Войти
Транскрипция - это процесс копирования ДНК в РНК, обычно мРНК.Бактериальная транскрипция - это процесс, в котором сегмент бактериальной ДНК копируется во вновь синтезированную цепь матричной РНК (мРНК) с использованием фермента РНК-полимеразы. Процесс происходит в три основных этапа: начало, удлинение и завершение; и конечным результатом является цепь мРНК, которая комплементарна одной цепи ДНК. Как правило, транскрибируемая область составляет более одного гена. Фактически, многие прокариотические гены встречаются в оперонах, которые представляют собой серию генов, которые работают вместе для кодирования одного и того же белка или продукта гена и контролируются одним промотором . Бактериальная РНК-полимераза состоит из четырех субъединиц, и когда присоединяется пятая субъединица, называемая σ-фактором, полимераза может распознавать специфические связывающие последовательности в ДНК, называемые промоторами. Связывание σ-фактора с промотором является первым шагом в инициации. Как только σ-фактор высвобождается из полимеразы, удлинение продолжается. Полимераза продолжает движение вниз по двухцепочечной ДНК, раскручивая ее и синтезируя новую цепь мРНК, пока не достигнет сайта терминации. Есть два механизма завершения, которые более подробно обсуждаются ниже. Терминация требуется в определенных сайтах для правильной экспрессии гена. Экспрессия гена определяет, сколько генного продукта, такого как белок, производится геном. Транскрипция осуществляется РНК-полимеразой, но ее специфичность контролируется специфичными для последовательности ДНК-связывающими белками, называемыми факторами транскрипции. Факторы транскрипции работают для распознавания конкретных последовательностей ДНК и, в зависимости от потребностей клеток, способствуют или ингибируют дополнительную транскрипцию.
Бактериальная транскрипция отличается от эукариотической транскрипции несколькими способами. У бактерий транскрипция и трансляция могут происходить одновременно в цитоплазме клетки, тогда как у эукариот транскрипция происходит в ядре, а трансляция происходит в цитоплазме. Существует только один тип бактериальной РНК-полимеразы, тогда как у эукариот есть 3 типа. У бактерий есть σ-фактор, который обнаруживает и связывается с промоторными сайтами, но эукариотам не нужен σ-фактор. Вместо этого у эукариот есть факторы транскрипции, которые позволяют узнавать и связывать промоторные сайты.
В целом, транскрипция в бактериях - это строго регулируемый процесс, который контролируется интеграцией многих сигналов в определенное время. время. Бактерии в значительной степени полагаются на транскрипцию и трансляцию, чтобы генерировать белки, которые помогают им специфически реагировать на окружающую среду.
РНК-полимераза состоит из ядра и структуры холофермента. Основные ферменты обладают каталитическими свойствами РНК-полимеразы и состоят из субъединиц ββ′α2ω. Эта последовательность сохраняется у всех видов бактерий. Холоэнзим состоит из особого компонента, известного как сигма-фактор. Сигма-фактор способствует распознаванию промотора, правильному размещению РНК-полимеразы и началу раскручивания в стартовом сайте. После того как сигма-фактор выполняет свою необходимую функцию, он диссоциирует, в то время как каталитическая часть остается на ДНК и продолжает транскрипцию. Кроме того, РНК-полимераза содержит основной ион Mg +, который помогает ферменту проявлять его каталитические свойства. РНК-полимераза работает, катализируя нуклеофильную атаку 3 ’OH РНК на альфа-фосфат комплементарной молекулы NTP, чтобы создать растущую цепь РНК из цепи-матрицы ДНК. Более того, РНК-полимераза также проявляет экзонуклеазную активность, а это означает, что при обнаружении неправильного спаривания оснований она может вырезать неправильные основания и заменить их правильными.
Инициирование транскрипция требует промоторных областей, которые представляют собой специфические нуклеотидные консенсусные последовательности, которые сообщают σ-фактору на РНК-полимеразе, где связываться с ДНК. Промоторы обычно расположены на расстоянии 15–19 оснований друг от друга и чаще всего находятся выше генов, которые они контролируют. РНК-полимераза состоит из 4 субъединиц, которые включают две альфа, бета и простую бета (α, α, β и β '). Пятая субъединица, сигма (называемая σ-фактором), присутствует только во время инициации и отделяется до удлинения. Каждая субъединица играет роль в инициации транскрипции, и для того, чтобы инициация произошла, должен присутствовать σ-фактор. Когда присутствует весь σ-фактор, РНК-полимераза находится в своей активной форме и называется холоферментом. Когда σ-фактор отделяется, он находится в форме полимеразы ядра. Σ-фактор распознает промоторные последовательности в областях -35 и -10, и транскрипция начинается в стартовом сайте (+1). Последовательность области -10 представляет собой TATAAT, а последовательность области -35 - TTGACA.
Прерывистый цикл происходит до высвобождения сигма-фактора. Промоторная область является основным регулятором транскрипции. Промоторные области регулируют транскрипцию всех генов в бактериях. В результате их участия последовательность пар оснований в промоторной области является значительной; Чем больше промоторная область похожа на консенсусную последовательность, тем более плотная РНК-полимераза сможет связываться. Это связывание способствует стабильности стадии элонгации транскрипции и в целом приводит к более эффективному функционированию. Кроме того, РНК-полимераза и σ-факторы находятся в ограниченном количестве в любой конкретной бактериальной клетке. Следовательно, эти ограничения влияют на связывание σ-фактора с промотором. Все промоторные области содержат последовательности, которые считаются неконсенсусными, и это помогает распределять σ-факторы по всему геному.
Во время элонгации РНК-полимераза скользит вниз по двухцепочечной ДНК, раскручивая его и транскрибируя (копируя) его нуклеотидную последовательность во вновь синтезированную РНК. Движение комплекса РНК-ДНК важно для каталитического механизма РНК-полимеразы. Кроме того, РНК-полимераза увеличивает общую стабильность этого процесса, действуя как связующее звено между цепями РНК и ДНК. Новые нуклеотиды, комплементарные цепи матрицы ДНК, добавляются к 3'-концу цепи РНК. Вновь образованная цепь РНК практически идентична кодирующей цепи ДНК (смысловой цепи или нематричной цепи), за исключением того, что она имеет урацил, замещающий тимин, и скелет сахара рибозы вместо остова сахара дезоксирибозы. Поскольку нуклеозидтрифосфаты (NTP) должны присоединяться к молекуле ОН- на 3'-конце РНК, транскрипция всегда происходит в направлении от 5 'до 3'. Четыре NTP - это аденозин-5'-трифосфат (ATP ), гуанозид-5'-трифосфат (GTP ), уридин-5'-трифосфат (UTP ) и цитидин-5'-трифосфат (CTP ). Присоединение NTP к 3'-концу транскрипта РНК обеспечивает энергию, необходимую для этого синтеза. NTP также представляют собой молекулы, производящие энергию, которые обеспечивают топливо, которое запускает химические реакции в клетке.
Множественные РНК-полимеразы могут быть активными одновременно, что означает, что многие цепи мРНК могут быть произведены очень быстро. РНК-полимераза быстро перемещается по ДНК со скоростью примерно 40 оснований в секунду. Из-за быстрого характера этого процесса ДНК непрерывно разматывается перед РНК-полимеразой, а затем снова наматывается, когда РНК-полимераза продвигается дальше. Полимераза имеет механизм корректуры, который ограничивает количество ошибок примерно до 1 из 10 000 транскрибированных нуклеотидов. РНК-полимераза имеет более низкую точность (точность) и скорость, чем ДНК-полимераза. ДНК-полимераза имеет совершенно другой механизм проверки, который включает экзонуклеазную активность, что способствует более высокой точности. Последствия ошибки во время синтеза РНК обычно безвредны, поскольку ошибка в синтезе ДНК может быть вредной.
Последовательность промотора определяет частоту транскрипции соответствующего гена.
Для правильной экспрессии гена транскрипция должна останавливаться на определенных сайтах. Хорошо известны два механизма терминации:
Прекращение транскрипции ДНК у бактерий может быть остановлено определенными механизмами, при которых РНК-полимераза будет игнорировать терминаторную последовательность, пока не будет достигнута следующая. Это явление известно как антитерминация и используется некоторыми бактериофагами.
