Transcriere (biologie)

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 2 aprilie 2020; verificările necesită 9 modificări .

Transcripția (din latină  transcriptio „rescriere”) este procesul de sinteză a ARN  care are loc în toate celulele vii folosind ADN-ul ca șablon ; transferul de informații genetice de la ADN la ARN.

Transcripția este catalizată de enzima ARN polimeraza dependentă de ADN. ARN polimeraza se deplasează de-a lungul moleculei de ADN în direcția 3`-5` [1] .

Dacă vorbim despre transcrierea regiunilor care codifică proteine, atunci unitatea de transcripție bacteriană este un operon  - un fragment al unei molecule de ADN constând dintr-un promotor (un operator de care se leagă proteina represor), o parte transcrisă (care poate conține mai multe secvenţe care codifică proteine) şi un terminator. La eucariote, porțiunea transcrisă conține de obicei o singură secvență de codificare a proteinei.

Lanțul de ADN care servește ca șablon pentru completarea ARN-ului se numește codificare sau șablon . Secvența rezultată dintr-o astfel de sinteză de ARN va fi identică cu secvența catenei de ADN necodante (excluzând înlocuirea ADN-ului timinei cu ARN -ul uracil ) conform principiului complementarității .

Transcrierea pro- și eucariote

La bacterii, transcripția este catalizată de o singură ARN polimerază. Este format dintr-un corp principal de cinci subunități (α 2 ββ'ω) și o subunitate σ (factor sigma) care determină legarea la promotor și este singurul inițiator de transcripție. La Escherichia coli , de exemplu, cea mai comună formă a factorului sigma este σ 70 .

Celulele eucariote conțin cel puțin 3 ARN polimeraze , în timp ce plantele conțin 5, care necesită un set de factori pentru inițiere și alungire. ARN polimeraza II  este principala enzimă a celulelor eucariote care catalizează transcripția ARNm care codifică proteine ​​(și a altor ARN).

În bacterii, ARNm nu este modificat în niciun fel după transcripție, iar traducerea poate avea loc direct în timpul transcripției . În celulele eucariote, ARNm este modificat în nucleu - este atârnată un capac 5' și este sintetizată o coadă 3'-poliA, are loc splicing . ARNm poate intra apoi în citoplasmă, unde va avea loc translația.

Procesul de transcriere

Transcripția constă din etapele de inițiere, alungire și terminare.

Inițiere

Inițierea transcripției este procesul prin care ARN polimerazei dependente de ADN se leagă de un promotor și formează un complex stabil pentru a continua transcripția.

Inițierea transcripției poate fi împărțită în mai multe etape [2] .

  1. ARN polimeraza (împreună cu factorii de inițiere a transcripției la eucariote) se leagă de un promotor pentru a forma un complex închis . În această formă, spirala dublă ADN este situată în interiorul complexului.
  2. Transformare într- un complex deschis . Helixul ADN la o distanță de aproximativ 13 perechi de baze de punctul de început al transcripției se topește, adică catenele de ADN sunt separate unele de altele. Secțiunea catenelor de ADN care au fost separate se numește balon de transcripție.
  3. Separarea catenelor oferă acces la catena necodificatoare a ADN-ului. Primele două ribonucleotide se aliniază cu ADN-ul șablon și se unesc. O alungire suplimentară a ARN-ului are loc atunci când ribonucleotidele sunt atașate la capătul 3’ al lanțului. Unirea primelor 10 nucleotide este un proces ineficient, astfel încât transcripția este adesea terminată în această etapă, o transcriere scurtă este eliberată și sinteza începe din nou. Această alunecare a polimerazei se numește transcripție abortivă .
  4. De îndată ce complexul polimerază-promotor formează un transcript mai lung de 10 nucleotide, acesta devine suficient de stabil pentru a continua transcripția și intră în stadiul de alungire. Numit și evitarea promotorului .

Inițierea transcripției este un proces complex care depinde de secvența de ADN din apropierea secvenței transcrise (și la eucariote și de părți mai îndepărtate ale genomului - amplificatori și amortizoare ) și de prezența sau absența diferiților factori proteici .

Alungire

Momentul tranziției ARN polimerazei de la inițierea transcripției la alungire nu a fost determinat cu precizie. Trei evenimente biochimice principale caracterizează această tranziție în cazul ARN polimerazei E. coli : separarea factorului sigma, prima translocare a moleculei de enzimă de -a lungul matriței și stabilizarea puternică a complexului de transcripție, care, pe lângă ARN polimeraza, include o catenă de ARN în creștere și ADN transcris. Aceleași fenomene sunt caracteristice ARN polimerazelor eucariote. Tranziția de la inițiere la alungire este însoțită de ruperea legăturilor dintre enzimă, promotor , factorii de inițiere a transcripției și, în unele cazuri, de tranziția ARN polimerazei la o stare de competență de alungire (de exemplu, fosforilarea domeniului CTD ). în ARN polimeraza II). Faza de alungire se termină după eliberarea transcriptului în creștere și disocierea enzimei din matriță (terminare).

În stadiul de alungire, aproximativ 18 perechi de baze de nucleotide sunt nerăsucite în ADN . Aproximativ 12 nucleotide din catena matriță a ADN-ului formează o spirală hibridă cu un capăt în creștere al lanțului de ARN. Pe măsură ce ARN polimeraza se mișcă de-a lungul șablonului, are loc desfășurarea în fața acestuia, iar refacerea dublei helix ADN are loc în spatele acestuia. În același timp, următoarea verigă din lanțul de ARN în creștere este eliberată din complexul cu matrița și ARN polimeraza. Aceste mișcări trebuie să fie însoțite de rotația relativă a ARN polimerazei și ADN-ului. Este dificil de imaginat cum se poate întâmpla acest lucru într-o celulă, în special în transcripția cromatinei . Prin urmare, este posibil ca, pentru a preveni o astfel de rotație, ARN polimeraza care se mișcă de-a lungul ADN-ului să fie însoțită de topoizomeraze .

Alungirea se realizează cu ajutorul factorilor principali de alungire necesari pentru ca procesul să nu se oprească prematur [3] .

Recent, au apărut dovezi care arată că factorii de reglementare pot, de asemenea, regla alungirea. ARN polimeraza se oprește în anumite regiuni ale genei în timpul alungirii . Acest lucru este deosebit de clar la concentrații scăzute de substraturi . În unele părți ale matricei, întârzierile mari în promovarea ARN polimerazei, așa-numitele. pauzele se observă chiar şi la concentraţii optime de substraturi. Durata acestor pauze poate fi controlată de factori de alungire.

Încetarea

Bacteriile au două mecanisme de terminare a transcripției:

Terminarea transcripției la eucariote este mai puțin studiată. Se termină cu tăierea ARN, după care enzima adaugă mai multe adenine (…AAAA) la capătul său 3’, numărul cărora determină stabilitatea acestei transcrieri [4] .

Fabrici de transcriere

Există o serie de date experimentale care indică faptul că transcripția se realizează în așa-numitele fabrici de transcripție: uriașe, conform unor estimări, complexe de până la 10 M Da care conțin aproximativ 8 ARN polimeraze II și componente ale prelucrării și splicing ulterioare , ca precum și corectarea transcriptului nou sintetizat [5] . În nucleul celulei, există un schimb constant între bazine de ARN polimerază solubilă și implicată. ARN polimeraza activă este implicată într-un astfel de complex, care, la rândul său, este o unitate structurală care organizează compactarea cromatinei . Date recente [6] indică faptul că fabricile de transcripție există și în absența transcripției, ele sunt fixate în celulă (nu este încă clar dacă interacționează cu matricea nucleară a celulei sau nu) și reprezintă un subcompartiment nuclear independent. Complexul fabricii de transcripție care conține ARN polimeraza I, II sau III a fost analizat prin spectrometrie de masă. [7]

Transcriere inversă

Unii virusuri (cum ar fi virusul imunodeficienței umane care provoacă infecția cu HIV ) au capacitatea de a transcrie ARN-ul în ADN. HIV are un genom ARN care se integrează în ADN. Ca rezultat, ADN-ul virusului poate fi combinat cu genomul celulei gazdă. Principala enzimă responsabilă de sinteza ADN din ARN se numește revertase . Una dintre funcțiile revertasezei este de a crea ADN complementar (ADNc) din genomul viral. Enzima asociată ribonucleaza H scindează ARN-ul, iar revertasea sintetizează ADNc din dubla helix ADN. ADNc este integrat în genomul celulei gazdă printr-o integrază . Rezultatul este sinteza proteinelor virale de către celula gazdă, care formează noi viruși. În cazul HIV, apoptoza (moartea celulară) a limfocitelor T este de asemenea programată . [8] În alte cazuri, celula poate rămâne un distribuitor de viruși.

Unele celule eucariote conțin enzima telomeraza , care prezintă, de asemenea, activitate de transcripție inversă. Cu ajutorul lui, se sintetizează secvențe repetate în ADN. Telomeraza este adesea activată în celulele canceroase pentru o duplicare nesfârșită a genomului fără pierderea secvenței ADN care codifică proteine. Unii virusuri animale care conțin ARN, folosind ADN polimeraza dependentă de ARN, sunt capabili să sintetizeze ADN complementar ARN-ului viral. Se integrează în genomul unei celule eucariote, unde poate rămâne ascuns timp de multe generații. În anumite condiții (de exemplu, expunerea la agenți cancerigeni), genele virale pot fi activate, iar celulele sănătoase se vor transforma în canceroase.

Note

  1. ↑ Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts. Biologia moleculară a celulei . — al 4-lea. - Garland Science, 2002. - ISBN 978-0-8153-3218-3 , 978-0-8153-4072-0.
  2. ↑ James D. Watson. Biologia moleculară a genei . - W. A. ​​​​Benjamin, 1965. - 530 p.
  3. ↑ DB Nikolov, SK Burley. Inițierea transcripției ARN polimerazei II: O vedere structurală  //  Proceedings of the National Academy of Sciences. — 07-01-1997. — Vol. 94 , iss. 1 . — P. 15–22 . - ISSN 1091-6490 0027-8424, 1091-6490 . - doi : 10.1073/pnas.94.1.15 .
  4. ↑ Benjamin Lewin. Genele 9 . - Jones & Bartlett Learning, 2008. - 912 p. - ISBN 978-0-7637-4063-4 .
  5. ↑ Peter R. Cook. Organizația de replicare și transcriere  (engleză)  // Știință. — 11-06-1999. — Vol. 284 , iss. 5421 . — P. 1790–1795 . — ISSN 1095-9203 0036-8075, 1095-9203 . - doi : 10.1126/science.284.5421.1790 .
  6. ↑ Jennifer A. Mitchell, Peter Fraser. Fabricile de transcripție sunt subcompartimente nucleare care rămân în absența transcripției  //  Genes & Development. — 01-01-2008. — Vol. 22 , iss. 1 . — P. 20–25 . — ISSN 1549-5477 0890-9369, 1549-5477 . - doi : 10.1101/gad.454008 .
  7. ↑ Svitlana Melnik, Binwei Deng, Argyris Papantonis, Sabyasachi Baboo, Ian M. Carr. Proteomii fabricilor de transcripție care conțin ARN polimeraze I, II sau III  //  Nature Methods. — 2011-11. — Vol. 8 , iss. 11 . — P. 963–968 . — ISSN 1548-7105 . - doi : 10.1038/nmeth.1705 .
  8. ↑ Irina Nikolaevna Kolesnikova. Câteva caracteristici ale mecanismelor de apoptoză în infecția cu HIV . - Rostov-pe-Don, 2000.
  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice
 Transcriere (biologie)
Reglementarea
transcripției
procariote
eucariote
Enzime de
modificare a
histonelor
( histone / nucleozom )
Metilarea ADN-uluiADN metiltransferaza
Remodelarea
cromatinei		CHD7
Comun pentru
pro- și eucariote
Activare
IniţiereSite de începere a transcripției
Elongaţie
Încetarea