การถอดเสียง- กระบวนการสังเคราะห์ RNA โดยใช้ DNA เป็นแม่แบบเกิดขึ้นในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด กล่าวอีกนัยหนึ่งคือการถ่ายโอนข้อมูลทางพันธุกรรมจาก DNA ไปยัง RNA
ในระหว่างการถอดรหัสยีน การสังเคราะห์ทางชีวภาพของโมเลกุล RNA เกิดขึ้น เสริมกับหนึ่งในสายโซ่ DNA แม่แบบ ร่วมกับการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันของไรโบนิวคลีโอไซด์ ไตรฟอสเฟต 4 ชนิด (ATP, GTP, CTP และ UTP) ด้วยการก่อตัวของพันธะฟอสโฟไดสเตอร์ขนาด 3"–5" และ การปล่อยไพโรฟอสเฟตอนินทรีย์
การถอดความถูกเร่งโดยเอนไซม์ RNA polymerase ที่ขึ้นกับ DNA- กระบวนการสังเคราะห์ RNA ดำเนินไปในทิศทางจากปลาย 5" ถึงปลาย 3" กล่าวคือ RNA polymerase เคลื่อนที่ไปในทิศทาง 3"->5" ไปตามสายแม่แบบ DNA
RNA polymerase สามารถประกอบด้วยหน่วยย่อยหนึ่งหน่วยขึ้นไป ในไมโตคอนเดรียและแบคทีเรียบางชนิด เช่น SP6, T7 ซึ่งมียีนจำนวนเล็กน้อยในจีโนมอย่างง่ายที่ไม่มีการควบคุมที่ซับซ้อน RNA polymerase ประกอบด้วยหน่วยย่อยเดียว สำหรับแบคทีเรียและยูคาริโอตที่มียีนจำนวนมากและระบบการควบคุมที่ซับซ้อน RNA โพลีเมอเรสจะประกอบด้วยหน่วยย่อยหลายหน่วย มีการแสดงให้เห็นว่า phage RNA polymerases ที่ประกอบด้วยหน่วยย่อยหนึ่งหน่วยสามารถโต้ตอบกับโปรตีนจากแบคทีเรีย ซึ่งเปลี่ยนคุณสมบัติของพวกมัน [Patrushev, 2000]
ในโปรคาริโอต การสังเคราะห์ RNA ทุกประเภทจะดำเนินการโดยเอนไซม์ตัวเดียวกัน
ยูคาริโอตมีนิวเคลียส RNA polymerase 3 ตัว, mitochondrial RNA polymerases และ chloroplast RNA polymerases
ไรโบนิวคลีโอไซด์ไตรฟอสเฟต (นิวคลีโอไทด์ที่ถูกกระตุ้น) ทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นสำหรับอาร์เอ็นเอโพลีเมอเรส กระบวนการถอดรหัสทั้งหมดดำเนินการเนื่องจากพลังงานของพันธะพลังงานสูงของนิวคลีโอไทด์ที่ถูกกระตุ้น

นิวคลีโอไทด์ตัวแรกใน RNA มักจะมีพิวรีนอยู่ในรูปของไตรฟอสเฟตเสมอ
ปัจจัยการถอดความ- โปรตีนที่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกัน ขอบเขตการควบคุมของ DNA และ RNA polymerase เพื่อสร้างความซับซ้อนในการถอดรหัสและควบคุมการถอดรหัส ต้องขอบคุณปัจจัยการถอดรหัสและลำดับการควบคุมของยีน ทำให้การสังเคราะห์ RNA เฉพาะเจาะจงเป็นไปได้
หลักการถอดความ
การเสริม - mRNA เป็นส่วนเสริมของสายเทมเพลต DNA และคล้ายกับสายการเข้ารหัส DNA
การต่อต้านการขนานกัน
ขั้วเดียว
ไพรเมอร์ - RNA polymerase ไม่ต้องการไพรเมอร์
ความไม่สมดุล
ขั้นตอนการถอดความ

1. การรับรู้โปรโมเตอร์และ ผูก- RNA polymerase จับกับกล่อง TATA ของโปรโมเตอร์ 3' ด้วยความช่วยเหลือของปัจจัยการถอดรหัสพื้นฐาน ปัจจัยเพิ่มเติมยับยั้งหรือกระตุ้นการเกาะติด
2. การเริ่มต้น- การก่อตัวของพันธะฟอสโฟไดสเตอร์ตัวแรกระหว่าง Pu และนิวคลีโอไทด์ตัวแรก นิวคลีโอไทด์ที่เป็นส่วนเสริมของนิวคลีโอไทด์ DNA ตัวที่สองจะถูกเติมลงในพิวรีนไตรฟอสเฟตโดยมีความแตกแยกของไพโรฟอสเฟตจากนิวคลีโอไซด์ไตรฟอสเฟตทำให้เกิดพันธะไดสเตอร์
3. การยืดตัว(3’→5’) - mRNA คล้ายคลึงกับ DNA ที่ไม่ใช่เทมเพลต (การเข้ารหัส ความรู้สึก) สังเคราะห์บน DNA เทมเพลต DNA ทั้งสองเส้นใดจะเป็นเทมเพลตจะถูกกำหนดโดยทิศทางของโปรโมเตอร์
4. การเลิกจ้าง

โรงงานถอดความ

ตามการประมาณการ มีข้อมูลการทดลองจำนวนหนึ่งที่บ่งชี้ว่าการถอดรหัสเกิดขึ้นในโรงงานที่เรียกว่าการถอดรหัส: ตามการประมาณการบางอย่าง คอมเพล็กซ์ MDa สูงถึง 10 MDa ที่มีประมาณ 8 RNA polymerases II และส่วนประกอบสำหรับการประมวลผลและการต่อรอยในภายหลัง รวมถึงการพิสูจน์- การอ่านบทบรรยายที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่ ในนิวเคลียสของเซลล์ มีการแลกเปลี่ยนอย่างต่อเนื่องระหว่างกลุ่มของ RNA polymerase ที่ละลายน้ำได้และที่กระตุ้นการทำงาน Active RNA polymerase มีส่วนเกี่ยวข้องในสิ่งที่ซับซ้อนซึ่งในทางกลับกันเป็นหน่วยโครงสร้างที่จัดระเบียบการบดอัดของโครมาติน ข้อมูลล่าสุด ระบุว่าโรงงานการถอดความมีอยู่ในกรณีที่ไม่มีการถอดความ โรงงานเหล่านั้นได้รับการแก้ไขในเซลล์ (ยังไม่ชัดเจนว่าโรงงานเหล่านี้มีปฏิกิริยากับเมทริกซ์ของเซลล์หรือไม่) และเป็นตัวแทนของหน่วยย่อยนิวเคลียร์อิสระ ความพยายามที่จะแยกโปรตีนเชิงซ้อนเชิงฟังก์ชันของโรงงานถอดรหัสยังไม่ประสบความสำเร็จ เนื่องจากมีขนาดใหญ่และมีความสามารถในการละลายต่ำ

ในทางชีววิทยา กระบวนการถอดความและการแปลจะถูกพิจารณาภายในกรอบของการสังเคราะห์โปรตีน แม้ว่าไม่มีการสังเคราะห์โปรตีนเกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการถอดรหัส แต่หากไม่มีการแปลความหมาย (เช่น การสังเคราะห์โปรตีนโดยตรง) ก็เป็นไปไม่ได้ การถอดเสียงก่อนการแปล

การถอดความและการแปลที่เกิดขึ้นในเซลล์สอดคล้องกับความเชื่อที่เรียกว่าอณูชีววิทยา (เสนอโดย F. Crick ในช่วงกลางศตวรรษที่ 20): การไหลของข้อมูลในเซลล์ไปในทิศทางจากกรดนิวคลีอิก (DNA และ RNA ) กับโปรตีน แต่ไม่เคยกลับกัน (นั่นคือ จากโปรตีนไปจนถึงกรดนิวคลีอิก) ซึ่งหมายความว่ากรดนิวคลีอิกสามารถทำหน้าที่เป็นเมทริกซ์ข้อมูลสำหรับการสังเคราะห์โปรตีนได้ แต่โปรตีนไม่สามารถทำหน้าที่ดังกล่าวในการสังเคราะห์กรดนิวคลีอิกได้

การถอดเสียง

การถอดความคือการสังเคราะห์โมเลกุล RNA บนโมเลกุล DNA นั่นคือ DNA ทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับการสังเคราะห์ RNA

การถอดรหัสถูกเร่งโดยเอนไซม์จำนวนหนึ่ง เอนไซม์ที่สำคัญที่สุดคือ RNA polymerase ควรจำไว้ว่าเอนไซม์ส่วนใหญ่เป็นโปรตีน (รวมถึง RNA polymerase ด้วย)

RNA polymerase เคลื่อนที่ไปตามสายคู่ของ DNA แยกสายออกและหนึ่งในนั้นตามหลักการของการเสริมกันจะสร้างโมเลกุล RNA จากนิวคลีโอไทด์ที่ลอยอยู่ในนิวเคลียส ดังนั้น RNA จึงเหมือนกับส่วนหนึ่งของสายโซ่ DNA อื่น (ซึ่งไม่มีการสังเคราะห์เกิดขึ้น) เนื่องจากสายโซ่ของโมเลกุล DNA นั้นประกอบกันด้วย เฉพาะใน RNA thymine เท่านั้นที่ถูกแทนที่ด้วย uracil

การสังเคราะห์กรดนิวคลีอิกเกิดขึ้นในทิศทางจากปลาย 5 นิ้วของโมเลกุลถึงปลาย 3 นิ้ว ในกรณีนี้ สายโซ่คู่ขนานจะขนานกันเสมอ (มีทิศทางต่างกัน) ดังนั้น RNA เองจึงถูกสังเคราะห์ในทิศทาง 5"→3" แต่เคลื่อนที่ไปตามสายโซ่ DNA ในทิศทาง 3"→5"

ส่วนของ DNA ที่มีการถอดความ (transcripton, operon) ประกอบด้วยสามส่วน: โปรโมเตอร์, ยีน (โดยทั่วไปในกรณีของ mRNA คือส่วนที่ถอดเสียง) และส่วนปลาย

ในการเริ่มต้น (เริ่มต้น) การถอดรหัส จำเป็นต้องมีปัจจัยโปรตีนต่างๆ ที่ติดอยู่กับโปรโมเตอร์ หลังจากนั้นจึงสามารถแนบ RNA polymerase เข้ากับ DNA ได้

การยุติ (สิ้นสุด) ของการถอดรหัสเกิดขึ้นหลังจาก RNA polymerase พบหนึ่งในรหัสหยุด

ในเซลล์ยูคาริโอต การถอดรหัสเกิดขึ้นในนิวเคลียส หลังจากการสังเคราะห์ โมเลกุล RNA จะเจริญเติบโตที่นี่ (ส่วนที่ไม่จำเป็นจะถูกตัดออกไป โมเลกุลจะใช้โครงสร้างทุติยภูมิและตติยภูมิที่สอดคล้องกัน) ถัดไป RNA ประเภทต่างๆ จะเข้าสู่ไซโตพลาสซึมโดยที่พวกเขามีส่วนร่วมในกระบวนการถัดไปหลังจากการถอดความ - การแปล

ออกอากาศ

การแปลคือการสังเคราะห์สายโซ่โพลีเปปไทด์ (โปรตีน) บนโมเลกุล Messenger RNA ในอีกทางหนึ่ง การแปลสามารถอธิบายได้ว่าเป็นการแปลข้อมูลที่เข้ารหัสโดยใช้นิวคลีโอไทด์ (โคดอนทริปเล็ต) ไปเป็นข้อมูลที่แสดงเป็นลำดับของกรดอะมิโน กระบวนการนี้เกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของไรโบโซม (ซึ่งรวมถึงไรโบโซม RNA) และการถ่ายโอน RNA ดังนั้น RNA หลักทั้งสามประเภทจึงมีส่วนร่วมในการสังเคราะห์โปรตีนโดยตรง

ในระหว่างการแปล ไรโบโซมจะติดอยู่ที่จุดเริ่มต้นของสายโซ่ mRNA แล้วเคลื่อนไปตามสายโซ่ mRNA ไปจนถึงจุดสิ้นสุด ในกรณีนี้จะเกิดการสังเคราะห์โปรตีน

ภายในไรโบโซมจะมี "จุด" สองจุดที่สามารถใส่ tRNA สองตัวได้ การถ่ายโอน RNA ที่เข้าสู่ไรโบโซมจะมีกรดอะมิโนหนึ่งตัว ภายในไรโบโซม สายโพลีเปปไทด์สังเคราะห์จะติดอยู่กับกรดอะมิโนที่เพิ่งได้มาซึ่งจับกับ tRNA หลังจากนั้น tRNA นี้ย้ายไปยัง "สถานที่" อื่น และ "เก่า" ซึ่งปลอดจากสายโซ่โพลีเปปไทด์ที่กำลังเติบโตของ tRNA จะถูกลบออกจากมัน tRNA อีกตัวที่มีกรดอะมิโนเข้ามาในพื้นที่ว่าง และกระบวนการนี้จะเกิดขึ้นซ้ำอีก

ศูนย์กลางที่ใช้งานอยู่ของไรโบโซมจะกระตุ้นการสร้างพันธะเปปไทด์ระหว่างกรดอะมิโนที่เพิ่งได้มากับส่วนที่สังเคราะห์ไว้ก่อนหน้านี้ของโปรตีน

โคดอนสองตัว (รวมทั้งหมด 6 นิวคลีโอไทด์) ของ mRNA ถูกวางไว้ในไรโบโซม แอนติโคดอนของ tRNA ที่เข้าสู่ไรโบโซมจะต้องประกอบกันกับโคดอนที่ไรโบโซม "ตั้งอยู่" กรดอะมิโนที่แตกต่างกันสอดคล้องกับ tRNA ที่แตกต่างกัน (ต่างกันในแอนติโคดอน)

ดังนั้นแต่ละ tRNA จึงมีกรดอะมิโนของตัวเอง โปรดทราบว่ามีกรดอะมิโนเพียงประมาณ 20 ตัวที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์โปรตีน และมีโคดอนประสาทสัมผัสประมาณ 60 ตัว (ซึ่งหมายถึงกรดอะมิโน) ดังนั้น tRNA ที่แตกต่างกันสามารถมีกรดอะมิโนชนิดเดียวกันได้ แต่แอนติโคดอนของพวกมันจะสอดคล้องกับกรดอะมิโนชนิดเดียวกัน

1. การเริ่มต้นเป็นขั้นตอนแรกของการถอดความ ในระหว่างที่เกิดการเชื่อมโยง อาร์เอ็นเอโพลีเมอเรสกับโปรโมเตอร์และการก่อตัวของพันธะระหว่างนิวคลีโอไทด์ครั้งแรก

ในแบคทีเรีย holoenzyme RNA polymerase จดจำลำดับบางลำดับของคู่นิวคลีโอไทด์ในโปรโมเตอร์ได้โดยตรง: ลำดับ 5-TATAAT-3 (อยู่ที่ระยะห่าง 10 นิวคลีโอไทด์จากจุดเริ่มต้นการถอดรหัสและเรียกว่ากล่อง Pribnow) และลำดับ 5-TTGACA -3 (อยู่ห่างจากจุดเริ่มต้นการถอดรหัส 35 นิวคลีโอไทด์) ในโอเปอรอนบางตัว ตัวอย่างเช่น ในแลคโตส จำเป็นต้องมีอันตรกิริยาเบื้องต้นกับโปรโมเตอร์ของโปรตีนเพิ่มเติม ( เขตซาร์เปลี่ยนโครงสร้างของโปรโมเตอร์เพิ่มความสัมพันธ์กับ RNA polymerase อย่างรวดเร็ว)

ยูคาริโอต RNA โพลีเมอเรสไม่สามารถจับกับโปรโมเตอร์ของยีนที่คัดลอกได้อย่างอิสระ ปัจจัยการถอดรหัสทั่วไป (TFs) เกี่ยวข้องกับการแนบ RNA polymerases กับ transcriptons พวกมันแตกต่างจากปัจจัย σ ของโปรคาริโอตตรงที่สามารถจับกับพวกมันได้ ดีเอ็นเอเป็นอิสระจาก RNA polymerase โพลีเมอเรส I, II และ III ต้องการปัจจัยการถอดรหัสที่แตกต่างกัน ซึ่งกำหนดเป็น TF I, TF II และ TF III ตามลำดับ โปรโมเตอร์ ยูคาริโอตมีความซับซ้อนมากกว่าโปรคาริโอตและประกอบด้วยองค์ประกอบหลายอย่าง จุดเริ่มต้นการถอดเสียงที่ใกล้เคียงที่สุดคือโดเมน TATA หรือที่เรียกว่าโดเมน Hogness ตามด้วยโดเมน CAAT และ GC โปรโมเตอร์ยูคาริโอตสามารถมีองค์ประกอบเหล่านี้รวมกันได้หลากหลาย แต่ไม่พบองค์ประกอบใดในโปรโมเตอร์ทั้งหมด โดเมน CAAT มีบทบาทสำคัญในการเริ่มต้นการถอดความ TATA และ GC ดูเหมือนจะทำหน้าที่เสริม

เมื่อจับกับโปรโมเตอร์ RNA polymerase ทำให้เกิดการเสื่อมสภาพของ DNA เฉพาะที่ กล่าวคือ การแยกสาย DNA ออกเป็นคู่นิวคลีโอไทด์ประมาณ 15 คู่ เกิดการถอดเสียง "ตา" สิ่งแรกที่จะรวมอยู่ในสายโซ่ RNA ที่กำลังสร้างคือนิวคลีโอไทด์ของพิวรีน - ATP หรือ GTP ในขณะที่ฟอสเฟตทั้งสามตกค้างยังคงอยู่ หลังจากการก่อตัวของพันธะฟอสโฟไดสเตอร์ตัวแรก ปัจจัย σ ในแบคทีเรียจะสูญเสียการเชื่อมต่อกับเอนไซม์ และส่วนที่เหลือ แกนกลาง-เอนไซม์เริ่มเคลื่อนที่ไปตามดีเอ็นเอ หลังจากการเริ่มการถอดรหัส ยูคาริโอต RNA polymerase จะสูญเสียการสัมผัสกับปัจจัยการถอดรหัสและเคลื่อนที่ไปตาม DNA อย่างอิสระ

2. การยืดตัว - การยืดตัวตามลำดับของสายโซ่ RNA ที่กำลังเติบโต การเคลื่อนที่ไปตามเกลียวคู่ของ DNA นั้น RNA polymerase จะคลายเกลียวเกลียวที่อยู่ข้างหน้าบริเวณที่มีการสังเคราะห์อย่างต่อเนื่อง อาร์เอ็นเอ- ในช่วงเวลาสั้น ๆ จะเกิดสิ่งที่เรียกว่าคอมเพล็กซ์เปิดขึ้นภายในซึ่งมีเกลียว RNA-DNA ยาวประมาณ 20 นิวคลีโอไทด์ปรากฏขึ้น
(รูปที่ 30) จากนั้นเอนไซม์ (โดยใช้ไซต์พิเศษ) จะบิดตัวอีกครั้ง

ข้าว. 30. การยืดตัวของการถอดความ

DNA ที่อยู่เบื้องหลังไซต์การเกิดพอลิเมอไรเซชัน การถอดเสียง RNA จะถูกลบออกจากคอมเพล็กซ์ผ่านลักษณะพิเศษของช่องสัญญาณพิเศษของ RNA polymerase

อัตราการสังเคราะห์ RNA ในแบคทีเรียอยู่ที่ประมาณ 30 นิวคลีโอไทด์อย่างไรก็ตามต่อวินาทีจะไม่คงที่และอาจลดลงเล็กน้อย ช่วงเวลาดังกล่าวเรียกว่าการหยุดการถอดเสียงชั่วคราว

มีการแสดงให้เห็นว่าแม้กระทั่งก่อนการก่อตัวของลูกผสม RNA-DNA นั้น RNA polymerase จะแปลง DNA จากรูปแบบ B ไปเป็นรูปแบบ A ในนั้นระนาบของฐานไนโตรเจนไม่ได้ตั้งฉากกับแกนของเกลียว แต่มีความโน้มเอียง 20 0 ถึงตั้งฉาก สิ่งนี้อาจอำนวยความสะดวกในการแยกฐานไนโตรเจนสองฐานที่อยู่ติดกันในสาย DNA พารามิเตอร์ของเกลียว RNA-DNA นั้นเกือบจะเหมือนกับลักษณะของ DNA รูปแบบ A เกือบทั้งหมด

3. การยุติ (สิ้นสุดการถอดความ) ถูกกำหนดโดยลำดับนิวคลีโอไทด์ DNA พิเศษที่อยู่ในโซนตัวยุติโอเปอรอน

ตัวยุติมีสองประเภทในโอเปอเรเตอร์ของแบคทีเรีย:

- ρ (โร)- เทอร์มิเนเตอร์อิสระ (ประเภท I)

- ρ - เทอร์มิเนเตอร์ที่ต้องพึ่งพา (ประเภท II)

ข้าว. 31. ρ- การยุติการถอดรหัสอิสระในแบคทีเรีย

ρ-เทอร์มิเนเตอร์อิสระประกอบด้วยลำดับที่แสดงถึงการทำซ้ำแบบกลับหัว - พาลินโดรม (รูปที่ 31) และอยู่ห่างจากนิวคลีโอไทด์ 16-20 คู่จากจุดสิ้นสุด พาลินโดรม(ลำดับที่อ่านเหมือนกันจากซ้ายไปขวาและจากขวาไปซ้าย) ρ- ตัวยุติอิสระมีการทำซ้ำ G-C จำนวนมาก ด้านหลังส่วนนี้บนห่วงโซ่เทมเพลตจะมีลำดับโอลิโก (A) (อะดีนิลนิวคลีโอไทด์ 4-8 ตัวเรียงกัน) การถอดความในภูมิภาค palindromic นำไปสู่ความจริงที่ว่าในการถอดรหัส RNA ที่ได้ผลลัพธ์องค์ประกอบที่เสถียรของโครงสร้างรองจะเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว - "กิ๊บ" - บริเวณขดลวดที่มีส่วนประกอบเสริม

คู่ G-C “กิ๊บติดผม” ขัดขวางความแข็งแรงของพันธะ DNA-RNA ในคอมเพล็กซ์เปิด นอกจากนี้ การถอดรหัสลำดับโอลิโก(A) ในสายโซ่แม่แบบทำให้เกิดการก่อตัวของส่วนลูกผสม DNA-RNA ที่ประกอบด้วยคู่ A-U ที่อ่อนแอ ซึ่งยังก่อให้เกิดการทำลายการสัมผัสระหว่าง DNA และ RNA อีกด้วย

เทอร์มิเนเตอร์ที่ขึ้นกับ ρปัจจัยหนึ่งในการถอดรหัสของโปรคาริโอตคือโปรตีน ρ . ρ -factor คือโปรตีนที่มีโครงสร้างควอเทอร์นารีซึ่งมีฤทธิ์ ATPase สามารถจับกับปลาย 5 ของ RNA ที่สังเคราะห์ได้ยาวประมาณ 50 นิวคลีโอไทด์ ρ - ปัจจัยเคลื่อนที่ไปตาม RNA ด้วยความเร็วเดียวกับ RNA polymerase เคลื่อนที่ไปตาม DNA เนื่องจากความจริงที่ว่ามีคู่ G-C จำนวนมาก (ที่มีพันธะไฮโดรเจนสามพันธะ) ในเทอร์มิเนเตอร์ RNA polymerase ในบริเวณเทอร์มิเนเตอร์จึงช้าลง ρ -ปัจจัยจับกับมันเปลี่ยนโครงสร้างของเอนไซม์และการสังเคราะห์ RNA หยุด (รูปที่ 32)

เหตุการณ์สำคัญสามเหตุการณ์เกิดขึ้นกับเทอร์มิเนเตอร์ทั้งสองประเภท:

การสังเคราะห์ RNA หยุดลง

สายโซ่ RNA นั้นเป็นอิสระจาก DNA

RNA polymerase ถูกปล่อยออกมาจาก DNA

การถอดเสียง

ข้อมูลทั่วไป

การถอดเสียง- กระบวนการสังเคราะห์ RNA โดยใช้ DNA เป็นแม่แบบเกิดขึ้นในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด กล่าวอีกนัยหนึ่งคือการถ่ายโอนข้อมูลทางพันธุกรรมจาก DNA ไปยัง RNA
ในระหว่างการถอดรหัสยีน การสังเคราะห์ทางชีวภาพของโมเลกุล RNA เกิดขึ้น เสริมกับหนึ่งในสายโซ่ DNA แม่แบบ ร่วมกับการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันของไรโบนิวคลีโอไซด์ ไตรฟอสเฟต 4 ชนิด (ATP, GTP, CTP และ UTP) ด้วยการก่อตัวของพันธะฟอสโฟไดสเตอร์ขนาด 3"–5" และ การปล่อยไพโรฟอสเฟตอนินทรีย์
การถอดความถูกเร่งโดยเอนไซม์ RNA polymerase ที่ขึ้นกับ DNA- กระบวนการสังเคราะห์ RNA ดำเนินไปในทิศทางจากปลาย 5" ถึงปลาย 3" กล่าวคือ RNA polymerase เคลื่อนที่ไปในทิศทาง 3"->5" ไปตามสายแม่แบบ DNA
RNA polymerase สามารถประกอบด้วยหน่วยย่อยหนึ่งหน่วยขึ้นไป ในไมโตคอนเดรียและแบคทีเรียบางชนิด เช่น SP6, T7 ซึ่งมียีนจำนวนเล็กน้อยในจีโนมอย่างง่ายที่ไม่มีการควบคุมที่ซับซ้อน RNA polymerase ประกอบด้วยหน่วยย่อยเดียว สำหรับแบคทีเรียและยูคาริโอตที่มียีนจำนวนมากและระบบการควบคุมที่ซับซ้อน RNA โพลีเมอเรสจะประกอบด้วยหน่วยย่อยหลายหน่วย มีการแสดงให้เห็นว่า phage RNA polymerases ที่ประกอบด้วยหน่วยย่อยหนึ่งหน่วยสามารถโต้ตอบกับโปรตีนจากแบคทีเรีย ซึ่งเปลี่ยนคุณสมบัติของพวกมัน [Patrushev, 2000]
ในโปรคาริโอต การสังเคราะห์ RNA ทุกประเภทจะดำเนินการโดยเอนไซม์ตัวเดียวกัน
ยูคาริโอตมีนิวเคลียส RNA polymerase 3 ตัว, mitochondrial RNA polymerases และ chloroplast RNA polymerases
ไรโบนิวคลีโอไซด์ไตรฟอสเฟต (นิวคลีโอไทด์ที่ถูกกระตุ้น) ทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นสำหรับอาร์เอ็นเอโพลีเมอเรส กระบวนการถอดรหัสทั้งหมดดำเนินการเนื่องจากพลังงานของพันธะพลังงานสูงของนิวคลีโอไทด์ที่ถูกกระตุ้น

นิวคลีโอไทด์ตัวแรกใน RNA มักจะมีพิวรีนอยู่ในรูปของไตรฟอสเฟตเสมอ
ปัจจัยการถอดความ- โปรตีนที่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกัน ขอบเขตการควบคุมของ DNA และ RNA polymerase เพื่อสร้างความซับซ้อนในการถอดรหัสและควบคุมการถอดรหัส ต้องขอบคุณปัจจัยการถอดรหัสและลำดับการควบคุมของยีน ทำให้การสังเคราะห์ RNA เฉพาะเจาะจงเป็นไปได้
หลักการถอดความ
การเสริม - mRNA เป็นส่วนเสริมของสายเทมเพลต DNA และคล้ายกับสายการเข้ารหัส DNA
การต่อต้านการขนานกัน
ขั้วเดียว
ไพรเมอร์ - RNA polymerase ไม่ต้องการไพรเมอร์
ความไม่สมดุล
ขั้นตอนการถอดความ

1. การรับรู้โปรโมเตอร์และ ผูก- RNA polymerase จับกับกล่อง TATA ของโปรโมเตอร์ 3' ด้วยความช่วยเหลือของปัจจัยการถอดรหัสพื้นฐาน ปัจจัยเพิ่มเติมยับยั้งหรือกระตุ้นการเกาะติด
2. การเริ่มต้น- การก่อตัวของพันธะฟอสโฟไดสเตอร์ตัวแรกระหว่าง Pu และนิวคลีโอไทด์ตัวแรก นิวคลีโอไทด์ที่เป็นส่วนเสริมของนิวคลีโอไทด์ DNA ตัวที่สองจะถูกเติมลงในพิวรีนไตรฟอสเฟตโดยมีความแตกแยกของไพโรฟอสเฟตจากนิวคลีโอไซด์ไตรฟอสเฟตทำให้เกิดพันธะไดสเตอร์
3. การยืดตัว(3’→5’) - mRNA คล้ายคลึงกับ DNA ที่ไม่ใช่เทมเพลต (การเข้ารหัส ความรู้สึก) สังเคราะห์บน DNA เทมเพลต DNA ทั้งสองเส้นใดจะเป็นเทมเพลตจะถูกกำหนดโดยทิศทางของโปรโมเตอร์
4. การเลิกจ้าง

โรงงานถอดความ

ตามการประมาณการ มีข้อมูลการทดลองจำนวนหนึ่งที่บ่งชี้ว่าการถอดรหัสเกิดขึ้นในโรงงานที่เรียกว่าการถอดรหัส: ตามการประมาณการบางอย่าง คอมเพล็กซ์ MDa สูงถึง 10 MDa ที่มีประมาณ 8 RNA polymerases II และส่วนประกอบสำหรับการประมวลผลและการต่อรอยในภายหลัง รวมถึงการพิสูจน์- การอ่านบทบรรยายที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่ ในนิวเคลียสของเซลล์ มีการแลกเปลี่ยนอย่างต่อเนื่องระหว่างกลุ่มของ RNA polymerase ที่ละลายน้ำได้และที่กระตุ้นการทำงาน Active RNA polymerase มีส่วนเกี่ยวข้องในสิ่งที่ซับซ้อนซึ่งในทางกลับกันเป็นหน่วยโครงสร้างที่จัดระเบียบการบดอัดของโครมาติน ข้อมูลล่าสุด ระบุว่าโรงงานการถอดความมีอยู่ในกรณีที่ไม่มีการถอดความ โรงงานเหล่านั้นได้รับการแก้ไขในเซลล์ (ยังไม่ชัดเจนว่าโรงงานเหล่านี้มีปฏิกิริยากับเมทริกซ์ของเซลล์หรือไม่) และเป็นตัวแทนของหน่วยย่อยนิวเคลียร์อิสระ ความพยายามที่จะแยกโปรตีนเชิงซ้อนเชิงฟังก์ชันของโรงงานถอดรหัสยังไม่ประสบความสำเร็จ เนื่องจากมีขนาดใหญ่และมีความสามารถในการละลายต่ำ

การถอดความในยูคาริโอต

ยูคาริโอต RNA โพลีเมอเรส

ยูคาริโอตมี RNA polymerase 3 ประเภท (ไม่นับไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์):
อาร์เอ็นเอโพลีเมอเรส I- สังเคราะห์ไรโบโซมอล RNA ในนิวคลีโอลี (18S และ 28S rRNA ยกเว้น 5S)
อาร์เอ็นเอโพลีเมอเรส II- สังเคราะห์ mRNA และ sRNA บางส่วน
อาร์เอ็นเอโพลีเมอเรสIII- สังเคราะห์ tRNA, sRNA, 5S rRNA
ยูคาริโอต RNA โพลีเมอเรสแตกต่างกันใน: จำนวนหน่วยย่อย - 2 ใหญ่ (120-220 kDa) และมากถึง 8 ขนาดเล็ก (10-100 kDa), ความต้องการ Mg และ Mn ไอออน, ความไวต่อ - อะโมนิติน- สารพิษจากเห็ดมีพิษ - เปปไทด์ที่มีกรด D-amino: polI - เสถียร, polII - ยับยั้งที่ความเข้มข้น 10-8M, polIII - ที่ความเข้มข้น 10-6M อะโมนีน RNA polymerases I, II, III ถูกเข้ารหัสในนิวเคลียส หน่วยย่อยขนาดใหญ่มีความคล้ายคลึงกับหน่วยย่อย β และ β 'ของยูแบคทีเรีย

อาร์เอ็นเอโพลีเมอเรส I

อาร์เอ็นเอโพลีเมอเรส II

Human PolII มีหน่วยย่อยมากกว่า 10 หน่วยที่เชื่อมโยงกันอย่างไม่รุนแรง บางส่วนอยู่ในปัจจัยการถอดรหัสพื้นฐาน (GTF)
โปรตีนโฮโลเอนไซม์ยีสต์ PolII[ปาทรุชอฟ, 2000].
พล.อ. II- กิจกรรมของ RNA Polymerase มีปฏิกิริยากับปัจจัยการถอดรหัสทั่วไปและปัจจัยการถอดรหัสเฉพาะเนื้อเยื่อจำนวนมาก และมีส่วนร่วมในการเลือกจุดเริ่มต้นการถอดรหัส
TFIIB- ผูก Pol II และ TBP กับโปรโมเตอร์ มีส่วนร่วมในการเลือกจุดเริ่มต้นการถอดเสียง
ทีเอฟไอไอเอฟ- โต้ตอบกับ Pol II กระตุ้นการยืดตัวของการถอดรหัสของ Pol II ซึ่งเป็นส่วนประกอบของคอมเพล็กซ์ย่อย SRB/mediator
TFIIH- กิจกรรม ATPase ที่ขึ้นกับ DNA, กิจกรรม DNA helicase, มีกิจกรรม CTD kinase
เอสอาร์บี2, เอสอาร์บี5
โต้ตอบกับ TBP ซึ่งเป็นส่วนประกอบของคอมเพล็กซ์ย่อย SRB/ตัวกลาง
GAL11/SPT13- มีส่วนร่วมในการก่อตัวของการเริ่มต้นที่ซับซ้อน กระตุ้นการสังเคราะห์ RNA พื้นฐานและเหนี่ยวนำ
ส่วนประกอบของคอมเพล็กซ์ย่อย SRB/ตัวกลาง ซึ่งน่าจะโต้ตอบกับตัวกระตุ้นการถอดรหัส
SUG1- ส่วนประกอบของคอมเพล็กซ์ย่อย SRB/ตัวกลาง ซึ่งน่าจะโต้ตอบกับตัวกระตุ้นการถอดรหัส
SRB4, SRB6, SRB7, SRB8, SRB9, SRB10, SRB11- ส่วนประกอบของคอมเพล็กซ์ย่อย SRB/ตัวกลาง สันนิษฐานได้
โต้ตอบกับโดเมน CTD ของ Pol II

อาร์เอ็นเอโพลีเมอเรส III

ปัจจัยการถอดความ

การเริ่มต้น

การเริ่มต้นการถอดเสียงเกิดขึ้นที่ ไซต์หมวกเข้ารหัสนิวคลีโอไทด์แรกของ exon แรกของ mRNA
กล่องทาทาแปลเป็นภาษาท้องถิ่น 25-30 bp ต้นน้ำของไซต์ cap, จับ RNA polymerase ที่ด้านหน้าของไซต์ cap โปรโมเตอร์อยู่ห่างจากไซต์ cap ประมาณ 200 bp โดยทั่วไปแล้วสารเพิ่มประสิทธิภาพจะมีความยาว 100–200 bp

การยืดตัว

การสิ้นสุด

การสิ้นสุดที่ไซต์โพลีอะดีนิเลชั่น

อาร์เอ็นเอของยีนที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่จับกับโปรตีนนิวเคลียร์ - ผู้แจ้งข้อมูล ผ่านการดัดแปลงหลังการถอดเสียงต่างๆ และถูกส่งจากนิวเคลียส (ดูการประมวลผลการทบทวน) เพื่อการแปลครั้งต่อไป (ดูการแปลการทบทวน)

การถอดความในโปรคาริโอต

อี. โคไล อาร์เอ็นเอ โพลีเมอเรส

E. coli RNA polymerase ถ่ายทอดยีนของแบคทีเรียทั้งหมดและประกอบด้วยหลายหน่วยย่อย: α-35kDa, β'-165kDa, β-155kDa, σ-ปกติ 70kDa (σ70) RNA polymerase ขององค์ประกอบααββ'σ70เรียกว่า holo-enzyme (Eσ70), องค์ประกอบααββ'-core enzyme (E)
σ เป็นปัจจัยความจำเพาะที่ทดแทนได้ซึ่งจะแยกตัวออกหลังจากเริ่มต้นการถอดความ การยืดและการสิ้นสุดจะดำเนินการโดยเอนไซม์หลัก E. coli มีหน่วยย่อย σ ประมาณ 10 ประเภท การถอดรหัสยีนช็อตความร้อน gln หรือ nif โอเปอเรเตอร์ดำเนินการโดย σ54 โดยเป็นส่วนหนึ่งของโฮโล-เอนไซม์ Eσ54 (54 kDa)
หน่วยย่อยทั้งหมดมีประจุลบ: σ>α>β>β' - จัดเรียงประจุจากมากไปหาน้อย แต่ละหน่วยย่อยมีกลุ่มของไซต์ที่มีประจุ (+) ซึ่งพวกมันจับกับ DNA จำนวนคลัสเตอร์ที่ใหญ่ที่สุดคือ β' ซึ่งเกี่ยวข้องกับการจับกันของเอนไซม์กับ DNA หน่วยย่อย β มีศูนย์กลางที่ใช้งานอยู่ - การเริ่มต้นและการยืดตัว ส่วนหน่วยย่อย α ช่วยให้แน่ใจได้ว่าปฏิสัมพันธ์ที่ถูกต้องของเอนไซม์กับโปรโมเตอร์ Rifampicin ขัดขวางการเริ่มต้น Streptolidigin ขัดขวางการยืดตัวซึ่งบ่งชี้ถึงการแยกตัวของศูนย์กลางที่ใช้งานอยู่ใน RNA polymerase
การรับรู้และการเชื่อมโยง RNA-pol กับโปรโมเตอร์นั้นดำเนินการโดยเอนไซม์โฮโล
ในเวลาเดียวกันมี RNA polymerase ประมาณ 7,000 โมเลกุลอยู่ในเซลล์ มีเพียงเอนไซม์โฮโลเท่านั้นที่มีความสัมพันธ์กับลำดับนิวคลีโอไทด์จำเพาะสูง - โปรโมเตอร์ ความสัมพันธ์กับลำดับดีเอ็นเอแบบสุ่มอื่นๆ จะลดลง 10,000 เท่า เอนไซม์หลักมีความสัมพันธ์เหมือนกันกับลำดับนิวคลีโอไทด์ใดๆ
ซิกมาแฟกเตอร์นั้นมีความสัมพันธ์ต่อ DNA ต่ำที่สุดเมื่อเทียบกับหน่วยย่อยอื่น ๆ ของ RNA polymerase แต่มันทำให้เอ็นไซม์โฮโลมีโครงสร้างที่เพิ่มความสัมพันธ์กับโปรโมเตอร์
ขั้นตอนการจดจำและการเชื่อมโยง เช่นเดียวกับการเริ่มต้น ดำเนินการโดยเอนไซม์โฮโล การยืดและการสิ้นสุดจะดำเนินการโดยเอนไซม์หลัก
หน่วยย่อย α สองหน่วยเป็นเฟรมเวิร์กของ RNA polymerase หน่วยย่อยที่เหลือจะแนบมาด้วย
หน่วยย่อย β" มีหน้าที่ในการจับกับ DNA อย่างแข็งแกร่งเนื่องจากกลุ่มของกรดอะมิโนที่มีประจุบวก
หน่วยย่อย β มีศูนย์ตัวเร่งปฏิกิริยาสองแห่ง คนหนึ่งมีหน้าที่รับผิดชอบในการริเริ่ม และอีกคนมีหน้าที่รับผิดชอบในการยืดตัว ศูนย์แห่งหนึ่งทำงานในโฮโลและอีกศูนย์อยู่ในเอนไซม์หลัก

การเริ่มต้นของการถอดเสียง

Ecoli RNA polymerase จดจำ 6H สองตัวที่คั่นด้วย 25H

การยืดตัวของการถอดเสียง

การยุติการถอดความ

ระเบียบการถอดความ

แผนการชักนำเชิงลบของจาค็อบและโมโนด

E. coli lac operon มี 3 ยีนที่รับผิดชอบในการสร้างโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนแลคโตสไดแซ็กคาไรด์เข้าสู่เซลล์และการสลายของมัน
Z-β - กาแลคโตซิเดส(แยกแลคโตสออกเป็นกลูโคสและกาแลคโตส)
การซึมผ่านของ Y-β-galactoside(ลำเลียงแลคโตสผ่านเยื่อหุ้มเซลล์)
เอ - ไทโอแลกโตไซด์ทรานส์อะเซติเลส(อะซิติเลตกาแลคโตส)
ในกรณีที่ไม่มีแลคโตสในเซลล์ ครั่งโอเปอเรเตอร์จะถูกปิด โปรตีนรีเพรสเซอร์แบบแอคทีฟที่ถูกเข้ารหัสในโอเปอรอนโมโนซิสโทรนิก (LacI) ซึ่งไม่มีโอเปอเรเตอร์ มีความเกี่ยวข้องกับโอเปอเรเตอร์ของโอเปอเรเตอร์ครั่ง เนื่องจากตัวดำเนินการทับซ้อนกับโปรโมเตอร์ แม้แต่การลงจอดของ RNA polymerase บนโปรโมเตอร์จึงเป็นไปไม่ได้
ทันทีที่แลคโตสจำนวนหนึ่งเข้าสู่เซลล์ โมเลกุลสองตัวของสารตั้งต้น (แลคโตส) จะทำปฏิกิริยากับโปรตีนรีเพรสเซอร์ เปลี่ยนโครงสร้าง และสูญเสียความสัมพันธ์กับผู้ปฏิบัติงาน
การถอดความของโอเปอเรเตอร์ครั่งและการแปล mRNA ที่เป็นผลลัพธ์จะเริ่มต้นทันที โปรตีนสังเคราะห์สามชนิดเกี่ยวข้องกับการใช้แลคโตส
เมื่อแลคโตสทั้งหมดได้รับการประมวลผลแล้ว อีกส่วนหนึ่งของเครื่องอัดอากาศปลอดแลคโตสจะปิดโอเปอเรเตอร์ครั่ง

วงจรเหนี่ยวนำเชิงบวก

ใน อารา โอเปร่า อี. โคไล 3 ซิสตรอนที่เข้ารหัสเอนไซม์ที่สลายน้ำตาลอาราบิโนส โดยปกติโอเปอเรเตอร์จะปิด โปรตีนรีเพรสเซอร์สัมพันธ์กับผู้ปฏิบัติงาน

เมื่ออาราบิโนสเข้าไปในเซลล์ มันจะทำปฏิกิริยากับโปรตีนรีเพรสเซอร์ โปรตีนรีเพรสเซอร์เปลี่ยนโครงสร้างและเปลี่ยนจากรีเพรสเซอร์ไปเป็นตัวกระตุ้น ซึ่งมีปฏิกิริยากับโปรโมเตอร์และอำนวยความสะดวกในการจับ RNA โพลีเมอเรสกับโปรโมเตอร์
โครงการกำกับดูแลนี้เรียกว่าการเหนี่ยวนำเชิงบวกเนื่องจากองค์ประกอบควบคุม - โปรตีนกระตุ้น - "เปิด" การทำงานของโอเปอเรเตอร์

เราพบกับแนวคิดเรื่องการถอดความเมื่อเรียนภาษาต่างประเทศ ช่วยให้เราเขียนและออกเสียงคำที่ไม่รู้จักได้อย่างถูกต้อง คำนี้ในวิทยาศาสตร์ธรรมชาติหมายถึงอะไร? การถอดความทางชีววิทยาเป็นกระบวนการสำคัญในระบบปฏิกิริยาการสังเคราะห์โปรตีน ซึ่งช่วยให้เซลล์สามารถจัดเตรียมเปปไทด์ให้ตัวเองซึ่งทำหน้าที่สร้าง ป้องกัน ส่งสัญญาณ ขนส่ง และทำหน้าที่อื่นๆ ในเปปไทด์ เฉพาะการเขียนข้อมูลจากตำแหน่ง DNA ลงบนโมเลกุลของกรดไรโบนิวคลีอิกที่ให้ข้อมูลเท่านั้นที่จะกระตุ้นเครื่องมือสังเคราะห์โปรตีนของเซลล์ ซึ่งให้ปฏิกิริยาการแปลทางชีวเคมี

ในบทความนี้ เราจะดูขั้นตอนของการถอดรหัสและการสังเคราะห์โปรตีนที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตต่างๆ และยังพิจารณาถึงความสำคัญของกระบวนการเหล่านี้ในอณูชีววิทยาอีกด้วย นอกจากนี้ เราจะให้คำจำกัดความว่าการถอดความคืออะไร ในด้านชีววิทยา ความรู้เกี่ยวกับกระบวนการที่เราสนใจสามารถหาได้จากส่วนต่างๆ เช่น เซลล์วิทยา อณูชีววิทยา และชีวเคมี

คุณสมบัติของปฏิกิริยาการสังเคราะห์เมทริกซ์

สำหรับผู้ที่คุ้นเคยกับปฏิกิริยาเคมีประเภทพื้นฐานที่เรียนในหลักสูตรเคมีทั่วไป กระบวนการสังเคราะห์เมทริกซ์จะใหม่ทั้งหมด เหตุผลมีดังนี้: ปฏิกิริยาดังกล่าวที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิตทำให้มั่นใจได้ว่าการคัดลอกโมเลกุลต้นกำเนิดโดยใช้รหัสพิเศษ มันไม่ได้ถูกค้นพบในทันที เป็นการดีกว่าที่จะบอกว่าความคิดเกี่ยวกับการมีอยู่ของสองภาษาที่แตกต่างกันสำหรับการจัดเก็บข้อมูลทางพันธุกรรมเกิดขึ้นมาเป็นเวลากว่าสองศตวรรษ: ตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 19 ถึงกลางศตวรรษที่ 20 เพื่อให้จินตนาการได้ดีขึ้นว่าการถอดความและการแปลคืออะไรในชีววิทยา และเหตุใดจึงอ้างถึงปฏิกิริยาการสังเคราะห์เมทริกซ์ ให้เราหันมาใช้คำศัพท์ทางเทคนิคเพื่อการเปรียบเทียบ

ทุกอย่างเหมือนอยู่ในโรงพิมพ์

ลองนึกภาพว่าเราต้องพิมพ์หนังสือพิมพ์ยอดนิยมหนึ่งแสนเล่ม วัสดุทั้งหมดที่เข้าไปจะถูกรวบรวมไว้บนเป้อุ้มหลัก รูปแบบแรกนี้เรียกว่าเมทริกซ์ จากนั้นจะถูกจำลองบนแท่นพิมพ์ - ทำสำเนา กระบวนการที่คล้ายกันเกิดขึ้นในเซลล์ที่มีชีวิต มีเพียงโมเลกุล DNA และ mRNA เท่านั้นที่ทำหน้าที่เป็นแม่แบบสลับกัน และโมเลกุลของ Messenger RNA และโปรตีนทำหน้าที่เป็นสำเนา ลองดูรายละเอียดเพิ่มเติมและพบว่าการถอดรหัสในชีววิทยาคือปฏิกิริยาการสังเคราะห์เมทริกซ์ที่เกิดขึ้นในนิวเคลียสของเซลล์

รหัสพันธุกรรมเป็นกุญแจสู่ความลับของการสังเคราะห์โปรตีน

ในอณูชีววิทยาสมัยใหม่ ไม่มีใครโต้แย้งอีกต่อไปว่าสารใดเป็นพาหะของคุณสมบัติทางพันธุกรรม และเก็บข้อมูลเกี่ยวกับโปรตีนทั้งหมดของร่างกายโดยไม่มีข้อยกเว้น แน่นอนว่ามันคือกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก อย่างไรก็ตามมันถูกสร้างขึ้นจากนิวคลีโอไทด์และโปรตีนซึ่งเป็นข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบที่เก็บไว้ในนั้นจะถูกแสดงด้วยโมเลกุลของกรดอะมิโนที่ไม่มีความสัมพันธ์ทางเคมีกับโมโนเมอร์ DNA กล่าวอีกนัยหนึ่ง เรากำลังเผชิญกับสองภาษาที่แตกต่างกัน หนึ่งในนั้นคือคำว่านิวคลีโอไทด์และอีกคำคือกรดอะมิโน อะไรจะทำหน้าที่เป็นนักแปลที่จะเข้ารหัสข้อมูลที่ได้รับจากการถอดเสียงใหม่ อณูชีววิทยาเชื่อว่าบทบาทนี้เล่นโดยรหัสพันธุกรรม

คุณสมบัติเฉพาะของรหัสเซลลูล่าร์

นี่คือสิ่งที่รหัสเป็น ตารางที่แสดงด้านล่าง นักเซลล์วิทยา นักพันธุศาสตร์ และนักชีวเคมีทำงานเกี่ยวกับการสร้างสรรค์มันขึ้นมา นอกจากนี้ยังนำความรู้จากวิทยาการเข้ารหัสมาใช้ในการพัฒนาโค้ดอีกด้วย เมื่อคำนึงถึงกฎของมันเป็นไปได้ที่จะสร้างโครงสร้างหลักของโปรตีนสังเคราะห์ได้เนื่องจากการแปลทางชีววิทยาเป็นกระบวนการแปลข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของเปปไทด์จากภาษาของนิวคลีโอไทด์ RNA เป็นภาษาของกรดอะมิโนของโปรตีน โมเลกุล

ความคิดในการเขียนโค้ดในสิ่งมีชีวิตถูกเปล่งออกมาครั้งแรกโดย G. A. Gamov การพัฒนาทางวิทยาศาสตร์เพิ่มเติมนำไปสู่การกำหนดกฎพื้นฐาน ประการแรก มีการพิสูจน์แล้วว่าโครงสร้างของกรดอะมิโน 20 ตัวถูกเข้ารหัสใน RNA ของตัวรับส่งสัญญาณ 61 ตัว ซึ่งนำไปสู่แนวคิดเรื่องความเสื่อมของรหัส ต่อไป เราได้พิจารณาองค์ประกอบของโคดอนที่ไม่ใช่เนส ซึ่งทำหน้าที่เป็นจุดเริ่มต้นและหยุดกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน จากนั้นบทบัญญัติเกี่ยวกับความเป็นเส้นตรงและความเป็นสากลก็ปรากฏขึ้นเพื่อเติมเต็มทฤษฎีรหัสพันธุกรรมที่กลมกลืนกัน

การถอดเสียงและการแปลเกิดขึ้นที่ไหน?

ในด้านชีววิทยา หลายส่วนที่ศึกษาโครงสร้างและกระบวนการทางชีวเคมีในเซลล์ (เซลล์วิทยาและอณูชีววิทยา) เป็นตัวกำหนดตำแหน่งของปฏิกิริยาการสังเคราะห์เมทริกซ์ ดังนั้นการถอดรหัสจึงเกิดขึ้นในนิวเคลียสโดยมีส่วนร่วมของเอนไซม์ RNA polymerase ในคาริโอพลาสซึมของมัน โมเลกุล mRNA ถูกสังเคราะห์จากนิวคลีโอไทด์อิสระตามหลักการของการเสริมซึ่งกันและกัน โดยคัดลอกข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของเปปไทด์จากยีนโครงสร้างเดียว

จากนั้นมันจะออกจากนิวเคลียสของเซลล์ผ่านรูขุมขนในเปลือกนิวเคลียสและไปสิ้นสุดที่ไซโตพลาสซึมของเซลล์ ในที่นี้ mRNA จะต้องรวมกับไรโบโซมหลายตัวเพื่อสร้างโพลีโซม ซึ่งเป็นโครงสร้างที่พร้อมจะพบกับโมเลกุลของกรดไรโบนิวคลีอิกที่ขนส่ง หน้าที่ของพวกเขาคือนำกรดอะมิโนไปยังบริเวณที่เกิดปฏิกิริยาอื่นของการสังเคราะห์เมทริกซ์ - การแปล ให้เราพิจารณากลไกของปฏิกิริยาทั้งสองอย่างละเอียด

คุณสมบัติของการก่อตัวของโมเลกุล mRNA

การถอดความทางชีววิทยาเป็นการเขียนข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของเปปไทด์จากยีนโครงสร้าง DNA ลงบนโมเลกุลของกรดไรโบนิวคลีอิกซึ่งเรียกว่าข้อมูล ดังที่เราได้กล่าวไปแล้วว่ามันเกิดขึ้นในนิวเคลียสของเซลล์ ขั้นแรก เอนไซม์จำกัด DNA จะทำลายพันธะไฮโดรเจนที่เชื่อมต่อสายโซ่ของกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก และเกลียวของมันจะคลายออก เอนไซม์ RNA polymerase ยึดติดกับบริเวณโพลีนิวคลีโอไทด์อิสระ มันเปิดใช้งานการประกอบสำเนา - โมเลกุล mRNA ซึ่งนอกเหนือจากส่วนที่ให้ข้อมูล - เอ็กซอน - ยังมีลำดับนิวคลีโอไทด์ว่างเปล่า - อินตรอน เป็นบัลลาสต์และจำเป็นต้องถอดออก กระบวนการนี้เรียกว่าการประมวลผลหรือการสุกในอณูชีววิทยา นี่เป็นการสรุปการถอดความ ชีววิทยาอธิบายโดยย่อดังนี้ โดยการสูญเสียโมโนเมอร์ที่ไม่จำเป็นเท่านั้นที่กรดนิวคลีอิกจะสามารถออกจากนิวเคลียสและพร้อมสำหรับการสังเคราะห์โปรตีนในขั้นตอนต่อไป

การถอดรหัสแบบย้อนกลับในไวรัส

รูปแบบชีวิตที่ไม่ใช่เซลล์มีความแตกต่างอย่างมากจากเซลล์โปรคาริโอตและยูคาริโอต ไม่เพียงแต่ในโครงสร้างภายนอกและภายในเท่านั้น แต่ยังรวมถึงปฏิกิริยาการสังเคราะห์เมทริกซ์ด้วย ในช่วงทศวรรษที่เจ็ดสิบของศตวรรษที่ผ่านมา วิทยาศาสตร์ได้พิสูจน์การมีอยู่ของไวรัสรีโทรไวรัส ซึ่งเป็นสิ่งมีชีวิตที่จีโนมประกอบด้วยสายโซ่ RNA สองสาย ภายใต้การกระทำของเอนไซม์ - รีเวิร์สเทส - อนุภาคไวรัสดังกล่าวจะคัดลอกโมเลกุล DNA จากส่วนของกรดไรโบนิวคลีอิกซึ่งจากนั้นจะถูกนำเข้าสู่คาริโอไทป์ของเซลล์เจ้าบ้าน ดังที่เราเห็น การคัดลอกข้อมูลทางพันธุกรรมในกรณีนี้ไปในทิศทางตรงกันข้าม: จาก RNA ไปยัง DNA การเข้ารหัสและการอ่านรูปแบบนี้เป็นลักษณะเฉพาะของสารก่อโรคที่ทำให้เกิดมะเร็งประเภทต่างๆ

ไรโบโซมและบทบาทในการเผาผลาญของเซลล์

ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนพลาสติก ซึ่งรวมถึงการสังเคราะห์เปปไทด์ทางชีวภาพ เกิดขึ้นในไซโตพลาสซึมของเซลล์ เพื่อให้ได้โมเลกุลโปรตีนที่เสร็จสมบูรณ์ การคัดลอกลำดับนิวคลีโอไทด์จากยีนโครงสร้างและถ่ายโอนไปยังไซโตพลาสซึมนั้นไม่เพียงพอ โครงสร้างยังจำเป็นที่จะอ่านข้อมูลและรับรองการเชื่อมต่อของกรดอะมิโนเป็นสายโซ่เดียวผ่านพันธะเปปไทด์ เหล่านี้คือไรโบโซมซึ่งมีโครงสร้างและหน้าที่ได้รับความสนใจอย่างมากในด้านอณูชีววิทยา เราได้ค้นพบแล้วว่าการถอดความเกิดขึ้นที่ใด - นี่คือคาริโอพลาสซึมของนิวเคลียส สถานที่ของกระบวนการแปลคือไซโตพลาสซึมของเซลล์ มันอยู่ในนั้นที่ช่องของเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมตั้งอยู่ซึ่งมีออร์แกเนลล์ที่สังเคราะห์โปรตีน - ไรโบโซม - นั่งเป็นกลุ่ม อย่างไรก็ตาม การมีอยู่ของพวกเขายังไม่รับประกันการเกิดปฏิกิริยาพลาสติก เราต้องการโครงสร้างที่จะนำโมเลกุลโปรตีนโมโนเมอร์ - กรดอะมิโน - ไปยังโพลีโซม พวกมันเรียกว่ากรดขนส่งไรโบนิวคลีอิก พวกเขาคืออะไรและมีบทบาทอย่างไรในการออกอากาศ?

ตัวขนส่งกรดอะมิโน

การถ่ายโอน RNA โมเลกุลขนาดเล็กในรูปแบบเชิงพื้นที่มีพื้นที่ประกอบด้วยลำดับของนิวคลีโอไทด์ - แอนติโคดอน ในการดำเนินกระบวนการแปล จำเป็นต้องมีความคิดริเริ่มที่ซับซ้อนเกิดขึ้น จะต้องประกอบด้วยเมทริกซ์แฝด ไรโบโซม และบริเวณเสริมของโมเลกุลการขนส่ง ทันทีที่มีการจัดระเบียบที่ซับซ้อนนี่เป็นสัญญาณให้เริ่มการประกอบโปรตีนโพลีเมอร์ ทั้งการแปลและการถอดความในชีววิทยาเป็นกระบวนการดูดกลืน ซึ่งเกี่ยวข้องกับการดูดซับพลังงานเสมอ ในการดำเนินการเซลล์จะเตรียมล่วงหน้าโดยสะสมโมเลกุลของกรดอะดีโนซีนไตรฟอสฟอริกจำนวนมาก

การสังเคราะห์สารพลังงานนี้เกิดขึ้นในไมโตคอนเดรียซึ่งเป็นออร์แกเนลล์ที่สำคัญที่สุดของเซลล์ยูคาริโอตทั้งหมดโดยไม่มีข้อยกเว้น มันเกิดก่อนปฏิกิริยาการสังเคราะห์เมทริกซ์ โดยอยู่ในระยะก่อนการสังเคราะห์ของวงจรชีวิตของเซลล์ และหลังปฏิกิริยาการจำลองแบบ การสลายโมเลกุล ATP มาพร้อมกับกระบวนการถอดรหัสและปฏิกิริยาการแปล พลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการนี้จะถูกใช้โดยเซลล์ในทุกขั้นตอนของการสังเคราะห์ทางชีวภาพของสารอินทรีย์

ขั้นตอนการออกอากาศ

ที่จุดเริ่มต้นของปฏิกิริยาที่นำไปสู่การก่อตัวของโพลีเปปไทด์ โมโนเมอร์โปรตีน 20 ชนิดจะจับกับโมเลกุลบางชนิดของกรดขนส่ง ในขณะเดียวกัน การก่อตัวของโพลีโซมจะเกิดขึ้นในเซลล์ โดยไรโบโซมจะเกาะติดกับเมทริกซ์ที่ตำแหน่งของโคดอนเริ่มต้น จุดเริ่มต้นของการสังเคราะห์ทางชีวภาพเริ่มต้นขึ้น และไรโบโซมจะเคลื่อนที่ไปตาม mRNA แฝดสาม โมเลกุลที่ขนส่งกรดอะมิโนมีความเหมาะสมสำหรับพวกมัน ถ้าโคดอนในโพลีโซมเป็นส่วนเสริมกับแอนติโคดอนของกรดขนส่ง กรดอะมิโนก็จะยังคงอยู่ในไรโบโซม และพันธะโพลีเปปไทด์ที่เกิดขึ้นจะเชื่อมต่อมันกับกรดอะมิโนที่มีอยู่แล้วในไรโบโซม ทันทีที่ออร์แกเนลล์ที่สังเคราะห์โปรตีนถึงจุดหยุดแฝด (โดยปกติคือ UAG, UAA หรือ UGA) การแปลจะหยุดลง เป็นผลให้ไรโบโซมพร้อมกับอนุภาคโปรตีนถูกแยกออกจาก mRNA

เปปไทด์ได้มาในรูปแบบดั้งเดิมได้อย่างไร

ขั้นตอนสุดท้ายของการแปลคือกระบวนการเปลี่ยนโครงสร้างโปรตีนปฐมภูมิไปเป็นรูปแบบตติยภูมิซึ่งมีรูปแบบของทรงกลม เอนไซม์กำจัดกรดอะมิโนที่ตกค้างที่ไม่จำเป็น เพิ่มโมโนแซ็กคาไรด์หรือไขมัน และยังสังเคราะห์กลุ่มคาร์บอกซิลและฟอสเฟตเพิ่มเติมอีกด้วย ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นในโพรงของเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมซึ่งเปปไทด์จะเข้ามาหลังจากการสังเคราะห์ทางชีวภาพเสร็จสิ้น จากนั้นโมเลกุลโปรตีนดั้งเดิมจะผ่านเข้าไปในช่องสัญญาณ พวกมันเจาะเข้าไปในไซโตพลาสซึมและช่วยให้แน่ใจว่าเปปไทด์เข้าสู่บริเวณหนึ่งของไซโตพลาสซึมแล้วนำไปใช้ตามความต้องการของเซลล์.

ในบทความนี้ เราพบว่าการแปลและการถอดความทางชีววิทยาเป็นปฏิกิริยาหลักของการสังเคราะห์เมทริกซ์ที่เป็นรากฐานของการอนุรักษ์และการถ่ายทอดความโน้มเอียงทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต