمراز I- RNA ریبوزومی را در هسته (18S و 28S rRNA، به جز 5S) سنتز می کند.
RNA پلیمراز II- mRNA و مقداری sRNA را سنتز می کند.
RNA پلیمراز III- tRNA، sRNA، 5S rRNA را سنتز می کند.
RNA پلیمرازهای یوکاریوتی در موارد زیر متفاوت است: تعداد زیر واحدها - 2 بزرگ (120-220 کیلو دالتون) و تا 8 کوچک (10-100 کیلو دالتون)، نیاز به یون های منیزیم و منگنز، حساسیت به - آمونیتین- سم وزغ - یک پپتید حاوی اسیدهای آمینه D: polI - پایدار، polII - مهار شده در غلظت 10-8M، polIII - در غلظت 10-6M آمونیتین. RNA پلیمرازهای I، II، III در هسته کدگذاری می شوند. زیرواحدهای بزرگ با زیرواحدهای β و β' یوباکتریوم همولوگ هستند.

RNA پلیمراز I

RNA پلیمراز II

Human PolII حاوی بیش از 10 زیرواحد است که ارتباط ضعیفی با یکدیگر دارند. برخی از آنها به فاکتورهای رونویسی اساسی (GTFs) تعلق دارند.
پروتئین های هولوآنزیم مخمر PolII[پاتروشف، 2000].
Pol II- فعالیت RNA پلیمراز، با بسیاری از فاکتورهای رونویسی عمومی و اختصاصی بافتی تعامل دارد و در انتخاب نقطه شروع رونویسی نقش دارد.
TFIIB- Pol II و TBP را به پروموتر متصل می کند، در انتخاب نقطه شروع رونویسی شرکت می کند.
TFIIF- تعامل با Pol II، افزایش طول رونویسی Pol II، جزء زیرمجموعه SRB/واسطه را تحریک می کند.
TFIIH- فعالیت ATPase وابسته به DNA، فعالیت DNA هلیکاز، دارای فعالیت CTD کیناز است
SRB2، SRB5
تعامل با TBP، اجزای زیرمجموعه SRB/میانجی
GAL11/SPT13- مشارکت در تشکیل کمپلکس آغازین، تحریک سنتز RNA پایه و القا شده،
اجزای زیرمجموعه SRB/mediator، احتمالاً در تعامل با فعال‌کننده‌های رونویسی
SUG1- جزء زیرمجموعه SRB/mediator، احتمالاً با فعال‌کننده‌های رونویسی تعامل دارد.
SRB4، SRB6، SRB7، SRB8، SRB9، SRB10، SRB11- احتمالاً اجزای زیرمجموعه SRB/mediator
تعامل با دامنه CTD Pol II

RNA پلیمراز III

عوامل رونویسی

شروع

شروع رونویسی در آن رخ می دهد سایت کلاهکد کننده اولین نوکلئوتید از اگزون اول mRNA.
جعبه تاتاموضعی 25-30 جفت باز در بالادست محل کلاهک، اتصال RNA پلیمراز در جلوی محل کلاهک. پروموتر تقریباً 200 جفت باز در بالادست محل کلاهک است. طول تقویت کننده ها معمولاً 100 تا 200 جفت باز است.

ازدیاد طول

فسخ

خاتمه در محل پلی آدنیلاسیون.

RNA ژن‌های تازه سنتز شده به پروتئین‌های هسته‌ای - اطلاعات‌دهنده‌ها متصل می‌شود، تحت تغییرات مختلف پس از رونویسی قرار می‌گیرد و از هسته منتقل می‌شود (به پردازش مروری مراجعه کنید) برای ترجمه بعدی (به ترجمه مروری مراجعه کنید).

رونویسی در پروکاریوت ها

E. coli RNA پلیمراز

E. coli RNA پلیمراز تمام ژن های باکتریایی را رونویسی می کند و از چندین زیر واحد تشکیل شده است: α-35kDa، β‘-165kDa، β-155kDa، σ-معمولا 70kDa (σ70). RNA پلیمراز ترکیبی ααββ’σ70 را هولوآنزیم (Eσ70) و ترکیب آنزیم هسته ααββ’ (E) می نامند.
σ یک عامل اختصاصی قابل جایگزینی است که پس از شروع رونویسی جدا می شود. ازدیاد طول و خاتمه توسط آنزیم هسته انجام می شود. E. coli دارای 10 نوع زیر واحد σ است. رونویسی ژن های شوک حرارتی، اپرون های gln یا nif توسط σ54 به عنوان بخشی از هولوآنزیم Eσ54 (54 کیلو دالتون) انجام می شود.
همه زیرواحدها دارای بار منفی هستند: σ>α>β>β’ - به ترتیب بار نزولی مرتب شده اند. هر زیرواحد دارای یک خوشه از مکان های باردار (+) است که با آنها به DNA متصل می شوند. بیشترین تعداد خوشه β' است که در اتصال آنزیم به DNA نقش دارد، زیرواحد β شامل مراکز فعال است - شروع و ازدیاد طول، زیرواحدهای α از تعامل صحیح آنزیم با پروموترها اطمینان می دهند. ریفامپیسین شروع را مسدود می کند، استرپتولیدیژین از کشیدگی جلوگیری می کند که نشان دهنده جدا شدن مراکز فعال در RNA پلیمراز است.
شناسایی و اتصال RNA-pol به پروموتر توسط آنزیم holo انجام می شود
حدود 7000 مولکول RNA پلیمراز به طور همزمان در سلول وجود دارد. فقط آنزیم هولو میل ترکیبی بالایی برای یک توالی نوکلئوتیدی خاص دارد - میل ترکیبی آن برای سایر توالی های DNA تصادفی 10000 بار کاهش می یابد. آنزیم هسته میل ترکیبی یکسانی برای هر توالی نوکلئوتیدی دارد.
خود فاکتور سیگما در مقایسه با سایر زیرواحدهای RNA پلیمراز کمترین تمایل را برای DNA دارد، اما ترکیبی به آنزیم هولو می دهد که میل ترکیبی را برای پروموتر افزایش می دهد.
مراحل شناسایی و اتصال، و همچنین شروع، توسط آنزیم هولو انجام می شود. ازدیاد طول و خاتمه توسط آنزیم هسته انجام می شود.
دو زیر واحد α چارچوب RNA پلیمراز هستند. زیر واحدهای باقی مانده به آنها متصل می شوند.
زیرواحد β" به دلیل مجموعه ای از اسیدهای آمینه با بار مثبت، مسئول اتصال قوی به DNA است.
زیر واحد β شامل دو مرکز کاتالیزوری است. یکی مسئول شروع و دیگری مسئول ازدیاد طول است. یک مرکز در هولو و دیگری در هسته آنزیم کار می کند.

شروع رونویسی

Ecoli RNA پلیمراز دو 6H که با 25H از هم جدا شده اند را تشخیص می دهد

ازدیاد طول رونویسی

خاتمه رونویسی

مقررات رونویسی

طرح القای منفی جیکوب و مونود

اپرون E.coli lac حاوی 3 ژن است که مسئول تشکیل پروتئین های دخیل در انتقال دی ساکارید لاکتوز به داخل سلول و تجزیه آن هستند.
Z-β - گالاکتوزیداز(لاکتوز را به گلوکز و گالاکتوز تقسیم می کند).
Y-β-گالاکتوزید پرماز(لاکتوز را از طریق غشای سلولی منتقل می کند).
الف - تیوگالاکتوزید ترانس استیلاز(استیلات گالاکتوز).
در غیاب لاکتوز در سلول، اپرون لاک خاموش می شود. پروتئین سرکوبگر فعال، کدگذاری شده در یک اپرون مونوسیسترونیک (LacI)، که عملگر ندارد، با اپراتور اپرون لاک مرتبط است. از آنجایی که اپراتور با پروموتر همپوشانی دارد، حتی فرود RNA پلیمراز روی پروموتر غیرممکن است.
به محض ورود مقدار معینی از لاکتوز به سلول، دو مولکول از سوبسترا (لاکتوز) با پروتئین رپرسور برهمکنش می‌کنند، ساختار آن را تغییر می‌دهند - و تمایل خود را به اپراتور از دست می‌دهند.
رونویسی اپرون لاک و ترجمه mRNA حاصل بلافاصله شروع می شود. سه پروتئین سنتز شده در استفاده از لاکتوز نقش دارند.
وقتی تمام لاکتوز پردازش شد، بخش دیگری از رپرسور بدون لاکتوز اپرون لاک را خاموش می کند.

مدار القایی مثبت

در آرا اوپرون E. coli 3 سیسترون که آنزیم هایی را رمزگذاری می کنند که قند آرابینوز را تجزیه می کنند. به طور معمول اپرون بسته است. پروتئین رپرسور با یک اپراتور مرتبط است.

هنگامی که آرابینوز وارد سلول می شود، با یک پروتئین سرکوب کننده تعامل می کند. پروتئین رپرسور تغییر شکل می دهد و از یک سرکوب کننده به یک فعال کننده تبدیل می شود که با پروموتر تعامل می کند و اتصال RNA پلیمراز به پروموتر را تسهیل می کند.
این طرح تنظیمی القای مثبت نامیده می شود، زیرا عنصر کنترل کننده - پروتئین فعال کننده - عملکرد اپرون را "روشن" می کند.

ما هنگام مطالعه یک زبان خارجی با مفهوم رونویسی مواجه می شویم. به ما کمک می کند تا کلمات ناشناخته را به درستی بازنویسی و تلفظ کنیم. منظور از این اصطلاح در علوم طبیعی چیست؟ رونویسی در زیست شناسی یک فرآیند کلیدی در سیستم واکنش های بیوسنتز پروتئین است. این است که به سلول اجازه می دهد تا پپتیدهایی را برای خود فراهم کند که عملکردهای ساختمانی، محافظتی، سیگنال دهی، انتقال و سایر عملکردها را در آن انجام می دهند. فقط بازنویسی اطلاعات از مکان DNA بر روی یک مولکول اسید ریبونوکلئیک اطلاعاتی، دستگاه سنتز پروتئین سلول را تحریک می کند، که واکنش های ترجمه بیوشیمیایی را فراهم می کند.

در این مقاله به مراحل رونویسی و سنتز پروتئین که در موجودات مختلف رخ می دهد نگاه می کنیم و همچنین اهمیت این فرآیندها را در زیست شناسی مولکولی مشخص می کنیم. علاوه بر این، ما تعریفی از آنچه رونویسی است ارائه خواهیم کرد. در زیست شناسی، دانش در مورد فرآیندهای مورد علاقه ما را می توان از بخش هایی مانند سیتولوژی، زیست شناسی مولکولی و بیوشیمی به دست آورد.

ویژگی های واکنش های سنتز ماتریس

برای کسانی که با انواع اولیه واکنش های شیمیایی مورد مطالعه در درس شیمی عمومی آشنا هستند، فرآیندهای سنتز ماتریس کاملاً جدید خواهد بود. دلیل در اینجا به شرح زیر است: چنین واکنش هایی که در موجودات زنده رخ می دهد، کپی کردن مولکول های مادر را با استفاده از یک کد خاص تضمین می کند. بلافاصله کشف نشد، بهتر است بگوییم که خود ایده وجود دو زبان مختلف برای ذخیره اطلاعات ارثی طی دو قرن راه خود را باز کرد: از اواخر قرن نوزدهم تا اواسط دهه بیستم. برای اینکه بهتر تصور کنیم رونویسی و ترجمه در زیست‌شناسی چیست و چرا به واکنش‌های سنتز ماتریسی اشاره می‌کنند، اجازه دهید برای یک قیاس به واژگان فنی بپردازیم.

همه چیز مثل چاپخانه است

تصور کنید که ما باید مثلاً صد هزار نسخه از یک روزنامه مردمی را چاپ کنیم. تمام موادی که وارد آن می شود روی حامل مادر جمع آوری می شود. این الگوی اول ماتریس نامیده می شود. سپس روی ماشین های چاپ تکثیر می شود - کپی تهیه می شود. فرآیندهای مشابهی در یک سلول زنده اتفاق می افتد، تنها مولکول های DNA و mRNA به طور متناوب به عنوان الگو عمل می کنند، و مولکول های RNA و پروتئین پیام رسان به عنوان کپی عمل می کنند. بیایید با جزئیات بیشتری به آنها نگاه کنیم و دریابیم که رونویسی در زیست شناسی واکنش سنتز ماتریکسی است که در هسته سلول رخ می دهد.

رمز ژنتیکی کلید راز بیوسنتز پروتئین است

در زیست شناسی مولکولی مدرن، هیچ کس دیگر درباره اینکه کدام ماده حامل خواص ارثی است بحث نمی کند و داده های مربوط به تمام پروتئین های بدن را بدون استثنا ذخیره می کند. البته دئوکسی ریبونوکلئیک اسید است. با این حال، از نوکلئوتیدها ساخته شده است و پروتئین هایی که اطلاعات مربوط به ترکیب آنها در آن ذخیره شده است، توسط مولکول های اسید آمینه نشان داده می شود که هیچ قرابت شیمیایی با مونومرهای DNA ندارند. به عبارت دیگر با دو زبان مختلف روبرو هستیم. در یکی از آنها کلمات نوکلئوتید و در دیگری اسیدهای آمینه هستند. چه چیزی به عنوان مترجمی که اطلاعات به دست آمده در نتیجه رونویسی را مجدداً رمزگذاری می کند، عمل می کند؟ زیست شناسی مولکولی معتقد است که این نقش توسط کد ژنتیکی ایفا می شود.

ویژگی های منحصر به فرد کد سلولی

این همان کدی است که جدول آن در زیر ارائه شده است. سیتولوژیست ها، ژنتیک ها و بیوشیمیست ها روی ایجاد آن کار کردند. علاوه بر این، از دانش رمزنگاری در توسعه کد استفاده شد. با در نظر گرفتن قوانین آن، می توان ساختار اولیه پروتئین سنتز شده را ایجاد کرد، زیرا ترجمه در زیست شناسی فرآیند ترجمه اطلاعات در مورد ساختار یک پپتید از زبان نوکلئوتیدهای RNA به زبان اسیدهای آمینه یک پروتئین است. مولکول

ایده کدگذاری در موجودات زنده برای اولین بار توسط G. A. Gamov بیان شد. پیشرفت های علمی بیشتر منجر به تدوین قوانین اساسی آن شد. ابتدا مشخص شد که ساختار 20 اسید آمینه در 61 سه قلو RNA پیام رسان رمزگذاری شده است که منجر به مفهوم انحطاط کد شد. در مرحله بعد، ترکیب کدون‌های غیرنیستی را تعیین کردیم که به عنوان شروع و توقف فرآیند بیوسنتز پروتئین عمل می‌کنند. سپس مقرراتی در مورد خطی بودن و جهانی بودن آن ظاهر شد و نظریه هماهنگ کد ژنتیکی را تکمیل کرد.

رونویسی و ترجمه کجا اتفاق می افتد؟

در زیست شناسی، چندین بخش آن که ساختار و فرآیندهای بیوشیمیایی در سلول را مطالعه می کند (سیتولوژی و زیست شناسی مولکولی) محل واکنش های سنتز ماتریکس را تعیین می کند. بنابراین، رونویسی در هسته با مشارکت آنزیم RNA پلیمراز رخ می دهد. در کاریوپلاسم خود، یک مولکول mRNA از نوکلئوتیدهای آزاد بر اساس اصل مکمل بودن سنتز می شود و اطلاعات مربوط به ساختار پپتید را از یک ژن ساختاری کپی می کند.

سپس از طریق منافذ موجود در پوشش هسته از هسته سلول خارج شده و به سیتوپلاسم سلول ختم می شود. در اینجا، mRNA باید با چندین ریبوزوم ترکیب شود تا پلی زومی را تشکیل دهد، ساختاری که آماده دیدار با مولکول‌های اسیدهای ریبونوکلئیک است. وظیفه آنها رساندن اسیدهای آمینه به محل واکنش دیگر سنتز ماتریس - ترجمه است. اجازه دهید مکانیسم های هر دو واکنش را با جزئیات در نظر بگیریم.

ویژگی های تشکیل مولکول های mRNA

رونویسی در زیست شناسی بازنویسی اطلاعات مربوط به ساختار یک پپتید از ژن ساختاری DNA بر روی یک مولکول اسید ریبونوکلئیک است که اطلاعاتی نامیده می شود. همانطور که قبلاً گفتیم، در هسته سلول رخ می دهد. ابتدا، آنزیم محدودکننده DNA، پیوندهای هیدروژنی را که زنجیره‌های اسید دئوکسی ریبونوکلئیک را به هم متصل می‌کند، می‌شکند و مارپیچ آن باز می‌شود. آنزیم RNA پلیمراز به سایت های پلی نوکلئوتیدی آزاد می چسبد. این مونتاژ یک کپی - یک مولکول mRNA را فعال می کند، که علاوه بر بخش های اطلاعاتی - اگزون ها - همچنین حاوی توالی های نوکلئوتیدی خالی - اینترون ها است. آنها بالاست هستند و نیاز به حذف دارند. این فرآیند در زیست شناسی مولکولی پردازش یا بلوغ نامیده می شود. این رونویسی را به پایان می رساند. زیست شناسی به اختصار این را به شرح زیر توضیح می دهد: تنها با از دست دادن مونومرهای غیر ضروری، نوکلئیک اسید قادر خواهد بود از هسته خارج شده و برای مراحل بعدی بیوسنتز پروتئین آماده شود.

رونویسی معکوس در ویروس ها

اشکال حیات غیر سلولی نه تنها در ساختار بیرونی و درونی، بلکه در واکنش‌های سنتز ماتریکس نیز با سلول‌های پروکاریوتی و یوکاریوتی تفاوت چشمگیری دارند. در دهه هفتاد قرن گذشته، علم وجود رتروویروس ها را ثابت کرد - ارگانیسم هایی که ژنوم آنها از دو زنجیره RNA تشکیل شده است. چنین ذرات ویروسی تحت تأثیر آنزیم - ریورستاز - مولکول‌های DNA را از بخش‌هایی از اسید ریبونوکلئیک کپی می‌کنند و سپس به کاریوتیپ سلول میزبان وارد می‌شوند. همانطور که می بینیم، کپی کردن اطلاعات ارثی در این مورد در جهت مخالف است: از RNA به DNA. این شکل از کدگذاری و خواندن، برای مثال، مشخصه عوامل بیماری زا است که باعث انواع سرطان می شوند.

ریبوزوم ها و نقش آنها در متابولیسم سلولی

واکنش های تبادل پلاستیک، که شامل بیوسنتز پپتیدها می شود، در سیتوپلاسم سلول رخ می دهد. برای به دست آوردن یک مولکول پروتئین نهایی، کپی کردن توالی نوکلئوتیدی از یک ژن ساختاری و انتقال آن به سیتوپلاسم کافی نیست. همچنین به ساختارهایی نیاز است که اطلاعات را بخواند و از اتصال اسیدهای آمینه به یک زنجیره واحد از طریق پیوندهای پپتیدی اطمینان حاصل کند. اینها ریبوزوم هایی هستند که ساختار و عملکرد آنها در زیست شناسی مولکولی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. ما قبلاً متوجه شده ایم که رونویسی در کجا اتفاق می افتد - این کاریوپلاسم هسته است. محل فرآیندهای ترجمه سیتوپلاسم سلولی است. در آن است که کانال های شبکه آندوپلاسمی قرار دارند که اندامک های سنتز کننده پروتئین - ریبوزوم ها - به صورت گروهی روی آن قرار دارند. با این حال، حضور آنها هنوز شروع واکنش های پلاستیکی را تضمین نمی کند. ما به ساختارهایی نیاز داریم که مولکول های مونومر پروتئین - اسیدهای آمینه - را به پلی زومی برسانند. آنها اسیدهای ریبونوکلئیک انتقالی نامیده می شوند. چه کسانی هستند و چه نقشی در صدا و سیما دارند؟

انتقال دهنده های اسید آمینه

مولکول های کوچک RNA انتقالی در پیکربندی فضایی خود دارای ناحیه ای متشکل از دنباله ای از نوکلئوتیدها - یک آنتی کدون هستند. برای انجام فرآیندهای ترجمه، لازم است یک مجموعه ابتکاری ایجاد شود. باید شامل سه گانه ماتریکس، ریبوزوم ها و ناحیه مکمل مولکول انتقال باشد. به محض اینکه چنین مجموعه ای سازماندهی شد، این سیگنالی برای شروع مونتاژ پلیمر پروتئین است. هر دو ترجمه و رونویسی در زیست شناسی فرآیندهای جذب هستند که همیشه شامل جذب انرژی می شوند. برای انجام آنها، سلول از قبل آماده می شود و تعداد زیادی مولکول اسید آدنوزین تری فسفریک را جمع می کند.

سنتز این ماده انرژی در میتوکندری - مهمترین اندامک های تمام سلول های یوکاریوتی بدون استثنا - اتفاق می افتد. قبل از شروع واکنش های سنتز ماتریکس، جایی را در مرحله پیش سنتز چرخه زندگی سلولی و واکنش های پس از تکثیر اشغال می کند. تجزیه مولکول های ATP با فرآیندهای رونویسی و واکنش های ترجمه همراه است.

مراحل پخش

در آغاز واکنش هایی که منجر به تشکیل یک پلی پپتید می شود، 20 نوع مونومر پروتئین به مولکول های خاصی از اسیدهای انتقالی متصل می شوند. به موازات آن، تشکیل پلی زومی در سلول اتفاق می افتد: ریبوزوم ها به ماتریکس در محل کدون شروع متصل می شوند. شروع بیوسنتز آغاز می شود و ریبوزوم ها در امتداد سه قلوهای mRNA حرکت می کنند. مولکول هایی که اسیدهای آمینه را حمل می کنند برای آنها مناسب است. اگر کدون موجود در پلی زوم مکمل آنتی کدون اسیدهای انتقال باشد، اسید آمینه در ریبوزوم باقی می ماند و پیوند پلی پپتیدی حاصل آن را با آمینو اسیدهای موجود در آنجا متصل می کند. به محض اینکه اندامک سنتز کننده پروتئین به سه گانه توقف (معمولا UAG، UAA یا UGA) رسید، ترجمه متوقف می شود. در نتیجه ریبوزوم همراه با ذره پروتئین از mRNA جدا می شود.

چگونه یک پپتید شکل اصلی خود را به دست می آورد؟

آخرین مرحله ترجمه، فرآیند انتقال ساختار اولیه پروتئین به شکل سوم است که به شکل کروی است. آنزیم ها باقی مانده های اسید آمینه غیر ضروری را حذف می کنند، مونوساکاریدها یا لیپیدها را اضافه می کنند و همچنین گروه های کربوکسیل و فسفات را نیز سنتز می کنند. همه اینها در حفره های شبکه آندوپلاسمی اتفاق می افتد، جایی که پپتید پس از اتمام بیوسنتز وارد می شود. سپس، مولکول پروتئین بومی وارد کانال ها می شود. آنها به سیتوپلاسم نفوذ می کنند و کمک می کنند تا اطمینان حاصل شود که پپتید وارد ناحیه خاصی از سیتوپلاسم می شود و سپس برای نیازهای سلول استفاده می شود.

در این مقاله متوجه شدیم که ترجمه و رونویسی در زیست‌شناسی، واکنش‌های اصلی سنتز ماتریکس هستند که زمینه ساز حفظ و انتقال تمایلات ارثی موجودات هستند.