ინფორმაცია

12.5: პროკარიოტული ტრანსკრიფცია - ბიოლოგია

12.5: პროკარიოტული ტრანსკრიფცია - ბიოლოგია



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

პროკარიოტებს არ აქვთ მემბრანით დახურული ბირთვები. პროკარიოტული ტრანსკრიფცია ხშირად მოიცავს ერთზე მეტ გენს და წარმოქმნის პოლიცისტრონულ mRNA-ებს, რომლებიც განსაზღვრავენ ერთზე მეტ ცილას.

ჩვენი განხილვა აქ ასახავს ტრანსკრიფციას ამ პროცესის აღწერით ეშერიხია კოლი, კარგად შესწავლილი ბაქტერიული სახეობა. მიუხედავად იმისა, რომ არსებობს გარკვეული განსხვავებები ტრანსკრიფციას შორის E. coli და ტრანსკრიფცია არქეაში, გაგება E. coli ტრანსკრიფცია შეიძლება გამოყენებულ იქნას პრაქტიკულად ყველა ბაქტერიულ სახეობაზე.

პროკარიოტული რნმ პოლიმერაზა

პროკარიოტები იყენებენ იგივე რნმ პოლიმერაზას ყველა მათი გენის ტრანსკრიფციისთვის. In E. coliპოლიმერაზა შედგება ხუთი პოლიპეპტიდური ქვედანაყოფისგან, რომელთაგან ორი იდენტურია. ამ ქვეერთეულებიდან ოთხი აღინიშნება α, α, β, და β"შეიცავს პოლიმერაზას ძირითადი ფერმენტი. ეს ქვედანაყოფები იკრიბებიან ყოველ ჯერზე, როცა ხდება გენის ტრანსკრიფცია და ისინი იშლება ტრანსკრიფციის დასრულების შემდეგ. თითოეულ ქვედანაყოფს აქვს უნიკალური როლი; ორი α-სუბერთეულები აუცილებელია დნმ-ზე პოლიმერაზას მოსაწყობად; The β-ქვეგანყოფილება აკავშირებს რიბონუკლეოზიდ ტრიფოსფატს, რომელიც გახდება ახალშობილი "ახლახან დაბადებული" mRNA მოლეკულის ნაწილი; და β’ აკავშირებს დნმ-ის შაბლონის ჯაჭვს. მეხუთე ქვედანაყოფი, , ჩართულია მხოლოდ ტრანსკრიფციის დაწყებაში. ის ანიჭებს ტრანსკრიპციულ სპეციფიკას ისე, რომ პოლიმერაზა იწყებს mRNA სინთეზს შესაბამისი დაწყების ადგილიდან. გარეშე , ძირითადი ფერმენტი გადაწერს შემთხვევითი უბნებიდან და გამოიმუშავებს mRNA მოლეკულებს, რომლებიც აკონკრეტებენ ცილის ჭუჭყს. ხუთივე ქვედანაყოფისგან შემდგარ პოლიმერაზას ეწოდება ჰოლოენზიმი (ჰოლოენზიმი არის ბიოქიმიურად აქტიური ნაერთი, რომელიც შედგება ფერმენტისა და მისი კოენზიმისგან).

პროკარიოტული პრომოტორები

პრომოუტერი არის დნმ-ის თანმიმდევრობა, რომელზედაც ტრანსკრიფციის მექანიზმი აკავშირებს და იწყებს ტრანსკრიფციას. უმეტეს შემთხვევაში, პრომოტორები არსებობენ იმ გენების ზემოთ, რომლებსაც ისინი არეგულირებენ. პრომოტორის სპეციფიკური თანმიმდევრობა ძალიან მნიშვნელოვანია, რადგან ის განსაზღვრავს, ხდება თუ არა შესაბამისი გენის ტრანსკრიბცია მუდმივად, ზოგიერთ დროს თუ იშვიათად. მიუხედავად იმისა, რომ პრომოტორები განსხვავდება პროკარიოტულ გენომებში, რამდენიმე ელემენტი შენარჩუნებულია. -10 და -35 რეგიონებში დაწყების ადგილის ზემოთ არის ორი პრომოტორი კონსენსუსი თანმიმდევრობები, ან რეგიონები, რომლებიც მსგავსია ყველა პრომოტორში და სხვადასხვა ბაქტერიულ სახეობებში (სურათი 1).

-10 კონსენსუსის თანმიმდევრობა, რომელსაც ეწოდება -10 რეგიონი, არის TATAAT. -35 თანმიმდევრობა, TTGACA, არის აღიარებული და შეკრული . როგორც კი ეს ურთიერთქმედება განხორციელდება, ძირითადი ფერმენტის ქვედანაყოფები უკავშირდებიან ადგილს. A–T- მდიდარი -10 რეგიონი ხელს უწყობს დნმ-ის შაბლონის გახსნას და რამდენიმე ფოსფოდიესტერის ბმა იქმნება. ტრანსკრიფციის დაწყების ფაზა მთავრდება აბორტიანი ტრანსკრიპტების წარმოებით, რომლებიც წარმოადგენენ დაახლოებით 10 ნუკლეოტიდის პოლიმერებს, რომლებიც მზადდება და გამოიყოფა.

იხილეთ MolecularMovies-ის ანიმაცია, რომ ნახოთ ტრანსკრიფციის პირველი ნაწილი და TATA ყუთის ძირითადი თანმიმდევრობის გამეორება.

დრეკადობა და ტერმინაცია პროკარიოტებში

ტრანსკრიფციის დრეკადობის ფაზა იწყება გათავისუფლებით ქვედანაყოფი პოლიმერაზასგან. -ის დისოციაცია საშუალებას აძლევს ბირთვულ ფერმენტს გაგრძელდეს დნმ-ის შაბლონის გასწვრივ, სინთეზირებს mRNA-ს 5'-დან 3'-მდე მიმართულებით სიჩქარით დაახლოებით 40 ნუკლეოტიდი წამში. დრეკადობის გაგრძელებისას დნმ განუწყვეტლივ იხსნება ბირთვის ფერმენტის წინ და აბრუნებს მის უკან (სურათი 2). დნმ-სა და რნმ-ს შორის ბაზის დაწყვილება არ არის საკმარისად სტაბილური mRNA სინთეზის კომპონენტების სტაბილურობის შესანარჩუნებლად. ამის ნაცვლად, რნმ პოლიმერაზა მოქმედებს როგორც სტაბილური დამაკავშირებელი დნმ-ის შაბლონსა და ახალშობილ რნმ-ს ჯაჭვებს შორის, რათა უზრუნველყოს, რომ დრეკადობა ნაადრევად არ შეწყდეს.

პროკარიოტული შეწყვეტის სიგნალები

გენის ტრანსკრიბციის შემდეგ, პროკარიოტულ პოლიმერაზას უნდა მიეცეს ინსტრუქტაჟი, დაშორდეს დნმ-ის შაბლონს და გაათავისუფლოს ახლად შექმნილი mRNA. ტრანსკრიბირებული გენიდან გამომდინარე, არსებობს ორი სახის შეწყვეტის სიგნალი. ერთი ცილაზეა დაფუძნებული, მეორე კი რნმ-ზე. რო-დამოკიდებული შეწყვეტა აკონტროლებს rho პროტეინს, რომელიც მიდის პოლიმერაზას უკან მზარდი mRNA ჯაჭვზე. გენის დასასრულის მახლობლად, პოლიმერაზა ხვდება G ნუკლეოტიდების ნაკადს დნმ-ის შაბლონზე და ის ჩერდება. შედეგად, rho ცილა ეჯახება პოლიმერაზას. rho-სთან ურთიერთქმედება ათავისუფლებს mRNA-ს ტრანსკრიპციის ბუშტიდან.

Rho- დამოუკიდებელი შეწყვეტა კონტროლდება დნმ-ის შაბლონის სპეციფიური თანმიმდევრობით. როდესაც პოლიმერაზა ტრანსკრიბირებული გენის დასასრულს უახლოვდება, ის ხვდება C-G ნუკლეოტიდებით მდიდარ რეგიონს. mRNA იკეცება თავის თავზე და დამატებითი C-G ნუკლეოტიდები ერთმანეთს უკავშირდებიან. შედეგი არის სტაბილური თმის სამაგრი რაც იწვევს პოლიმერაზას გაჩერებას, როგორც კი ის იწყებს A-T ნუკლეოტიდებით მდიდარი რეგიონის ტრანსკრიფციას. mRNA ტრანსკრიპტის დამატებითი U–A რეგიონი ქმნის მხოლოდ სუსტ ურთიერთქმედებას შაბლონურ დნმ-თან. ეს, შეფერხებულ პოლიმერაზასთან ერთად, იწვევს საკმარის არასტაბილურობას, რათა ბირთვული ფერმენტი გაწყდეს და გაათავისუფლოს ახალი mRNA ტრანსკრიპტი.

შეწყვეტის შემდეგ, ტრანსკრიფციის პროცესი დასრულებულია. შეწყვეტის დროისთვის, პროკარიოტული ტრანსკრიპტი უკვე გამოყენებული იქნებოდა კოდირებული ცილის მრავალი ასლის სინთეზის დასაწყებად, რადგან ეს პროცესები შეიძლება ერთდროულად მოხდეს. ტრანსკრიფციის, ტრანსლაციის და თუნდაც mRNA დეგრადაციის გაერთიანება შესაძლებელია, რადგან ყველა ეს პროცესი ხდება იმავე 5'-დან 3'-მდე მიმართულებით და იმიტომ, რომ არ არის მემბრანული დანაწევრება პროკარიოტულ უჯრედში (სურათი 3). ამის საპირისპიროდ, ევკარიოტულ უჯრედებში ბირთვის არსებობა გამორიცხავს ერთდროულ ტრანსკრიფციას და ტრანსლაციას.

ეწვიეთ ამ BioStudio ანიმაციას პროკარიოტული ტრანსკრიფციის პროცესის სანახავად.

YouTube ელემენტი გამოირიცხა ტექსტის ამ ვერსიიდან. მისი ნახვა შეგიძლიათ ონლაინ აქ: pb.libretexts.org/biom1/?p=432

სავარჯიშო კითხვები

რომელი ქვეერთეული E. coli პოლიმერაზა ანიჭებს სპეციფიკას ტრანსკრიფციას?

  1. α
  2. β
  3. β

[reveal-answer q=”861545″]პასუხის ჩვენება[/reveal-answer]
[დამალული პასუხი a=”861545″]The ქვედანაყოფის E. coli პოლიმერაზა ანიჭებს სპეციფიკას ტრანსკრიფციას.

[/დამალული პასუხი]

პროკარიოტული პრომოტორების -10 და -35 რეგიონებს უწოდებენ კონსენსუსის თანმიმდევრობას, რადგან ________.

  1. ისინი იდენტურია ყველა ბაქტერიულ სახეობაში
  2. ისინი მსგავსია ყველა ბაქტერიულ სახეობაში
  3. ისინი ყველა ორგანიზმში არსებობს
  4. მათ აქვთ იგივე ფუნქცია ყველა ორგანიზმში

[reveal-answer q=”827251″]პასუხის ჩვენება[/reveal-answer]
[დამალული პასუხი a=”827251″]პროკარიოტული პრომოტორების -10 და -35 რეგიონებს უწოდებენ კონსენსუსის თანმიმდევრობას, რადგან ისინი მსგავსია ყველა ბაქტერიულ სახეობაში.[/hidden-answer]

სასწავლო მიზნები

პროკარიოტებში mRNA სინთეზი იწყება პრომოტორული თანმიმდევრობით დნმ-ის შაბლონზე, რომელიც მოიცავს ორ კონსენსუს თანმიმდევრობას, რომლებიც რნმ პოლიმერაზას აგროვებენ. პროკარიოტული პოლიმერაზა შედგება ოთხი ცილის ქვედანაყოფის ძირითადი ფერმენტისგან და ა ცილა, რომელიც ეხმარება მხოლოდ დაწყებას. დრეკადობა ასინთეზირებს mRNA-ს 5'-დან 3'-მდე მიმართულებით წამში 40 ნუკლეოტიდის სიჩქარით. შეწყვეტა ათავისუფლებს mRNA-ს და ხდება ან rho პროტეინის ურთიერთქმედებით ან mRNA თმის სამაგრის წარმოქმნით.


რნმ პოლიმერაზა არის ფერმენტი, რომელიც აწარმოებს mRNA მოლეკულას (ისევე, როგორც დნმ პოლიმერაზა წარმოქმნის ახალ დნმ-ის მოლეკულას დნმ-ის რეპლიკაციის დროს). პროკარიოტები იყენებენ იგივე რნმ პოლიმერაზას ყველა მათი გენის ტრანსკრიფციისთვის. In E. coliპოლიმერაზა შედგება ხუთი პოლიპეპტიდური ქვედანაყოფისგან. ეს ქვედანაყოფები იკრიბებიან ყოველ ჯერზე, როცა ხდება გენის ტრანსკრიფცია და ისინი იშლება ტრანსკრიფციის დასრულების შემდეგ. თითოეულ ქვედანაყოფს აქვს უნიკალური როლი (რომლის დამახსოვრებაც არ გჭირდებათ). ხუთივე ქვედანაყოფისგან შემდგარ პოლიმერაზას ეწოდება ჰოლოენზიმი.

პროკარიოტებში (და ევკარიოტებში) ტრანსკრიფცია მოითხოვს დნმ-ის ორმაგ სპირალს, რათა ნაწილობრივ განიხილოს mRNA სინთეზის რეგიონში. განტვირთვის რეგიონს ტრანსკრიპციის ბუშტს უწოდებენ. დნმ-ის თანმიმდევრობას, რომელსაც ტრანსკრიფციაში მონაწილე ცილები და ფერმენტები უკავშირდება პროცესის დასაწყებად, ეწოდება პრომოუტერი. უმეტეს შემთხვევაში, პრომოტორები არსებობენ იმ გენების ზემოთ, რომლებსაც ისინი არეგულირებენ. პრომოტორის სპეციფიკური თანმიმდევრობა ძალზე მნიშვნელოვანია, რადგან ის განსაზღვრავს, ხდება თუ არა შესაბამისი გენის ტრანსკრიბცია მუდმივად, ზოგიერთ დროს ან თითქმის საერთოდ. პროკარიოტული პრომოტორის სტრუქტურა და ფუნქცია შედარებით მარტივია (სურათი 1). პროკარიოტულ პრომოტორში ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი თანმიმდევრობა მდებარეობს ტრანსკრიპციის დაწყების ადგილამდე 10 ფუძემდე (-10) და მას ჩვეულებრივ უწოდებენ TATA ყუთს.

სურათი 1 პროკარიოტული პრომოტორის ზოგადი სტრუქტურა.

ტრანსკრიფციის დასაწყებად, რნმ პოლიმერაზას ჰოლოენზიმი იკრიბება პრომოტორთან. -ის დისოციაცია საშუალებას აძლევს ბირთვულ ფერმენტს გაგრძელდეს დნმ-ის შაბლონის გასწვრივ, სინთეზირებს mRNA-ს რნმ ნუკლეოტიდების დამატებით ბაზის დაწყვილების წესების მიხედვით, ისევე როგორც დნმ-ის ახალი მოლეკულის წარმოქმნის გზა დნმ-ის რეპლიკაციის დროს. დნმ-ის ორი ჯაჭვიდან მხოლოდ ერთია ტრანსკრიბირებული. დნმ-ის ტრანსკრიბირებული ჯაჭვი ეწოდება შაბლონის სტრიქონი რადგან ეს არის mRNA წარმოების შაბლონი. mRNA პროდუქტი ავსებს შაბლონის ჯაჭვს და თითქმის იდენტურია დნმ-ის სხვა ჯაჭვის, რომელსაც ე.წ. არა შაბლონური სტრიქონი, გარდა იმისა, რომ რნმ შეიცავს ურაცილს (U) დნმ-ში ნაპოვნი თიმინის (T) ნაცვლად. დნმ პოლიმერაზას მსგავსად, რნმ პოლიმერაზა ამატებს ახალ ნუკლეოტიდებს წინა ნუკლეოტიდის 3′-OH ჯგუფში. ეს ნიშნავს, რომ მზარდი mRNA ჯაჭვი სინთეზირდება 5′-დან 3′-მდე მიმართულებით. იმის გამო, რომ დნმ არის ანტიპარალელური, ეს ნიშნავს, რომ რნმ პოლიმერაზა მოძრაობს 3′-დან 5′-მდე მიმართულებით შაბლონის ჯაჭვის ქვემოთ (სურათი 2).


ფონი

ბოლო რამდენიმე ათწლეულის განმავლობაში მნიშვნელოვანი პროგრესი იქნა მიღწეული ბაქტერიების ტრანსკრიფციის მექანიზმებისა და რეგულირების გაგებაში. თუმცა, შედარებით ცოტა კვლევამ სცადა ბაქტერიული ტრანსკრიპციის გავრცელებული მახასიათებლების იდენტიფიცირება დე ნოვო გენომის მასშტაბით მიუკერძოებელი მიდგომის გამოყენებით. ბაქტერიული ტრანსკრიპტომის ანალიზის ამ მიდგომამ შეიძლება არა მხოლოდ ხელი შეუწყოს ტრადიციული მოლეკულური და მექანიკური კვლევებით მიღწეული პროგრესის განმტკიცებას, არამედ შესაძლოა გამოავლინოს ახალი გლობალური მახასიათებლები ტრანსკრიფციაში, რომლებიც ადრე ნაკლებად იყო შეფასებული.

შემდეგი თაობის თანმიმდევრობის გამოჩენა საშუალებას იძლევა ბაქტერიული გენომის სრული დახასიათება, რაც ადრე შეუძლებელი იყო. რნმ-ის თანმიმდევრობა იძლევა უპრეცედენტო შეხედულებებს ტრანსკრიპციის ერთეულის არქიტექტურაში, ხოლო რნმ პოლიმერაზას ქრომატინის იმუნოპრეციპიტაციის (ChIP) თანმიმდევრობა ავლენს ინფორმაციის ნაკადს ტრანსკრიპტომში. ჩვენ გთავაზობთ ციანობაქტერიული ტრანსკრიპტომის ყოვლისმომცველ ანალიზს - ის Synechococcus elongatus PCC 7942 - რნმ-ის თანმიმდევრობის, კრამიტის გამოხატვის მიკრომასივების და რნმ პოლიმერაზას (RNA pol) ჩიპ თანმიმდევრობის მონაცემების ინტეგრირება.

უჯრედული ციანობაქტერია S. elongatus PCC 7942 არის გენეტიკურად გადამდები ორგანიზმი პროკარიოტული ფოტოსინთეზისთვის [1], ბიოენერგიის წარმოებისთვის და ცირკადული რითმებისთვის [2]. ცირკადული საათი S. elongatus აგებულია სამ ცილოვან ცენტრალურ ოსცილატორზე, რომელიც აკონტროლებს გენომის უმრავლესობის გლობალურ რიტმულ გამოხატულებას [3, 4]. ჩვენი ტრანსკრიპტომის დახასიათება ხელს შეუწყობს შემდგომ გამოყენებას S. elongatus როგორც მოდელი ორგანიზმი.


პროკარიოტული რნმ პოლიმერაზა

პროკარიოტები იყენებენ იგივე რნმ პოლიმერაზას ყველა მათი გენის ტრანსკრიფციისთვის. In E. coliპოლიმერაზა შედგება ხუთი პოლიპეპტიდური ქვედანაყოფისგან, რომელთაგან ორი იდენტურია. ამ ქვეერთეულებიდან ოთხი აღინიშნება α, α, β, და β‘ შეიცავს პოლიმერაზას ბირთვის ფერმენტს. ეს ქვედანაყოფები იკრიბებიან ყოველ ჯერზე, როცა ხდება გენის ტრანსკრიფცია და ისინი იშლება ტრანსკრიფციის დასრულების შემდეგ. თითოეულ ქვედანაყოფს აქვს ორი უნიკალური როლი α-ქვეერთეულები აუცილებელია დნმ-ზე პოლიმერაზას მოსაწყობად β-ქვეგანყოფილება აკავშირებს რიბონუკლეოზიდ ტრიფოსფატს, რომელიც გახდება ახალშობილი "ახლახან დაბადებული" mRNA მოლეკულის ნაწილი და β‘ აკავშირებს დნმ-ის შაბლონის ჯაჭვს. მეხუთე ქვედანაყოფი, , ჩართულია მხოლოდ ტრანსკრიფციის დაწყებაში. ის ანიჭებს ტრანსკრიპციულ სპეციფიკას ისე, რომ პოლიმერაზა იწყებს mRNA სინთეზს შესაბამისი დაწყების ადგილიდან. გარეშე , ძირითადი ფერმენტი გადაწერს შემთხვევითი უბნებიდან და გამოიმუშავებს mRNA მოლეკულებს, რომლებიც აკონკრეტებენ ცილის ჭუჭყს. ხუთივე ქვედანაყოფისგან შემდგარ პოლიმერაზას ჰოლოენზიმი ეწოდება.


დრეკადობა და ტერმინაცია პროკარიოტებში

ტრანსკრიფციის დრეკადობის ფაზა იწყება გათავისუფლებით ქვედანაყოფი პოლიმერაზასგან. -ის დისოციაცია საშუალებას აძლევს ბირთვს ფერმენტს აწარმოოს დნმ-ის შაბლონის გასწვრივ, სინთეზირებს mRNA 5′-დან 3′ მიმართულებით სიჩქარით დაახლოებით 40 ნუკლეოტიდი წამში. დრეკადობის გაგრძელებისას დნმ განუწყვეტლივ იხსნება ბირთვის ფერმენტის წინ და აბრუნებს მის უკან ([სურათი 2]). დნმ-სა და რნმ-ს შორის ბაზის დაწყვილება არ არის საკმარისად სტაბილური mRNA სინთეზის კომპონენტების სტაბილურობის შესანარჩუნებლად. ამის ნაცვლად, რნმ პოლიმერაზა მოქმედებს როგორც სტაბილური დამაკავშირებელი დნმ-ის შაბლონსა და ახალშობილ რნმ-ს ჯაჭვებს შორის, რათა უზრუნველყოს, რომ დრეკადობა ნაადრევად არ შეწყდეს.

სურათი 2: დრეკადობის დროს, პროკარიოტული რნმ პოლიმერაზა მიდის დნმ-ის შაბლონის გასწვრივ, ასინთეზებს mRNA-ს 5′-დან 3′-მდე მიმართულებით და ხსნის და აბრუნებს დნმ-ს წაკითხვისას.


პროკარიოტული შეწყვეტის სიგნალები

გენის ტრანსკრიბციის შემდეგ, პროკარიოტულ პოლიმერაზას უნდა მიეცეს ინსტრუქტაჟი, დაშორდეს დნმ-ის შაბლონს და გაათავისუფლოს ახლად შექმნილი mRNA. ტრანსკრიბირებული გენიდან გამომდინარე, არსებობს ორი სახის შეწყვეტის სიგნალი. ერთი ცილაზეა დაფუძნებული, მეორე კი რნმ-ზე. Rho-დამოკიდებულ შეწყვეტას აკონტროლებს rho ცილა, რომელიც მიდის პოლიმერაზას უკან მზარდი mRNA ჯაჭვზე. გენის დასასრულის მახლობლად, პოლიმერაზა ხვდება G ნუკლეოტიდების ნაკადს დნმ-ის შაბლონზე და ის ჩერდება. შედეგად, rho ცილა ეჯახება პოლიმერაზას. rho-სთან ურთიერთქმედება ათავისუფლებს mRNA-ს ტრანსკრიპციის ბუშტიდან.

Rho-დამოუკიდებელ შეწყვეტას აკონტროლებს სპეციფიკური თანმიმდევრობები დნმ-ის შაბლონის ჯაჭვში. როდესაც პოლიმერაზა ტრანსკრიბირებული გენის დასასრულს უახლოვდება, ის ხვდება C-G ნუკლეოტიდებით მდიდარ რეგიონს. mRNA იკეცება თავის თავზე და დამატებითი C-G ნუკლეოტიდები ერთმანეთს უკავშირდებიან. შედეგი არის სტაბილური თმის სამაგრი, რომელიც იწვევს პოლიმერაზას გაჩერებას, როგორც კი ის იწყებს A-T ნუკლეოტიდებით მდიდარი რეგიონის ტრანსკრიფციას. mRNA ტრანსკრიპტის დამატებითი U–A რეგიონი ქმნის მხოლოდ სუსტ ურთიერთქმედებას შაბლონურ დნმ-თან. ეს, შეფერხებულ პოლიმერაზასთან ერთად, იწვევს საკმარის არასტაბილურობას, რათა ბირთვული ფერმენტი გაწყდეს და გაათავისუფლოს ახალი mRNA ტრანსკრიპტი.

შეწყვეტის შემდეგ, ტრანსკრიფციის პროცესი დასრულებულია. შეწყვეტის დროისთვის, პროკარიოტული ტრანსკრიპტი უკვე გამოყენებული იქნებოდა კოდირებული ცილის მრავალი ასლის სინთეზის დასაწყებად, რადგან ეს პროცესები შეიძლება ერთდროულად მოხდეს. ტრანსკრიფციის, ტრანსლაციის და თუნდაც mRNA დეგრადაციის გაერთიანება შესაძლებელია, რადგან ყველა ეს პროცესი ხდება იმავე 5′-დან 3′-მდე მიმართულებით და იმიტომ, რომ არ არის მემბრანული დანაწევრება პროკარიოტულ უჯრედში (სურათი). ამის საპირისპიროდ, ევკარიოტულ უჯრედებში ბირთვის არსებობა გამორიცხავს ერთდროულ ტრანსკრიფციას და ტრანსლაციას.

მრავალ პოლიმერაზას შეუძლია ერთი ბაქტერიული გენის ტრანსკრიფცია, ხოლო მრავალრიცხოვან რიბოსომას ერთდროულად გადააქვს mRNA ტრანსკრიპტები პოლიპეპტიდებად. ამ გზით, კონკრეტულ ცილას შეუძლია სწრაფად მიაღწიოს მაღალ კონცენტრაციას ბაქტერიულ უჯრედში.

ბმული სწავლასთან

ეწვიეთ ამ BioStudio ანიმაციას პროკარიოტული ტრანსკრიფციის პროცესის სანახავად.


პროკარიოტული რნმ პოლიმერაზა

The პროკარიოტული რნმ პოლიმერაზას ქვედანაყოფი ცნობს კონსენსუსის თანმიმდევრობებს, რომლებიც ნაპოვნია პრომოტორულ რეგიონში ტრანსკრიპციის საწყისი ხედვის ზემოთ. The ქვეგანყოფილება იშლება პოლიმერაზასგან ტრანსკრიფციის დაწყების შემდეგ.

ბმული სწავლასთან

იხილეთ MolecularMovies-ის ანიმაცია, რომ ნახოთ ტრანსკრიფციის პირველი ნაწილი და TATA ყუთის ძირითადი თანმიმდევრობის გამეორება.


ლაკის ოპერონი

მოგვიანებით ჯეიკობმა და მონოდმა აღმოაჩინეს, რომ გენები, რომლებიც მონაწილეობდნენ ლაქტოზას გამოყენებაში, ერთმანეთთან ახლოს იყო კოორდინირებული კონტროლის მექანიზმის ქვეშ. ეს ცნობილი გახდა, როგორც ლაკის ოპერონი .

Lac Operon-ის სქემა. LacZ, LacY და LacA ტრანსკრიბირებულია როგორც ერთი mRNA.

ლაქტოზის, როგორც ენერგიის წყაროს გამოყენება უპირატესობას ანიჭებს ბაქტერიებს, როდესაც გლუკოზა არ არის. უხვი გლუკოზის თანდასწრებით, ეს იქნება ენერგიისა და უჯრედული რესურსების ფუჭი ხარჯვა mRNA და ცილის β-გალაქტოზიდაზას სინთეზისთვის. თუ ლაქტოზა არ არის, ცილა უკავშირდება Lac პრომოტორის ნაწილს, რომელსაც ეწოდება ოპერატორი . ეს რეპრესორი ცილა კოდირებულია სხვა გენით ( LacI ) გენების კლასტერის გარეთ. ხანდახან, რეპრესორი იხსნება ოპერატორთან და რნმ პოლიმერაზას უფლება აქვს გადაწეროს LacZ გენი (β-გალაქტოზიდაზა), LacY გენი (პერმეაზა) და LacA გენი (აცეტილაზა). გამოხატვის ეს “ გაჟონვა” მნიშვნელოვანია, რადგან პერმეაზას ცილა საჭიროა უჯრედის ზედაპირზე, რათა მოხდეს ლაქტოზას უჯრედში შეყვანა, თუ ის იმყოფება გარემოში. ლაქტოზას არსებობა იწვევს რეპრესორის დაცემას ოპერატორისგან, რათა რნმ პოლ-ის წვდომა მისცეს დნმ-ზე. როდესაც გლუკოზა დაბალია, ცილა ე.წ CAP (Catabolite Activated Protein), უკავშირდება Lac-ის პრომოტორს და მუშაობს როგორც RNA pol-ის რეკრუტატორი. CAP-ის აქტივაციისა და ლაკ რეპრესორის ინაქტივაციის კოორდინირებული ეფექტები იძლევა ოპერონის მაღალ ტრანსკრიფციას.

LacI უკავშირდება 2 დნმ ოპერატორის თანმიმდევრობას. კრედიტი: SocratesJedi (CC-BY-SA 3.0)



პროკარიოტული შეწყვეტის სიგნალები

გენის ტრანსკრიბციის შემდეგ, პროკარიოტულ პოლიმერაზას უნდა მიეცეს ინსტრუქტაჟი, დაშორდეს დნმ-ის შაბლონს და გაათავისუფლოს ახლად შექმნილი mRNA. ტრანსკრიბირებული გენიდან გამომდინარე, არსებობს ორი სახის შეწყვეტის სიგნალი. ერთი ცილაზეა დაფუძნებული, მეორე კი რნმ-ზე. Rho-დამოკიდებულ შეწყვეტას აკონტროლებს rho ცილა, რომელიც მიდის პოლიმერაზას უკან მზარდი mRNA ჯაჭვზე. გენის დასასრულის მახლობლად, პოლიმერაზა ხვდება G ნუკლეოტიდების ნაკადს დნმ-ის შაბლონზე და ის ჩერდება. შედეგად, rho ცილა ეჯახება პოლიმერაზას. rho-სთან ურთიერთქმედება ათავისუფლებს mRNA-ს ტრანსკრიპციის ბუშტიდან.

Rho-დამოუკიდებელ შეწყვეტას აკონტროლებს სპეციფიკური თანმიმდევრობები დნმ-ის შაბლონის ჯაჭვში. როდესაც პოლიმერაზა ტრანსკრიბირებული გენის დასასრულს უახლოვდება, ის ხვდება C-G ნუკლეოტიდებით მდიდარ რეგიონს. mRNA იკეცება თავის თავზე და დამატებითი C-G ნუკლეოტიდები ერთმანეთს უკავშირდებიან. შედეგი არის სტაბილური თმის სამაგრი, რომელიც იწვევს პოლიმერაზას გაჩერებას, როგორც კი ის იწყებს A-T ნუკლეოტიდებით მდიდარი რეგიონის ტრანსკრიფციას. mRNA ტრანსკრიპტის დამატებითი U–A რეგიონი ქმნის მხოლოდ სუსტ ურთიერთქმედებას შაბლონურ დნმ-თან. ეს, შეფერხებულ პოლიმერაზასთან ერთად, იწვევს საკმარის არასტაბილურობას, რათა ბირთვული ფერმენტი გაწყდეს და გაათავისუფლოს ახალი mRNA ტრანსკრიპტი.

შეწყვეტის შემდეგ, ტრანსკრიფციის პროცესი დასრულებულია. შეწყვეტის დროისთვის, პროკარიოტული ტრანსკრიპტი უკვე გამოყენებული იქნებოდა კოდირებული ცილის მრავალი ასლის სინთეზის დასაწყებად, რადგან ეს პროცესები შეიძლება ერთდროულად მოხდეს. ტრანსკრიფციის, ტრანსლაციის და თუნდაც mRNA დეგრადაციის გაერთიანება შესაძლებელია, რადგან ყველა ეს პროცესი ხდება ერთი და იგივე 5'-დან 3' მიმართულებით და იმიტომ, რომ არ არის მემბრანული დანაწევრება პროკარიოტურ უჯრედში ([ბმული]). ამის საპირისპიროდ, ევკარიოტულ უჯრედებში ბირთვის არსებობა გამორიცხავს ერთდროულ ტრანსკრიფციას და ტრანსლაციას.

მრავალ პოლიმერაზას შეუძლია ერთი ბაქტერიული გენის ტრანსკრიფცია, ხოლო მრავალრიცხოვან რიბოსომას ერთდროულად გადააქვს mRNA ტრანსკრიპტები პოლიპეპტიდებად. ამ გზით, კონკრეტულ ცილას შეუძლია სწრაფად მიაღწიოს მაღალ კონცენტრაციას ბაქტერიულ უჯრედში.

ეწვიეთ ამ BioStudio ანიმაციას პროკარიოტული ტრანსკრიფციის პროცესის სანახავად.


ევკარიოტული mRNA-ები შეერთებულია

ნახაზი 7. ევკარიოტული mRNA-ს შერწყმა. რნმ პოლიმერაზა ახდენს პრე-მრნმ-ის ყველა თანმიმდევრობის ტრანსკრიფციას. წითელ უჯრებში მითითებულია 5' caps და 3' poly-A კუდები, შესაბამისად. ზოგიერთ შემთხვევაში, mRNA იჭრება პოლი-A კუდის დამატებამდე. mRNA მუშავდება, რათა ამოიღონ ინტრონები და შეუერთდეს ეგზონებს mRNA-ს ერთ ხაზოვან მოლეკულაში. ალტერნატიული შერწყმა არის ზოგიერთი (მაგრამ არა ყველა) ეგზონის შერჩევითი ჩართვა, რითაც წარმოიქმნება მომწიფებული mRNA-ს მრავალი ვარიანტი. ხშირად ეს ვარიანტები გამოხატულია კონკრეტულ ქსოვილებში, მაგალითად, I ვარიანტი შეიძლება იყოს ექსკლუზიურად გამოხატული კუნთოვან უჯრედებში, II ვარიანტი ექსკლუზიურად ტვინის უჯრედებში და III ვარიანტი ყველა ქსოვილში.

ევკარიოტული mRNA-ების თითქმის ყველა კოდირებადი რეგიონი წყდება არაკოდიციური თანმიმდევრობით. მიმდევრობის მონაკვეთები, რომლებიც წყვეტენ კოდირების მიმდევრობებს, მოიხსენიება როგორც ინტრონები (შუალედური თანმიმდევრობა) . გაჭიმვები, რომლებიც კოდირებულია (ან გამოხატულია) მოიხსენიება როგორც ეგზონები. ინტრონები შეიძლება განსხვავდებოდეს ზომით ათობით ნუკლეოტიდიდან ათასობით ნუკლეოტიდამდე. ინტრონების რაოდენობა გენზე ასევე შეიძლება განსხვავდებოდეს ერთი ინტრონიდან ორ ათეულამდე. რნმ პოლიმერაზა II ახდენს ყველა ეგზონის და ინტრონის ტრანსკრიფციას, მაგრამ ტრანსკრიპციის მიმდინარეობისას ინტრონები ამოღებულია და ეგზონები კვლავ უერთდებიან პროცესს ე.წ. შერწყმა. mRNA, რომელიც შეიცავს როგორც ეგზონებს, ასევე ინტრონებს, მოიხსენიება როგორც პრე-მრნმ mRNA სპლაისინგის შემდეგ მოიხსენიება როგორც მომწიფებული mRNA, რომელიც არის mRNA, რომელიც უნდა გაიტანოს ბირთვიდან. ეს ილუსტრირებულია სურათზე 7. ერთი პრე-მრნმ შეიძლება დაიყოს სხვადასხვა გზით, რათა წარმოიქმნას სხვადასხვა შერწყმის ვარიანტები, რომლებიც კოდირებს სხვადასხვა (მაგრამ მონათესავე) პროტეინებს. მაგალითად, კუნთოვან უჯრედებში მომწიფებული mRNA-ები მოიცავს ყველა ეგზონს (ვარიანტი I სურათზე 7), ხოლო ტვინის უჯრედებში მესამე ეგზონი გამოტოვებულია და არ შედის მომწიფებულ mRNA-ში (ვარიანტი II სურათზე 7). ეგზონების ეს შერჩევითი ჩართვა მოიხსენიება როგორც ალტერნატიული შერწყმადა ხშირად, უჯრედები სხვადასხვა ქსოვილში გამოხატავენ იმავე გენის სხვადასხვა mRNA ვარიანტს.

ნახაზი 8. შეჯვარების მექანიზმი. ეგზონები ნაჩვენებია მუქი ლურჯით, ხოლო ინტრონი ღია ცისფერით. ასევე ნაჩვენებია ეგზონ-ინტრონის საზღვრებზე შენახული მიმდევრობები. 5' და 3' შეჯვარების შეერთებები გაერთიანებულია snRNP-ების მოქმედებით, რომლებიც აკავშირებენ 5' შეერთების შეერთებას და განშტოების წერტილის მიმდევრობას (კონსერვირებული A მონიშნულია წითლად). 5' შეერთების შეერთების გაწყვეტის შემდეგ, ინტრონის თანმიმდევრობა იღებს მკაფიო სტრუქტურას, რომელსაც ეწოდება ლარიატი. 3' შეჯვარების შეერთება წყდება და ორი ეგზონი შეერთებულია. ლარიატი დეგრადირებულია და snRNP კვლავ გამოიყენება დამატებითი შერწყმისთვის.

ინტრონები აღიარებულია და ამოღებულია მკაფიო გზით, სადაც mRNA რეალურად იშლება. თითოეულ ინტრონს აქვს განსხვავებული თანმიმდევრობა, თუმცა, ყველა ინტრონის ბოლოში არის რამდენიმე ნუკლეოტიდი, რომლებიც აღნიშნავენ საზღვარს ეგზონსა და ინტრონს შორის (იხ. სურათი 8). გარდა ამისა, ინტრონის 3' ბოლოსთან ახლოს, მოხსენიებული როგორც განშტოება-წერტილოვანი თანმიმდევრობა, ყოველთვის არის A, რომელიც გადამწყვეტია გაყოფის მექანიზმისთვის. A თავს ესხმის 5' შეერთების კვანძს, რაც იწვევს განსხვავებულს ლარიატიინტრონის სტრუქტურა. შემდეგ 3' შეერთების შეერთება იჭრება და ეგზონები უერთდებიან. ინტრონის დაშლას და ეგზონების ხელახლა შეერთებას ხელს უწყობს დამატებითი რნმ-ები და პროტეინები კომპლექსში, რომელსაც ე.წ. spliceosome. spliceosome შედგება მცირე ბირთვული რნმ (snRNA) ასოცირდება ცილებთან მცირე ბირთვული რიბონუკლეოპროტეინის ნაწილაკები (snRNP). snRNA-ები, რომლებიც ცნობდნენ თანმიმდევრობებს ინტრონი-ეგზონის საზღვრებში, ისევე როგორც განშტოება-წერტილოვანი თანმიმდევრობა, აერთიანებს 5' შეერთებას და განშტოება-წერტილთა თანმიმდევრობას.

Splicing არის ევკარიოტული გენომის უნიკალური თვისება და ეს ნაწილობრივ განმარტავს, თუ რატომ აქვს ბევრ ევკარიოტურ ორგანიზმს, მათ შორის ადამიანებს, გენომის დიდი ზომა (რომელთაგან შედარებით მცირეა რეალურად კოდირებისთვის). ის ასევე განმარტავს, თუ როგორ შეუძლია ადამიანებს სინთეზირება

90,000 სხვადასხვა ცილა, როდესაც ჩვენი გენომი მხოლოდ კოდირებს

25000 გენი! დიფერენციალური შერწყმა უზრუნველყოფს უჯრედის მიერ სინთეზირებული ცილების რეპერტუარის გაზრდის საშუალებას, რაც საშუალებას აძლევს მრავალუჯრედულ ორგანიზმს წარმოქმნას ცილების ქსოვილის სპეციფიკური ვერსიები.


Უყურე ვიდეოს: ბიოლოგია, XI კლასი - ორგანიზმთა გამრავლება და ინდივიდური განვითარება; დნმ #ტელესკოლა (აგვისტო 2022).