Maklumat

15.2B: Permulaan Transkripsi dalam Prokariota - Biologi


RNA polymerase memulakan transkripsi pada urutan DNA tertentu yang disebut promoter.

Objektif Pembelajaran

  • Ringkaskan langkah awal transkripsi di prokariota

Perkara utama

  • Transkripsi mRNA bermula di lokasi permulaan.
  • Dua urutan konsensus penganjur berada di kawasan -10 dan -35 di hulu laman permulaan.
  • Subunit σ polimerase RNA mengenali dan mengikat rantau -35.
  • Lima subunit (α, α, β, β ', και σ) membentuk holoenzim polimerase RNA yang lengkap.

Syarat Utama

  • holoenzim: enzim berfungsi sepenuhnya, terdiri daripada semua subunitnya
  • penganjur: bahagian DNA yang mengawal permulaan transkripsi RNA

Polimerase RNA Prokariotik

Prokariota menggunakan polimerase RNA yang sama untuk mentranskripsikan semua gen mereka. Dalam E coli, polimerase terdiri daripada lima subunit polipeptida, dua daripadanya sama. Empat dari subunit ini, yang dilambangkan α, α, β, dan β ', terdiri daripada enzim teras polimerase. Subunit ini berkumpul setiap kali gen ditranskripsikan; mereka membongkar setelah transkripsi selesai. Setiap subunit mempunyai peranan yang unik: dua subunit α diperlukan untuk menyusun polimerase pada DNA; subunit β mengikat ribonukleosida trifosfat yang akan menjadi sebahagian daripada molekul mRNA yang baru dilahirkan; dan β 'mengikat helai templat DNA. Subunit kelima, σ, hanya terlibat dalam permulaan transkripsi. Ini memberikan kekhususan transkrip sehingga polimerase mula mensintesis mRNA dari lokasi permulaan yang sesuai. Tanpa σ, enzim inti akan mentranskripsikan dari laman rawak dan akan menghasilkan molekul mRNA yang menentukan protein gibberish. Polimerase yang terdiri daripada kelima-lima subunit disebut holoenzyme.

Promotor Prokariotik dan Permulaan Transkripsi

Pasangan nukleotida dalam heliks ganda DNA yang sesuai dengan tapak dari mana nukleotida 5 ′ mRNA pertama ditranskripsikan disebut sebagai laman +1, atau lokasi permulaan. Nukleotida sebelum lokasi permulaan diberi nombor negatif dan ditentukan di hulu. Sebaliknya, nukleotida yang mengikuti lokasi permulaan dilambangkan dengan penomboran “+” dan disebut nukleotida hilir.

Promotor adalah urutan DNA ke mana mesin transkripsi mengikat dan memulakan transkripsi. Dalam kebanyakan kes, promoter ada di hulu gen yang mereka atur. Urutan khusus penganjur sangat penting kerana ia menentukan sama ada gen yang sesuai ditranskripsikan sepanjang masa, beberapa waktu, atau jarang. Walaupun penganjur berbeza di antara genom prokariotik, beberapa elemen dipelihara. Di wilayah -10 dan -35 di hulu situs inisiasi, ada dua urutan konsensus promotor, atau wilayah yang serupa di semua promoter dan di pelbagai spesies bakteria. Urutan konsensus -10, yang disebut wilayah -10, adalah TATAAT. Urutan -35, TTGACA, dikenali dan diikat oleh σ. Setelah interaksi ini dibuat, subunit enzim teras mengikat ke laman web ini. Wilayah A-T -10 yang kaya memudahkan pelepasan templat DNA; beberapa ikatan fosfodiester dibuat. Fasa permulaan transkripsi berakhir dengan penghasilan transkrip abortif, yang merupakan polimer kira-kira 10 nukleotida yang dibuat dan dilepaskan.


15.2B: Permulaan Transkripsi dalam Prokariota - Biologi

Prokariota, yang merangkumi bakteria dan archaea, kebanyakannya adalah organisma bersel tunggal yang, menurut definisi, kekurangan inti membran dan organel lain. Kromosom bakteria adalah lingkaran tertutup kovalen yang, tidak seperti kromosom eukariotik, tidak disusun di sekitar protein histon. Kawasan pusat sel di mana DNA prokariotik berada disebut nukleoid. Di samping itu, prokariota sering berlimpah plasmid, yang merupakan molekul DNA bulat yang lebih pendek yang mungkin hanya mengandungi satu atau beberapa gen. Plasmid dapat dipindahkan secara bebas dari kromosom bakteria semasa pembelahan sel dan sering membawa sifat seperti ketahanan terhadap antibiotik. Oleh kerana ciri-ciri unik ini, transkripsi dan peraturan gen agak berbeza antara sel prokariotik dan sel eukariotik.

Objektif Pembelajaran

  • Fahami langkah-langkah asas dalam transkripsi DNA menjadi RNA dalam sel prokariotik
  • Fahami asas terjemahan prokariotik dan bagaimana ia berbeza dengan terjemahan eukariotik

Dogma Pusat: DNA Mengekod RNA RNA Mengekodkan Protein

Aliran maklumat genetik dalam sel dari DNA ke mRNA hingga protein digambarkan oleh dogma pusat (Gambar 9.14), yang menyatakan bahawa gen menentukan urutan mRNA, yang seterusnya menentukan urutan protein.

Rajah 9.14 Dogma pusat menyatakan bahawa DNA mengekod RNA, yang seterusnya mengkodekan protein.

Penyalinan DNA ke mRNA agak mudah, dengan satu nukleotida ditambahkan ke helai mRNA untuk setiap nukleotida pelengkap yang dibaca dalam helai DNA. Terjemahan protein lebih kompleks kerana kumpulan tiga nukleotida mRNA sesuai dengan satu asid amino dari urutan protein. Walau bagaimanapun, seperti yang akan kita lihat dalam modul seterusnya, terjemahan ke protein masih sistematik, sehingga nukleotida 1 hingga 3 sesuai dengan asid amino 1, nukleotida 4 hingga 6 sesuai dengan asid amino 2, dan seterusnya.


Penamatan

Penamatan terjemahan berlaku apabila a kodon karut (UAA, UAG, atau UGA) ditemui. Setelah sejajar dengan laman web A, kodon karut ini dikenali oleh faktor pelepasan protein yang menyerupai tRNA. Faktor pembebasan di kedua prokariota dan eukariota mengarahkan peptidil transferase untuk menambahkan molekul air ke hujung karboksil asid amino tapak-P. Tindak balas ini memaksa asid amino tapak P melepaskan dari tRNAnya, dan protein yang baru dibuat dilepaskan. Subunit ribosom kecil dan besar berpisah dari mRNA dan satu sama lain mereka direkrut segera ke kompleks permulaan terjemahan yang lain. Setelah banyak ribosom selesai terjemahan, mRNA terdegradasi sehingga nukleotida dapat digunakan kembali dalam reaksi transkripsi yang lain.

Ringkasnya, terdapat beberapa ciri utama yang membezakan ekspresi gen prokariotik daripada yang dilihat pada eukariota. Ini digambarkan dalam Rajah 3 dan disenaraikan dalam Jadual 1.

Gambar 3. (a) Dalam prokariota, proses transkripsi dan terjemahan berlaku secara serentak dalam sitoplasma, yang memungkinkan tindak balas selular yang cepat terhadap petunjuk persekitaran. (b) Dalam eukariota, transkripsi dilokalisasikan ke nukleus dan terjemahan dilokalisasikan ke sitoplasma, memisahkan proses ini dan memerlukan pemprosesan RNA untuk kestabilan.


Pemanjangan dan Penamatan di Prokariota

Fasa pemanjangan transkripsi bermula dengan pembebasan σ subunit dari polimerase. Pemisahan dari σ membolehkan enzim teras berjalan di sepanjang templat DNA, mensintesis mRNA dalam arah 5 ′ hingga 3 at pada kadar kira-kira 40 nukleotida sesaat. Semasa pemanjangan berlangsung, DNA terus dilepaskan di hadapan enzim inti dan bergerak semula di belakangnya (Gambar 2). Pasangan asas antara DNA dan RNA tidak cukup stabil untuk mengekalkan kestabilan komponen sintesis mRNA. Sebaliknya, polimerase RNA bertindak sebagai penghubung yang stabil antara templat DNA dan helai RNA yang baru lahir untuk memastikan pemanjangan tidak terganggu sebelum waktunya.

Gambar 2. Klik untuk gambar yang lebih besar. Semasa pemanjangan, polimerase RNA prokariotik melintasi templat DNA, mensintesis mRNA dalam arah 5 ′ hingga 3,, dan melonggarkan dan memundurkan DNA semasa dibaca.


Struktur Kompleks Pra Permulaan Transkripsi Eukariotik dan Implikasi Fungsinya

Transkripsi adalah proses yang sangat terkawal yang membekalkan sel hidup dengan molekul RNA pengekodan dan bukan pengekodan. Kegagalan mengatur transkripsi dengan betul dikaitkan dengan patologi manusia, termasuk kanser. RNA polymerase II adalah kompleks enzim yang mensintesis RNA messenger yang kemudiannya diterjemahkan ke dalam protein. Walaupun kerumitannya, polimerase RNA memerlukan sejumlah besar faktor transkripsi umum untuk direkrut ke laman permulaan transkripsi sebagai sebahagian daripada kompleks pra-permulaan transkripsi, dan untuk membantunya mendapatkan akses ke helai DNA yang ditranskripsikan. Bab ini mengkaji struktur dan fungsi kompleks pra-permulaan transkripsi eukariotik ini, dengan penekanan khusus pada dua konstituennya, kompleks multisubunit TFIID dan TFIIH. Kami juga membandingkan keseluruhan seni bina kompleks pra-inisiasi RNA polimerase II dengan kompleks polimerase RNA I dan III, yang terlibat dalam transkripsi RNA ribosom dan RNA bukan pengekodan seperti tRNA dan snRNA, dan membincangkan ciri-ciri umum yang dipelihara yang terpakai untuk semua sistem polimerase RNA eukariotik.

Kata kunci: Mikroskopi Cryo-elektron Ekspresi gen Faktor transkripsi umum Permulaan RNA polimerase Biologi struktur TFIID TFIIH Transkripsi.

Angka

Seni bina polimerase RNA multisubunit…

Senibina polimerase RNA multisubunit di seluruh kerajaan dan organisasi eukariotik Pol II…

Seni bina polimerase RNA eukariotik…

Seni bina polimerase RNA eukariotik II. a, b Penggambaran menyalin Pol II ...

Struktur TFIID manusia.…

Struktur TFIID manusia. a Organisasi TFIID manusia menjadi tiga lobus.…

Cadangan peralihan konfigurasi TFIID…

Mencadangkan peralihan konformasi TFIID semasa pengikatan DNA dan mekanisme pemendapan TBP.…

Struktur dan fungsi TFIIH.…

Struktur dan fungsi TFIIH. a Skema seni bina TFIIH. Subunit enzimatik utama…

Struktur Pol II-PIC dan komponennya. a Struktur penganjur…

Struktur tempat terbuka dan…

Struktur terbuka dan awalnya mentranskripsikan Pol II-PIC manusia dan perbandingan dengan…

Pol II-PIC yang terikat dengan Mediator. sebuah…

Pol II-PIC yang terikat dengan Mediator. a Struktur kristal kepala Mediator dan tengah…

Model seni bina holo-Pol…

Model seni bina holo-Pol II-PIC dengan TFIID dan Mediator. Model yang dicadangkan…

Seni bina RNA ...

Seni bina RNA polimerase I PIC dan ITC. a Struktur…

Perbandingan jalur DNA di…

Perbandingan jalur DNA di Pol I dan Pol II ITC. sebuah…

Subunit faktor transkripsi Pol ...

Subunit faktor transkripsi Pol III. a Struktur Pol I yang diekstrak dari…

Struktur TFIIIB. sebuah…

Struktur TFIIIB. a Superposisi struktur TBP-Brf2 terikat DNA…

Struktur Pol III-ITC. a Gambaran keseluruhan struktur…

Perbandingan struktur terikat DNA…

Perbandingan struktur terikat DNA faktor pemula seperti TFIIB. a – c Struktur Pol ...