Nach der Entschlüsselung des genetischen Codes stellte sich die Frage: Wie werden Informationen von der DNA auf das Protein übertragen? Biochemische Studien haben ergeben, dass der Großteil der DNA in einer Zelle im Zellkern lokalisiert ist, während die Proteinsynthese im Zytoplasma stattfindet. Diese territoriale Trennung von DNA- und Proteinsynthese führte zur Suche nach einem Mediator. Da die Proteinsynthese unter Beteiligung von Ribosomen abläuft, wurde RNA als Vermittler vorgeschlagen. Es wurde ein Diagramm erstellt, das die Richtung des Flusses der genetischen Information in einer Zelle veranschaulicht:

DNA → RNA → Protein

Es wurde das zentrale Dogma der Molekularbiologie genannt. F. Crick postulierte, dass die Synthese von Makromolekülen nach diesem Schema nach dem Matrixprinzip abläuft. Es dauerte viele Jahre, die Richtigkeit dieses Postulats zu beweisen.

Zunächst wurde angenommen, dass ribosomale RNA die Rolle eines Vermittlers spielt („ein Gen – ein Ribosom – ein Protein“). Diese Annahme wurde jedoch bald klar. Es wurde gezeigt, dass sich die Anzahl der Ribosomen während der Proteinsynthese nicht ändert; es wird keine neue RNA synthetisiert und daher werden keine neuen Informationen empfangen. Bald wurde ein Bruchteil instabiler RNA in der Zusammensetzung von Ribosomen gefunden, deren Moleküle mit Hilfe von Mg-Kationen lose auf dem Ribosom gehalten werden. Molekulare Hybridisierung hat gezeigt, dass diese RNA-Moleküle Kopien bestimmter DNA-Abschnitte sind. Sie hat den Namen bekommen Matrix, oder Boten-RNA. Sie wurde früher auch als RNA-Intermediär- und Boten-RNA bezeichnet. Die Komplementarität dieser Moleküle zu bestimmten DNA-Regionen deutete darauf hin, dass sie gemäß dem Matrizentyp auf der DNA synthetisiert werden.

Nach und nach wurde der gesamte Weg der Informationsübertragung von der DNA zum Protein aufgeklärt. Es besteht aus zwei Stufen: Transkriptionen und Sendungen. Auf der Stufe der Transkription erfolgt das Ablesen und Übertragen genetischer Informationen von DNA auf mRNA. Der Transkriptionsprozess verläuft in drei Schritten: Einleitung, Verlängerung und Beendigung. Informationen werden nur von einem DNA-Strang (+ Strang) gelesen, da aufgrund der Eigenschaften des genetischen Codes komplementäre DNA-Abschnitte aufgrund fehlender komplementärer Entartung des Codes nicht die Struktur desselben Proteins kodieren können. Das Enzym RNA-Polymerase, das aus vier Untereinheiten (ααββ") besteht und keine Spezifität für die DNA-Quelle aufweist, führt die Transkription durch. Im Anfangsstadium der Transkription - Initiation - wird die fünfte Untereinheit, der sogenannte S-Faktor, angehängt zum Enzym, das eine bestimmte DNA-Region erkennt, Promotor.Promotoren werden nicht transkribiert.Sie ​​werden durch den s-Faktor durch das Vorhandensein einer spezifischenNukleotidsequenz in ihnen erkannt.In bakteriellen Promotoren wird es Pribnow-Block genannt und hat die bilden TATAAT (mit leichten Variationen).Das Enzym RNA-Polymerase heftet sich an den Promotor.Das Wachstum der mRNA-Kette erfolgt in eine Richtung, die Transkriptionsratebeträgt ≈ 45-50 Nukleotide pro 1 Sekunde.In der Initiationsphase nur eine kurze Kette von 8 Nukleotiden wird synthetisiert, wonach der S-Faktor von der RNA-Polymerase getrennt wird und die Elongationsphase beginnt, aus der Informationen abgelesen werden, wird als Transkripton bezeichnet nator - eine spezifische Nukleotidsequenz, die die Rolle eines Stoppsignals spielt. Am Terminator angekommen hört das Enzym RNA-Polymerase auf zu arbeiten und wird mit Hilfe von Proteinterminationsfaktoren von der Matrix getrennt.

In Bakterienzellen können die entstehenden mRNA-Moleküle sofort als Vorlage für die Proteinsynthese dienen; Übertragung. Sie verbinden sich mit Ribosomen, an die Transport-RNA (tRNA)-Moleküle gleichzeitig Aminosäuren liefern. Transfer-RNA-Ketten sind ungefähr 70 Nukleotide lang. Ein einzelsträngiges tRNA-Molekül hat Stellen komplementärer Paarung, zu denen aktive Zentren gehören: eine Stelle zur Erkennung von tRNA durch das Enzym tRNA-Synthetase, das die entsprechende aktivierte Aminosäure an tRNA bindet; ein Akzeptor ist eine Stelle, an die eine Aminosäure gebunden ist, und eine Anticodon-Schleife.

Anticodon ist ein Triplett, das komplementär zum entsprechenden Codon im mRNA-Molekül ist. Die Codon-Anticodon-Wechselwirkung verläuft nach Art der komplementären Paarung, bei der eine Aminosäure an eine wachsende Proteinkette angehängt wird. Das initiierende Codon in verschiedenen mRNAs ist das AUG-Codon, das der Aminosäure Methionin entspricht. Daher ist tRNA mit dem UAC-Anticodon, das an die aktivierte Aminosäure Methionin gekoppelt ist, die erste, die sich der Matrize nähert. Enzyme, die Aminosäuren aktivieren und an tRNA binden, werden als Aminoacyl-tRNA-Synthetasen bezeichnet. Alle Stadien der Proteinbiosynthese (Initiation, Elongation, Termination) werden von Proteintranslationsfaktoren bedient. Prokaryoten haben drei davon für jedes Stadium. Am Ende des mRNA-Templates befinden sich Nonsense-Codons, die nicht abgelesen werden und das Ende der Translation markieren.

Im Genom vieler Organismen, von Bakterien bis hin zum Menschen, wurden Gene und ihre entsprechenden tRNAs gefunden, die ein nicht standardmäßiges Codon-Lesen durchführen. Dieses Phänomen wurde benannt Broadcast-Mehrdeutigkeit.

Dadurch können die negativen Folgen von Fehlern vermieden werden, die während der Transkription in der Struktur von mRNA-Molekülen auftreten. Wenn also Nonsense-Codons innerhalb des mRNA-Moleküls erscheinen, die den Transkriptionsprozess vorzeitig stoppen können, wird der Unterdrückungsmechanismus aktiviert. Es besteht darin, dass in der Zelle eine ungewöhnliche Form von tRNA mit einem zum Nonsense-Codon komplementären Anticodon auftritt, das nicht normal sein sollte. Sein Auftreten ist das Ergebnis der Wirkung eines Gens, das eine Basenänderung im tRNA-Anticodon durchführt, das in seiner Zusammensetzung dem Nonsense-Codon ähnelt. Als Ergebnis eines solchen Ersatzes wird das Nonsense-Codon als ein normales signifikantes Codon gelesen. Solche Mutationen werden Suppressor genannt, weil. sie unterdrücken die ursprüngliche Mutation, die zum Auftreten des Nonsense-Codons führte.

Die DNA - der Träger aller Erbinformationen in der Zelle - ist nicht direkt an der Synthese von Proteinen beteiligt. In tierischen und pflanzlichen Zellen sind DNA-Moleküle in den Chromosomen des Zellkerns enthalten und durch eine Kernmembran vom Zytoplasma getrennt, wo Proteine ​​synthetisiert werden. Zu den Ribosomen – Protein-Montagestellen – wird vom Zellkern ein informationstragender Vermittler geschickt, der in der Lage ist, durch die Poren der Kernmembran zu gelangen. Boten-RNA (i-RNA) ist ein solcher Vermittler. Nach dem Prinzip der Komplementarität wird es unter Beteiligung eines Enzyms namens RNA-Polymerase von der DNA abgelesen. Der von der RNA-Polymerase durchgeführte Prozess des Lesens (oder besser Abschreibens) oder der RNA-Synthese wird als Transkription (lat. Boten-RNA ist ein einzelsträngiges Molekül, und die Transkription erfolgt von einem Strang eines doppelsträngigen DNA-Moleküls. Wenn das Nukleotid G im transkribierten DNA-Strang enthalten ist, fügt die RNA-Polymerase C in die RNA ein, wenn es T ist, enthält es A, wenn es A ist, enthält es y (die RNA enthält kein T) (Abb. 46). . In der Länge ist jedes der mRNA-Moleküle hundertmal kürzer als DNA. Boten-RNA ist keine Kopie des gesamten DNA-Moleküls, sondern nur ein Teil davon – ein Gen oder eine Gruppe benachbarter Gene, die Informationen über die Struktur von Proteinen enthalten, die zur Erfüllung einer bestimmten Funktion erforderlich sind. Bei Prokaryoten wird diese Gruppe von Genen als Operon bezeichnet. Wie Gene zu einem Operon kombiniert werden und wie die Transkriptionskontrolle organisiert ist, lesen Sie im Abschnitt Proteinbiosynthese. Am Anfang jedes Operons befindet sich eine Art Landestelle für die RNA-Polymerase, der sogenannte Promotor. Dies ist eine spezifische Sequenz von DNA-Nukleotiden, die ein Enzym durch chemische Affinität erkennt. Erst durch Anheftung an den Promotor ist die RNA-Polymerase in der Lage, die Synthese von mRNA zu starten. Am Ende des Operons angekommen, trifft das Enzym auf ein Signal (in Form einer bestimmten Nukleotidsequenz), das das Ende des Lesens anzeigt. Die fertige mRNA bewegt sich von der DNA weg und geht zum Ort der Proteinsynthese. Der beschriebene Transkriptionsprozess besteht aus vier Phasen:

1) Bindung der RNA-Polymerase an den Promotor;

2) Einweihung – der Beginn der Synthese. Es besteht in der Bildung der ersten Phosphodiesterbindung zwischen ATP oder GTP und dem zweiten Nukleotid des synthetisierten RNA-Moleküls;

3) Verlängerung – das Wachstum einer RNA-Kette, d. h. die sequentielle Anheftung von Nukleotiden aneinander in der Reihenfolge, in der sich komplementäre Nukleotide im transkribierten DNA-Strang befinden. Die Elongationsrate erreicht 50 Nukleotide pro Sekunde;

4) Termination - Abschluss der mRNA-Synthese.

RNA-Biosynthese - Transkription - der Vorgang des Ablesens genetischer Informationen aus DNA, bei dem die DNA-Nukleotidsequenz als RNA-Nukleotidsequenz kodiert wird. Als Energie und Substrat verwendet - Nukleosid-3-phosphat mit Ribose. Es basiert auf Komplementaritätsprinzip- ein konservativer Prozess - eine neue einzelsträngige RNA wird während der gesamten Interphase synthetisiert, beginnt in bestimmten Bereichen - Promotoren, endet in Terminatoren, und der Abschnitt dazwischen - ein Operon (Trancrypton) - enthält manchmal ein oder mehrere funktionell verwandte Gene enthält Gene, die keine Proteine ​​codieren. Transkriptionsunterschiede: 1) einzelne Gene werden transkribiert. 2) keine Grundierung erforderlich. 3) Ribose ist in RNA enthalten, nicht Desoxyribose.

Transkriptionsschritte: 1) Bindung von RNA-Polymerase an DNA. 2) Initiation - die Bildung einer RNA-Kette. 3) Verlängerung oder Wachstum der RNA-Kette. 4) Kündigung.

Stufe 1 – die Stelle, an die sich die RNA-Polymerase bindet, wird Promotor genannt (40 Nukleotidpaare) – sie hat eine Stelle für Erkennung, Anheftung und Initiation. Die RNA-Polymerase, die den Promotor erkennt, sitzt darauf und es bildet sich ein geschlossener Promotorkomplex, in dem die DNA spiralisiert wird und der Komplex leicht dissoziieren und in einen offenen Promotorkomplex übergehen kann - die Bindungen sind stark, die stickstoffhaltige Base wendet sich nach außen.

Stufe 2 - Einleitung Die RNA-Synthese besteht in der Bildung mehrerer Glieder in der RNA-Kette, die Synthese beginnt auf einem DNA-Strang 3'-5' und geht in Richtung 5'-3'. Die Stufe endet mit der Abtrennung der b-Untereinheit.

Stufe 3 - Verlängerung- Verlängerung der RNA-Kette - tritt aufgrund der Core-rRNA-Polymerase auf. Der DNA-Strang wird an 18 Paaren entspiralisiert und an 12 - einem Hybrid - einem gemeinsamen Hybrid aus DNA und RNA. RNA-Polymerase bewegt sich entlang der DNA-Kette und nach der Wiederherstellung der DNA-Kette. Wenn die RNA in Eukaryoten 30 Nukleotide erreicht, wird am 5'-Ende eine schützende CEP-Struktur gebildet.

Stufe 4 - Beendigung- tritt auf Abschlusswiderständen auf. In der Kette gibt es eine GC-reiche Stelle und dann 4 bis 8 aufeinanderfolgende A. Nach dem Passieren der Stelle wird im RNA-Produkt eine Haarnadel gebildet und das Enzym geht nicht weiter, die Synthese stoppt. Eine wichtige Rolle spielt der Proteinterminationsfaktor - Rho und Tower. Während der Synthese hemmte Pyrophosphat das Rho-Protein, weil das Enzym hat aufgehört (Haarnadel) die Synthese von Phosphorsäure hat aufgehört. Das Rho-Protein wird aktiviert und zeigt Nukleosid-Phosphatase-Aktivität, die zur Freisetzung von RNA, RNA-Polymerase, führt, die weiter mit der Untereinheit kombiniert wird.

Wird bearbeitet - RNA-Reifung. Beinhaltet: 1) die Bildung von CEP am 5'-Ende ist an der Bindung an das Ribosom beteiligt. 2) Polyadenylierung tritt am 3'-Ende auf und es wird ein Schwanz von einhundert bis zweihundert Adenylnukleotiden gebildet, er schützt das '-Ende vor der Wirkung von Nukleasen und hilft, Kernporen zu passieren und spielt eine Rolle bei der Anheftung an das '-Ende Ribosom. 3) Spleißen - nichtkodierende Sequenzen werden ausgeschnitten - Introns. Dies geschieht auf zwei Arten: a) wird vom Spleißosom durchgeführt - es ist ein Nukleoprotein, das eine Reihe von Proteinen und kleine Kern-RNA enthält. Am Anfang werden Introns herausgeschleift, sodass nur codierende Sequenzen – Exons – übrig bleiben. Endonuklease-Enzyme werden geschnitten und Ligasen ligieren die verbleibenden Exons. DANN. Die Introns sind weg. Alternatives Spleißen - Auf derselben Nukleinsäuresequenz bildet RNA mehrere Proteine. Selbstspleißen ist die Selbstentfernung von Introns. Spleißstörungen: 1) systemischer Lupus erythematodes. 2) Phenylketonurie. 3) Hämoglobinopathie. Matrix-RNA von Prokaryoten wird nicht verarbeitet, weil Sie haben keine Introns. tRNA-Verarbeitung. Die tRNA-Vorstufe wird gespalten und das Nukleotid 5'-3' Q P wird abgespalten, am 3'-Ende wird die CCA-Sequenz mit einer OH-Gruppe und am 5'-Ende eine phosphorylierte Purinbase angehängt. Duhydrouridin-Schleife – ARSase. rRNA-Verarbeitung. Der rRNA-Vorläufer, proribosomale 45S-RNA, wird im Nukleolus synthetisiert und Ribonukleasen ausgesetzt, um 5.8S 18S 28S zu bilden. Sie sind zu 70 % spiralisiert. rRNA spielt eine Rolle bei der Bildung des Ribosoms und ist an katalytischen Prozessen beteiligt. Die Untereinheit wird im Zellkern aus rRNA gebildet. Die kleine Untereinheit ist 30S, die große Untereinheit ist 50S und das Ribosom 70S wird in Prokaryoten gebildet, in Eukaryoten 40S + 60S = 80S. Die Ribosomenbildung erfolgt im Zytoplasma.

Ribosomenstellen für die RNA-Bindung: 1) in kleinen Untereinheiten, die die Shine-Dalgorn-mRNA-Sequenz 5'GGAGG3' 3'CCUCC5' aufweisen. Messenger-RNA ist an die kleine Untereinheit gebunden. In Eukaryoten CEP-Bindungsstelle für mRNA. tRNA-Bindungsstelle: a) P-Stelle – Peptidylzentrum für die Bindung von mRNA an die wachsende Peptidkette – Peptidyl-tRNA-Bindung. b) A-Schnitt - für die Verbindung von tRNA mit einer Aminosäure - Aminoacylstelle 2) In der großen Untereinheit der E-Schnitt mit Peptidyltransferase-Aktivität.

umgekehrte Transkription charakteristisch für Retroviren oder Viren, die RNA enthalten - HIV-Infektionsvirus, Onkoviren.

Auf der RNA-Kette erfolgt die DNA-Synthese unter der Wirkung des Enzyms Reverse Transkriptase oder Reversetase oder DNA-RNA-Polymerase. Beim Eindringen in die Wirtszelle findet eine DNA-Synthese statt, bei der sie in die Wirts-DNA integriert wird und die Transkription ihrer RNA und die Synthese ihrer eigenen Proteine ​​beginnen.

Genetischer Code, seine Eigenschaften. Der genetische Code ist die Nukleotidsequenz des rRNA-Moleküls, die Codewörter für jede Aminosäure enthält. Es besteht aus einer bestimmten Sequenz von Nukleotiden im DNA-Molekül.

Charakteristisch. 1) Der genetische Code ist Triplett - d.h. Jedes a/k ist mit drei Nukleotiden verschlüsselt. 2) der genetische Code für a/c ist degeneriert oder redundant – die überwiegende Mehrheit von a/c wird von mehreren Codons codiert. Insgesamt werden 64 Tripletts gebildet, von denen 61 Tripletts ein spezifisches a/c codieren, und drei Tripletts – AUG, UAA, UGA sind Nonsense-Codons, weil sie kodieren für keines der 20 a/c, sie erfüllen die Funktion, die Synthese zu beenden. 3) Der genetische Code ist kontinuierlich, es gibt keine Satzzeichen, d.h. Signale, die das Ende eines Tripletts und den Beginn eines anderen anzeigen. Der Code ist linear, unidirektional, kontinuierlich. Zum Beispiel - ATSGUTSGATSTS. 4) das AUG-Triplett dient als Syntheseaktivierungscodon. 5) Der genetische Code ist universell.

22. Sendung - Proteinbiosynthese. Übersetzungsstufen: 1) Initiation. 2) Verlängerung. 3) Kündigung. Einleitung- Klimaanlage ist aktiviert.

Die initiierende aatRNA wird mit 1 a/c des zukünftigen Proteins nur mit der Carboxylgruppe interagieren, und 1 a/c kann nur die NH 2 -Gruppe zur Synthese geben, d.h. Die Proteinsynthese beginnt am N-Terminus.

Assemblierung des Initiierungskomplexes auf einem kleinen Subpartikel. Faktoren: 30S mRNA Fomylmethionyl tRNA IF 123 Mg 2+ GTP ist eine Energiequelle

Die kleine, mit Initiationsfaktoren beladene Untereinheit findet auf der mRNA das Startcodon AUG oder GUG und legt danach den Leserahmen fest; das Startcodon wird in die P-Stelle platziert. Formlmethionyl-tRNA nähert sich ihm, was von der Freisetzung des Faktors IF 3 begleitet wird, dann verbindet sich die große Untereinheit und IF 1 und IF2 werden freigesetzt, es findet eine Hydrolyse von 1GTP statt und ein Ribosom wird gebildet. Verlängerung ist der Arbeitszyklus des Ribosoms. Umfasst drei Schritte: 1) Bindung von aatRNA an die A-Stelle; P-Stelle ist besetzt – Elongationsfaktoren EF-TU, EF-TS und GTP werden benötigt. Verlängerungsfaktoren in Prokaryoten: EF-TU, EF-TS, EF-G. 3 )Translokation– Zuerst verlässt die EF-G-deacylierte tRNA der P-Stelle das Ribosom und bewegt 1 Triplett in Richtung des 3’-Endes; die Bewegung des Peptids von A zur P-Stelle – GTP wird verwendet und der Elongationsfaktor – EF-G-Translokase, A – die Stelle ist wieder frei und der Vorgang wird wiederholt. Beendigung– Erkennung der Terminationscodons UAA, UGA, UAG mit Hilfe der Freisetzungsfaktoren RF 1 2 3. Wenn das terminale Codon in die A-Stelle eintritt, wird keine tRNA daran gebunden, sondern einer der Terminationsfaktoren, der blockiert Verlängerung, die von der Aktivierung der Esteraseaktivität der Peptidyltransferasestelle E begleitet wird. Es findet eine Hydrolyse der Esterbindungen zwischen dem Peptid und der tRNA statt, das Ribosom verlässt das Peptid, die tRNA und dissoziiert in Untereinheiten, die dann verwendet werden können.

Die Strukturbildung erfolgt gleichzeitig mit Hilfe von Chaperonproteinen - Hitzeschockproteinen. Die Synthese einer Peptidbindung verbraucht 1 ATP für die Aminoacylierung von tRNA (Anlagerung einer Aminosäure), 1 GTP für die Verbindung von aatRNA mit der A-Stelle und 1 GTP für die Translokation. Der Energieverbrauch beträgt etwa 4 makroerge Bindungen für die Synthese einer Peptidbindung.

23. Lactose-Operon. Die Replikation wird durch die Konzentration des DNA-Proteins und des Guanosintetraphosphats reguliert. Die Hauptregulation der Genexpression erfolgt auf der Ebene der Transkription (abhängig vom Stadium der Zellentwicklung, allen Faktoren, der Wirkung von Hormonen und anderen regulatorischen Komponenten). In verschiedenen Gewebezellen werden nur 5 % der Gene exprimiert, 97 % sind still - Junk-DNA - Transkriptionsregulatoren sind Chronomere und eine Reihe regulatorischer Sequenzen. Wenn die Bindung eines regulatorischen Proteins an die DNA eine Transkription verursacht, dann ist dies eine positive (+) Regulation, wenn die Transkriptionsunterdrückung eine negative (-) Regulation ist. Positive Regulierung- Das Gen wird ausgeschaltet, die Anheftung des Regulatorproteins führt zum Beginn der Synthese, wodurch das Gen eingeschaltet wird. DANN. ein regulatorisches Protein kann ein Induktor oder ein Aktivator sein . Negative Regulierung- Das Gen ist eingeschaltet, die RNA-Synthese läuft, wenn ein proteinregulatorischer Faktor (Inhibitor oder Repressor der Proteinsynthese) hinzugefügt wird, wird das Gen ausgeschaltet. Viele Hormone und andere Faktoren beeinflussen die Anheftung des Regulatorproteins. E. coli-Lactose-Operon- Negativregulierung. Die Hauptelemente seiner Arbeit: im DNA-Molekül - eine regulatorische Stelle, ein Promotor, ein Pro-Operon und drei Strukturgene: Lag 1, Lag 2, Lag 3 und Terminator. Lag 1 - führt die Synthese des Enzyms Laktase oder Beta-Galactosidase durch. Lag 2 ist ein Permiase-Enzym, das am Transport von Laktose durch die Membran beteiligt ist. Lag 3 ist das Enzym Transacylase. Regulator - mRNA-Synthese am Ribosom, führt zur Bildung eines Repressorproteins, es heftet sich an den Operator (weil es eine Affinität hat), sitzt darauf und seit ihm die Regionen des Promotors und des Operons überlappen – die RNA-Polymerase kann nicht an den Promotor binden und die Transkription wird ausgeschaltet. Glucose und Galactose stellen Repressor- und Operator-Ähnlichkeit bereit. Wenn keine Ähnlichkeit besteht, interagiert Laktose mit dem Repressor, ändert seine Transformation und sitzt nicht auf dem Operon, weil verliert die Ähnlichkeit damit. Die RNA-Polymerase sitzt auf dem Promotor und die Transkription der Boten-RNA beginnt. Laktose ist ein Induktor, und der Prozess ist Induktion, eine Form der Herunterregulierung, die so genannt wird, weil die Transkription durch die Zugabe eines Repressors beendet wird und seine Spaltung die Synthese einleitet. Positive Regulierung - TATA-Faktor– hat Ähnlichkeiten mit dem TATA-Box-Bereich. Der TATA-Faktor sitzt auf der TATA-Box – ein Signal für die RNA-Polymerase, um ihren Promotor zu erkennen, sitzt darauf und beginnt mit der Transkription benachbarter Gene. Bei Prokaryoten überwiegt die negative Regulation, bei Eukaryoten ist dies nicht förderlich. Enhancer-Sites (Transkriptions-Enhancer) + regulatorisches Protein führt zu einer erhöhten Transkription. Signers + regulator protein à schaltet die Transkription aus und verändert die Struktur der Chromosomen.

Nach dem Sequenzierungsprinzip werden Informationen von DNA über RNA auf Proteine ​​übertragen: DNA -> RNS -> Protein. Wenden wir uns in diesem Zusammenhang dem Inhalt der Transkription (von lat. Transkription Rewriting), zusammen mit der DNA-Replikation, dem wichtigsten genetischen und molekularen Mechanismus. Die Transkription ähnelt in vielerlei Hinsicht der Replikation, hat aber natürlich zahlreiche Funktionen. Einer davon ist, dass bei der Aufklärung des Inhalts der Transkription unbedingt die Struktur der Gene berücksichtigt werden muss. Tatsache ist, dass bei der Replikation alle Struktureinheiten von Genen reproduziert werden, was bei der Transkription nicht der Fall ist.

Traditionell wird ein Gen als eine Einheit von Erbinformationen definiert, die die Ausführung einer bestimmten Funktion durch einen Organismus bestimmt. Ein Gen besteht aus einem regulatorischen und einem kodierenden Teil. Nur der codierende Teil, der aus Exons und Introns besteht, wird transkribiert. Diese Transkription ist charakteristisch für unreife RNA. Sie findet ihre Fortsetzung in der Endphase der Transkription, in der alle Introns von der unreifen RNA ausgeschlossen und die restlichen Exons kombiniert werden. An der Stelle des Promotors bindet die RNA-Polymerase an den regulatorischen Teil des Gens, der dadurch den Beginn der Transkription auf einem der beiden DNA-Stränge einleitet. Auf Abb. Abbildung 6.8 zeigt ein Diagramm der Struktur eines eukaryotischen Gens sowie reifer und unreifer RNA.

Einige der oben verwendeten Begriffe bedürfen offensichtlich einer Charakterisierung.

Reis. 6.8.

Promoter (von fr. Promoter Gründer, Initiator) ist eine Sequenz von DNA-Nukleotiden, die es Ihnen ermöglicht, die Genexpression zu regulieren. Er befindet sich in der Nähe des 5"-Gens und damit unmittelbar vor dem Teil des Gens, der für RNA kodiert. Ein wesentliches Merkmal des Promotors ist seine spezifische Interaktion mit DNA-abhängigen Proteinen, die den Start der Transkription durch RNA-Polymerase bestimmen, wie z Proteine ​​werden als Transkriptionsfaktoren bezeichnet.

Der regulatorische Teil des Gens umfasst neben dem Promotor Nukleotidsequenzen, die ebenfalls einen signifikanten Einfluss auf die Genexpression haben. Enhancer (Englisch, Verstärker- Verstärker, Lupe) ​​verstärken es und Schalldämpfer (aus dem Englischen, Schalldämpfer- Schalldämpfer) unterdrücken, aber nicht von selbst, sondern nur, wenn sie Transkriptionsfaktoren ausgesetzt sind. Die räumliche Position von Enhancern und Silencern ist nicht eindeutig definiert, sie können sich in kleinerem oder größerem Abstand zum Promotor befinden.

Exon (englisch) ausgedrückte Region- Expressionsregion) - ein Abschnitt eines Gens, das reife RNA und Proteine ​​kodiert. Exons sind die primären genetischen Einheiten, von denen das Erscheinungsbild der gesamten biologischen Welt entscheidend abhängt. Erst ihre Rekombination führt zur Bildung neuer Gene und Proteine. Nur 1,5 % der DNA-Genzusammensetzung bestimmen die Synthese von Proteinen. Ein anderer Teil dieser Zusammensetzung wird entweder gar nicht transkribiert oder bestimmt die Struktur solcher RNA-Varietäten, beispielsweise Transfer-RNAs, die nicht die Funktion der Proteinsynthese haben.

Intron (aus dem Englischen, dazwischenliegenden Regionen- Zwischenregionen) - ein Abschnitt eines Gens, der keine Informationen über reife RNA und Proteine ​​enthält. Die biologischen Funktionen von Introns werden viel schlechter untersucht als die Funktionen von Exons. Auch die Frage nach ihrer Herkunft sorgt für große Kontroversen: ob sie zusammen mit Prokaryoten oder zusammen mit Eukaryoten oder noch später entstanden sind. Ein menschliches Gen enthält durchschnittlich 8,8 Exons und 7,8 Ingrons, aber Ingrons sind im Durchschnitt etwa 25-mal länger als Exons.

Nach dem Gesagten ist es nicht schwer, sich den gesamten Vorgang der Transkription allgemein vorzustellen (Abb. 6.9).

Reis. 6.9.

Stufe der Initiation. Unter dem Einfluss von Enzymen, insbesondere Enhancern, die sich mit dem Promotor verbunden haben, bricht die RNA-Polymerase stickstoffhaltige Basen (in Abb. 6.9 durch kurze vertikale Linien angedeutet) und selektiert den DNA-Zweig, der zur Transkriptionsmatrize wird (in Abb. 6.9 ist dies die Endeffekt). Es erzeugt auch ein Transkriptionsauge (in Abbildung 6.9 ist es ein dreieckiger Deckel). Gleichzeitig werden 10-20 Nicht-Kleotiden-Paare für die Elongationsphase freigelegt. Interessanterweise besteht im Fall der Transkription keine Notwendigkeit, einen für den DNA-Replikationsprozess charakteristischen Primer zu bilden. Die Transkription erfolgt ohne Primer.

Dehnungsstadium. Unter Einwirkung der RNA-Polymerase wird im Bereich des Transkriptionsauges RNA gebildet. Im Gegensatz zur DNA-Polymerase ist die RNA-Polymerase nicht in der Lage, die Richtigkeit der Synthese der RNA-Kette zu korrigieren und die gemachten Fehler zu korrigieren. Treten während der Synthese Schwierigkeiten auf, wird die Bewegung der RNA-Polymerase ausgesetzt. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit eines fehlerhaften Zusammenbaus von RNA reduziert. Die Transkription stoppt nicht, das Auge bewegt sich vom Promoter weg. In den Bereichen, die das Guckloch passiert haben, wird die Duplexstruktur der DNA wiederhergestellt. Die Kette der synthetisierten RNA verlängert sich allmählich. Es wächst in Richtung 5"-3".

Beendigungsphase. Es tritt aufgrund der Wirkung von Hilfsfaktoren auf die RNA-Polymerase auf. Sobald die Transkriptionsregion von den Exonukleasen erreicht wird, stoppt die Transkription und die RNA-Polymerase und die RNA trennen sich voneinander. Die DNA stellt ihre Duplexstruktur vollständig wieder her.

Bis jetzt haben wir die PI-IK-Transkription in den allgemeinsten Begriffen betrachtet, wobei wir von mehreren signifikanten Umständen abstrahiert haben, insbesondere wurde das Vorhandensein verschiedener Typen sowohl von RNA als auch von RNA-Polymerasen nicht berücksichtigt. Es gibt folgende Arten von RNA:

In der DNA sind Informationen über alle Arten von RNA enthalten. Allerdings werden nicht alle von ihnen direkt auf Matrizen-DNA transkribiert.

Einige RNAs sind Modifikationen von zuvor transkribierten RNAs. Für uns, um uns mit den Grundlagen der Molekulargenetik vertraut zu machen, sind RNAs von größtem Interesse, die direkt an der Synthese von Proteinen beteiligt sind. Es gibt nur 5 Arten davon (Tabelle 6.4).

Tabelle 6.4

RNA, die an der Proteinsynthese beteiligt ist

* Boten-RNA – dasselbe wie Boten-RNA; ** SPR - Abk. Englisch Signalerkennungspartikel- Teilchen, die Signale erkennen.

Die Transkription aller RNAs erfolgt durch die Wirkung bestimmter RNA-Polymerasen oder ihrer Kombinationen. Im Tisch. 6.5 zeigt die drei Haupttypen von RNA-Polymerasen.

Tabelle 6.5

Arten von RNA-Polymerasen

’ Kleine (kurze) RGCs unterscheiden sich von langen RNAs. MicroRNAs sind eine Art kleiner RNAs, die 98 % des gesamten Ribonukleotidmaterials ausmachen.

Abschließend stellen wir fest, dass neben der direkten Transkription auch die reverse Transkription möglich ist. Die Fähigkeit, RNA in DNA umzuschreiben, besitzen Retroviren, insbesondere HIV, das für AIDS verantwortlich ist. Das Retrovirus dringt in die Zelle ein. Ein spezielles Enzym Reverse Transkriptase führt die Transkription von RNA -» DNA durch. Auf dem so entstandenen DNA-Strang wird dann wie auf einer Matrize der zweite DNA-Strang komplettiert. Danach wird der Zyklus DNA -> RNA -> Proteine ​​verwirklicht. Einige Eukaryoten enthalten das Enzym Telomerase, das auch die reverse Transkription initiiert. Bei der Formulierung des Sequenzprinzips muss das Phänomen der reversen Transkription berücksichtigt werden. Es sollte nicht als Verneinung der reversen Transkription interpretiert werden.

• Ein Gen besteht aus einem regulatorischen und einem kodierenden Teil.
• Der codierende Teil eines Gens umfasst Exons und Introns.
• Introns werden nicht in reife RNA transkribiert.
• Die Transkription umfasst die Schritte der Initiation, Elongation und Termination.
• Es gibt verschiedene Typen und Typen sowohl von PIIK- als auch von PIK-Transkriptionspolymerasen.
• Die Synthese beliebiger RNA erfolgt entweder durch eine oder mehrere Polymerasen und nicht ohne Beteiligung von Proteinenzymen.

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Die Transkription in der Biologie ist ein mehrstufiger Prozess des Ablesens von Informationen aus der DNA, die eine Komponente darstellt Nukleinsäure ist der Träger der genetischen Information im Körper, daher ist es wichtig, sie richtig zu entschlüsseln und für den weiteren Zusammenbau auf andere zelluläre Strukturen zu übertragen von Peptiden.

Definition von "Transkription in der Biologie"

Die Proteinsynthese ist der wichtigste lebenswichtige Prozess in jeder Zelle des Körpers. Ohne die Bildung von Peptidmolekülen ist es unmöglich, eine normale Lebensaktivität aufrechtzuerhalten, da diese organischen Verbindungen an allen Stoffwechselprozessen beteiligt sind, strukturelle Bestandteile vieler Gewebe und Organe sind und im Körper eine signalgebende, regulierende und schützende Rolle spielen.

Der Prozess, mit dem die Proteinbiosynthese beginnt, ist die Transkription. Die Biologie unterteilt es kurz in drei Stadien:

1. Einleitung.
2. Verlängerung (Wachstum der RNA-Kette).
3. Beendigung.

Die Transkription ist in der Biologie eine ganze Kaskade von Schritt-für-Schritt-Reaktionen, in deren Ergebnis RNA-Moleküle auf der DNA-Vorlage synthetisiert werden. Darüber hinaus werden auf diese Weise nicht nur Informations-Ribonukleinsäuren gebildet, sondern auch Transport-, Ribosomen-, Kleinkern- und andere.

Wie jeder biochemische Prozess hängt auch die Transkription von vielen Faktoren ab. Zunächst einmal sind dies Enzyme, die sich zwischen Prokaryoten und Eukaryoten unterscheiden. Diese spezialisierten Proteine ​​helfen dabei, Transkriptionsreaktionen genau zu initiieren und durchzuführen, was für eine qualitativ hochwertige Proteinausgabe wichtig ist.

Transkription von Prokaryoten

Da die Transkription in der Biologie die Synthese von RNA auf einer DNA-Matrize ist, ist das Hauptenzym in diesem Prozess die DNA-abhängige RNA-Polymerase. In Bakterien gibt es für alle Moleküle nur einen Typ solcher Polymerasen.

Die RNA-Polymerase vervollständigt gemäß dem Prinzip der Komplementarität die RNA-Kette unter Verwendung der Matrizen-DNA-Kette. Dieses Enzym hat zwei β-Untereinheiten, eine α-Untereinheit und eine σ-Untereinheit. Die ersten beiden Komponenten haben die Funktion, den Körper des Enzyms zu bilden, und die verbleibenden zwei sind dafür verantwortlich, das Enzym auf dem DNA-Molekül zu halten bzw. den Promotorteil der Desoxyribonukleinsäure zu erkennen.

Übrigens ist der Sigma-Faktor eines der Zeichen, an denen dieses oder jenes Gen erkannt wird. Der lateinische Buchstabe σ mit dem Index N beispielsweise bedeutet, dass diese RNA-Polymerase Gene erkennt, die bei Stickstoffmangel in der Umwelt angeschaltet werden.

Transkription in Eukaryoten

Im Gegensatz zu Bakterien ist die Transkription bei Tieren und Pflanzen etwas komplizierter. Erstens gibt es in jeder Zelle nicht nur eine, sondern gleich drei Typen unterschiedlicher RNA-Polymerasen. Unter ihnen:

1. RNA-Polymerase I. Sie ist verantwortlich für die Transkription ribosomaler RNA-Gene (mit Ausnahme der 5S-RNA-Untereinheiten des Ribosoms).
2. RNA-Polymerase II. Seine Aufgabe ist es, normale Informations(Matrix)-Ribonukleinsäuren zu synthetisieren, die weiter an der Translation beteiligt sind.
3. RNA-Polymerase III. Die Funktion dieses Polymerasetyps besteht darin, ebenso wie 5S-ribosomale RNA zu synthetisieren.

Zweitens reicht es für die Promotorerkennung in eukaryotischen Zellen nicht aus, nur eine Polymerase zu haben. An der Transkriptionsinitiierung sind auch spezielle Peptide beteiligt, die als TF-Proteine ​​bezeichnet werden. Nur mit ihrer Hilfe kann die RNA-Polymerase auf der DNA sitzen und mit der Synthese eines Ribonukleinsäuremoleküls beginnen.

Bedeutung der Transkription

Das auf der DNA-Matrix gebildete RNA-Molekül heftet sich anschließend an die Ribosomen, wo Informationen daraus abgelesen und ein Protein synthetisiert werden. Der Prozess der Peptidbildung ist sehr wichtig für die Zelle, weil ohne diese organischen Verbindungen ist eine normale Lebenstätigkeit nicht möglich: Sie sind vor allem die Grundlage für die wichtigsten Enzyme aller biochemischen Reaktionen.

Die Transkription in der Biologie ist auch eine Quelle für rRNAs, die auch tRNAs sind, die an der Übertragung von Aminosäuren während der Translation zu diesen Nicht-Membranstrukturen beteiligt sind. Es können auch snRNAs (kleine Kerne) synthetisiert werden, deren Funktion darin besteht, alle RNA-Moleküle zu spleißen.

Fazit

Translation und Transkription spielen in der Biologie eine äußerst wichtige Rolle bei der Synthese von Proteinmolekülen. Diese Prozesse sind Hauptbestandteil des zentralen Dogmas der Molekularbiologie, das besagt, dass RNA auf der DNA-Matrix synthetisiert wird und RNA wiederum die Grundlage für den Beginn der Bildung von Proteinmolekülen ist.

Ohne Transkription wäre es unmöglich, die in Desoxyribonukleinsäure-Tripletts kodierten Informationen zu lesen. Dies beweist einmal mehr die Bedeutung des Prozesses auf biologischer Ebene. Jede Zelle, ob prokaryotisch oder eukaryotisch, muss ständig neue und neue Proteinmoleküle synthetisieren, die im Moment benötigt werden, um das Leben zu erhalten. Daher ist die Transkription in der Biologie die Hauptstufe in der Arbeit jeder einzelnen Zelle des Körpers.