معلومة

هل تشترك كل بوليميراز الحمض النووي الريبي في حقيقيات النوى في نفس عوامل النسخ؟

هل تشترك كل بوليميراز الحمض النووي الريبي في حقيقيات النوى في نفس عوامل النسخ؟


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.

أعلم أن بروتينات TFII ترتبط بعناصر رابطة الدول المستقلة في الحمض النووي وتساعد في بدء النسخ لـ RNA polymerase II. لكن هل يستخدم RNA polymerase I و III هذه البروتينات أيضًا عند نسخ الجينات؟ أيضا ، هل تتطلب جميع الجينات عناصر محفز / رابطة الدول المستقلة؟ هل تتطلب جميع الجينات الموضوعة في ناقل مناطق محفز / عناصر رابطة الدول المستقلة؟


باستثناء بروتين ربط TATA (TBP) ، لا توجد عوامل نسخ مشتركة لكل بوليميريز RNA. ومع ذلك ، هناك تماثلات بين العديد من العوامل التي تستخدمها الإنزيمات المختلفة.

الورقة الحفظ بين آليات بدء النسخ RNA Polymerase I و II و IIIأ يعطي نظرة عامة جيدة على عوامل البدء المختلفة لكل إنزيم بوليميريز RNA. يحتوي على مقارنة بين عوامل النسخ المختلفة في الخميرة.

فيما يلي مقتطف من الورقة التي توضح التماثل بين بعض عوامل بدء مجموعة TFII ونظيراتها المتماثلة. (التخطيط الأول هو RNA poly II ، والثاني RNA poly I ، والثالث RNA poly III):

مصدر:

أ Alessandro Vannini، Patrick Cramer، Conservation between the RNA Polymerase I، II، and III Transcription Machineries، Molecular Cell، Volume 45، Issue 4، 24 February 2012، Pages 439-446، ISSN 1097-2765، https: // doi. org / 10.1016 / j.molcel.2012.01.023.


المحتمل.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Conserved_sequence

هنا يمكنك أن تجد مجموعة متنوعة من التسلسلات المحفوظة ، ليس فقط في حقيقيات النوى ولكن في جميع الكائنات الحية. تمت دراسة بوليميراز الحمض النووي الريبي على نطاق واسع فقط في إي كولاي ، حيث تم العثور على حوالي 100 جينة مرتبطة بـ RNAP. يبدو أن جميع البكتيريا تشترك في مجموعة من الجينات مثل rpob والمجالات الطرفية ووحدة أوميغا الفرعية. في eukarayotes لديك علاوة على ذلك 5 بروتينات بوليميراز ، والتي تتوافق بشكل وثيق مع ARCHEA RNAP. Poxvriuses لها RNAP مماثلة خاصة بها.

بالنسبة للفيروسات القهقرية ، فإن العلم الذي يقف وراءها غامض إلى حد ما ، لذا لا يمكننا تحديد جينات RNAP التي يستخدمونها بالضبط. يُزعم (بدون أدلة كثيرة) أنهم يستخدمون عددًا قليلاً من الجينات المسمى "pol" لتحقيق وظيفة مماثلة.

لا يُعتقد أن مناطق المحفز ضرورية تمامًا على الرغم من أنها تسرع النسخ بشكل كبير إذا كانت معظم الجينات. عادة ما يتم حفظها أيضًا.


على عكس البلمرة بدائية النواة التي يمكن أن ترتبط بقالب الحمض النووي من تلقاء نفسها ، تتطلب حقيقيات النوى عدة بروتينات أخرى ، تسمى عوامل النسخ ، للارتباط أولاً بمنطقة المروج ومن ثم المساعدة في تجنيد البوليميراز المناسب.

ثلاثة بوليميرات الحمض النووي الريبي حقيقية النواة

تعتبر ميزات تخليق الرنا المرسال حقيقية النواة أكثر تعقيدًا بشكل ملحوظ من تلك الموجودة في بدائيات النوى. بدلاً من بوليميراز واحد يتكون من خمس وحدات فرعية ، تحتوي حقيقيات النوى على ثلاثة بوليميرات يتكون كل منها من 10 وحدات فرعية أو أكثر. يتطلب كل بوليميراز حقيقي النواة أيضًا مجموعة مميزة من عوامل النسخ لإحضاره إلى قالب الحمض النووي.

يقع RNA polymerase I في النواة ، وهي بنية أساسية نووية متخصصة يتم فيها نسخ RNA الريبوسومي (rRNA) ومعالجته وتجميعه في ريبوسومات (الجدول 1). تعتبر جزيئات الرنا الريباسي RNAs بنيوية لأن لها دورًا خلويًا ولكن لا تترجم إلى بروتين. إن الرنا الريباسي هي مكونات الريبوسوم وهي ضرورية لعملية الترجمة. يقوم بوليميريز الحمض النووي الريبي بتجميع جميع الرنا الريباسي باستثناء جزيء الرنا الريباسي 5S. ينطبق التعيين & # 8220S & # 8221 على وحدات & # 8220Svedberg & # 8221 ، وهي قيمة غير مضافة تميز السرعة التي تترسب بها الجسيمات أثناء الطرد المركزي.

الجدول 1. مواقع ومنتجات وحساسيات بوليميرات الحمض النووي الريبي حقيقية النواة الثلاثة
بوليميراز الحمض النووي الريبي مقصورة خلوية نتاج النسخ حساسية α-Amanitin
أنا النواة جميع الرنا الريباسي باستثناء الرنا الريباسي 5S غير حساس
ثانيًا نواة جميع ما قبل الرنا المرسال النووي المشفر للبروتين حساسة للغاية
ثالثا نواة 5S rRNA و tRNAs و RNAs النووية الصغيرة حساس إلى حد ما

يقع RNA polymerase II في النواة ويقوم بتوليف جميع وحدات pre-mRNAs النووية المشفرة للبروتين. تخضع حقيقيات النوى pre-mRNAs لمعالجة مكثفة بعد النسخ ولكن قبل الترجمة (الشكل 1). من أجل الوضوح ، ستستخدم هذه الوحدة & # 8217s مناقشة النسخ والترجمة في حقيقيات النوى المصطلح & # 8220mRNAs & # 8221 لوصف الجزيئات الناضجة والمعالجة الجاهزة للترجمة فقط. RNA polymerase II مسؤول عن نسخ الغالبية العظمى من الجينات حقيقية النواة.

الشكل 1. يحتوي مرنا حقيقيات النوى على إنترونات يجب تقسيمها. تمت إضافة غطاء 5 & # 8242 و 3 & # 8242 poly-A.

يقع RNA polymerase III أيضًا في النواة. يقوم هذا البوليميراز بنسخ مجموعة متنوعة من الحمض النووي الريبي البنيوي الذي يتضمن 5S pre-rRNA ، ونقل ما قبل RNAs (pre-tRNAs) ، و نووي صغير قبلالحمض النووي الريبي. تلعب الحمض الريبي النووي النقال دورًا مهمًا في الترجمة ، فهي تعمل كجزيئات محول بين قالب الرنا المرسال وسلسلة البولي ببتيد المتنامية. تمتلك RNAs النووية الصغيرة مجموعة متنوعة من الوظائف ، بما في ذلك & # 8220splicing & # 8221 pre-mRNAs وتنظيم عوامل النسخ.

يمكن للعالم الذي يميز جينًا جديدًا تحديد البوليميراز الذي ينسخه عن طريق اختبار ما إذا كان الجين يتم التعبير عنه في وجود سم معين للفطر ، وهو α-amanitin (الجدول 1). ومن المثير للاهتمام أن α-amanitin أنتج بواسطة أمانيتا فالويدسيؤثر فطر قبعة الموت على البوليميرات الثلاثة بشكل مختلف تمامًا. إن بوليميريز RNA غير حساس تمامًا لـ α-amanitin ، مما يعني أن البوليميراز يمكنه نسخ الحمض النووي في المختبر في وجود هذا السم. في المقابل ، فإن RNA polymerase II حساس للغاية لـ α-amanitin ، و RNA polymerase III حساس بشكل معتدل. إن معرفة البوليميراز الناسخ يمكن أن يرشد الباحث إلى الوظيفة العامة للجين الذي تتم دراسته. نظرًا لأن RNA polymerase II ينسخ الغالبية العظمى من الجينات ، فسوف نركز على هذا البوليميراز في مناقشاتنا اللاحقة حول عوامل النسخ والمحفزات حقيقية النواة.

محفزات RNA Polymerase II وعوامل النسخ

محفزات حقيقيات النوى أكبر بكثير وأكثر تعقيدًا من محفزات بدائية النواة. ومع ذلك ، كلاهما له تسلسل مشابه لتسلسل -10 من بدائيات النوى. في حقيقيات النوى ، يُطلق على هذا التسلسل صندوق TATA ، وله تسلسل إجماع TATAAA على شريط الترميز. وهي تقع في -25 إلى -35 قاعدة بالنسبة لموقع البدء (+1) (الشكل 2). هذا التسلسل لا يتطابق مع بكتريا قولونية -10 ، لكنه يحافظ على عنصر A-T الغني. الثبات الحراري لروابط A-T منخفض وهذا يساعد قالب الحمض النووي على الاسترخاء محليًا استعدادًا للنسخ.

بدلاً من العامل البسيط الذي يساعد على ربط بوليميريز الحمض النووي الريبي بدائية النواة بمحفزها ، تجمع حقيقيات النوى مجموعة معقدة من عوامل النسخ المطلوبة لتجنيد بوليميراز الحمض النووي الريبي II في جين ترميز البروتين. يتم استدعاء عوامل النسخ التي ترتبط بالمروج عوامل النسخ القاعدية. تسمى جميع هذه العوامل القاعدية TFII (لعامل النسخ / بوليميراز II) بالإضافة إلى حرف إضافي (A-J). المركب الأساسي هو TFIID ، والذي يتضمن بروتين ربط TATA (TBP). تقع عوامل النسخ الأخرى بشكل منهجي في مكانها في قالب الحمض النووي ، حيث يعمل كل عامل على زيادة استقرار مجمع ما قبل البدء والمساهمة في توظيف RNA polymerase II.

الشكل 2. ويرد مروج معمم للجين نسخها من قبل RNA polymerase II. تتعرف عوامل النسخ على المروج. ثم يربط RNA polymerase II ويشكل معقد بدء النسخ.

سؤال الممارسة

يقوم عالم بتقسيم محفز حقيقيات النوى أمام الجين البكتيري وإدخال الجين في كروموسوم بكتيري. هل تتوقع أن تقوم البكتيريا بنسخ الجين؟

تحتوي بعض محفزات حقيقيات النوى أيضًا على مربع CAAT (GGCCAATCT) في حوالي -80. علاوة على ذلك ، قد تحتوي محفزات حقيقية النواة على واحد أو أكثر من صندوق TATA صناديق GC-rich (GGCG) أو مربعات ثماني (أتجكات). ترتبط هذه العناصر بالعوامل الخلوية التي تزيد من كفاءة بدء النسخ وغالبًا ما يتم تحديدها في الجينات "النشطة" التي يتم التعبير عنها باستمرار بواسطة الخلية.

تعتبر عوامل النسخ القاعدية حاسمة في تكوين مركب مسبق على قالب DNA الذي يقوم لاحقًا بتجنيد RNA polymerase II لبدء النسخ. لا ينتهي تعقيد النسخ حقيقيات النوى بالبوليميراز والمُروّجات. كما يساعد جيش من عوامل النسخ الأخرى ، التي ترتبط مع المعززات وكاتمات الصوت ، في تنظيم التردد الذي يتم به تصنيع الجين قبل الرنا المرسال. تؤثر المعززات وكواتم الصوت على كفاءة النسخ ولكنها ليست ضرورية لمواصلة النسخ.

تطور المروجين

قد يكون تطور الجينات مفهومًا مألوفًا. يمكن أن تحدث الطفرات في الجينات أثناء تكرار الحمض النووي ، وقد تكون النتيجة مفيدة للخلية وقد لا تكون كذلك. من خلال تغيير إنزيم أو بروتين هيكلي أو بعض العوامل الأخرى ، يمكن لعملية الطفرة أن تحول الوظائف أو السمات الفيزيائية. ومع ذلك ، قد تتطور أيضًا محفزات حقيقيات النوى والتسلسلات التنظيمية الأخرى للجينات. على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك الجين الذي ، على مدى عدة أجيال ، يصبح أكثر قيمة للخلية. ربما يقوم الجين بتشفير البروتين البنيوي الذي تحتاجه الخلية لتكوينه بكثرة لوظيفة معينة. إذا كانت هذه هي الحالة ، فسيكون من المفيد للخلية لمحفز هذا الجين & # 8217s تجنيد عوامل النسخ بشكل أكثر كفاءة وزيادة التعبير الجيني.

أبلغ العلماء الذين يفحصون تطور تسلسل المحفز عن نتائج متباينة. يعود ذلك جزئيًا إلى صعوبة استنتاج المكان الذي يبدأ فيه محفز حقيقيات النوى بالضبط وينتهي. تحدث بعض المحفزات داخل الجينات ، بينما يوجد البعض الآخر بعيدًا جدًا عن الجينات التي تنظمها ، أو حتى في اتجاه مجرى النهر. ومع ذلك ، عندما قصر الباحثون فحصهم على متواليات المحفز الأساسية البشرية التي تم تعريفها تجريبياً على أنها متواليات تربط معقد ما قبل التأسيس ، وجدوا أن المحفزات تتطور بشكل أسرع من الجينات المشفرة للبروتين.

لا يزال من غير الواضح كيف يمكن أن يتوافق تطور المروج مع تطور البشر أو الكائنات الحية الأعلى الأخرى. ومع ذلك ، فإن تطور المروج لإنتاج أكثر أو أقل من منتج جيني معين هو بديل مثير للاهتمام لتطور الجينات نفسها. [1]

الهياكل المروجة لبوليميراز RNA الأول والثالث

تتضمن عمليات إحضار بوليميرا RNA الأول والثالث إلى قالب الحمض النووي مجموعات أقل تعقيدًا من عوامل النسخ ، لكن الموضوع العام هو نفسه.

تختلف عناصر المروج المحفوظة للجينات التي تم نسخها بواسطة البوليميراز الأول والثالث عن تلك المنسوخة بواسطة RNA polymerase II. RNA polymerase I ينسخ الجينات التي لها تسلسلان محفزان غنيان بالـ GC في منطقة -45 إلى +20. هذه التسلسلات وحدها كافية لحدوث بدء النسخ ، لكن المحفزات ذات التسلسلات الإضافية في المنطقة من -180 إلى -105 في بداية موقع البدء ستعزز البدء بشكل أكبر. الجينات التي يتم نسخها بواسطة RNA polymerase III لها محفزات أو محفزات أولية تحدث داخل الجينات نفسها.

النسخ حقيقيات النوى هو عملية منظمة بإحكام تتطلب مجموعة متنوعة من البروتينات للتفاعل مع بعضها البعض ومع حبلا الحمض النووي. على الرغم من أن عملية النسخ في حقيقيات النوى تنطوي على استثمار أيضي أكبر من بدائيات النوى ، إلا أنها تضمن أن تقوم الخلية بنسخ ما قبل mRNAs التي تحتاجها لتخليق البروتين.

استطالة وإنهاء

بعد تكوين معقد ما قبل الاستنشاق ، يتم تحرير البوليميراز من عوامل النسخ الأخرى ، ويسمح للاستطالة بالاستمرار كما هو الحال في بدائيات النوى مع توليف البوليميراز pre-mRNA في الاتجاه 5 & # 8242 إلى 3 & # 8242. كما تمت مناقشته سابقًا ، يقوم RNA polymerase II بنسخ الحصة الرئيسية من الجينات حقيقية النواة ، لذلك سيركز هذا القسم على كيفية تحقيق هذا البوليميراز للاستطالة والإنهاء.

على الرغم من أن عملية الاستطالة الأنزيمية هي نفسها في حقيقيات النوى وبدائيات النوى ، إلا أن قالب الحمض النووي أكثر تعقيدًا. عندما لا تنقسم الخلايا حقيقية النواة ، توجد جيناتها ككتلة منتشرة من الحمض النووي والبروتينات التي تسمى الكروماتين. يتم حزم الحمض النووي بإحكام حول بروتينات هيستون المشحونة على فترات متكررة. يتم تباعد معقدات الدنا هيستون هذه ، والتي تسمى مجتمعة النيوكليوسومات ، بانتظام وتتضمن 146 نيوكليوتيد من الحمض النووي ملفوفًا حول ثمانية هيستون مثل الخيط حول بكرة.

لكي يحدث تخليق عديد النوكليوتيد ، تحتاج آلية النسخ إلى تحريك الهيستونات بعيدًا عن الطريق في كل مرة تواجه فيها جسيمًا نوويًا. يتم تحقيق ذلك عن طريق مركب بروتين خاص يسمى حقيقة، الذي يرمز إلى & # 8220 يسهل نسخ الكروماتين. & # 8221 يسحب هذا المركب الهستونات بعيدًا عن قالب الحمض النووي بينما يتحرك البوليميراز على طوله. بمجرد تصنيع ما قبل mRNA ، يحل مجمع FACT محل الهستونات لإعادة تكوين الجسيمات النووية.

يختلف إنهاء النسخ باختلاف البوليميرات. على عكس بدائيات النوى ، فإن الاستطالة بواسطة بوليميريز RNA في حقيقيات النوى تحدث 1000-2000 نيوكليوتيد بعد نهاية الجين الذي يتم نسخه. تتم إزالة هذا الذيل pre-mRNA لاحقًا عن طريق الانقسام أثناء معالجة mRNA. من ناحية أخرى ، تتطلب بوليميرا RNA الأول والثالث إشارات إنهاء. تحتوي الجينات التي تم نسخها بواسطة RNA polymerase I على تسلسل محدد من 18 نيوكليوتيد يتم التعرف عليه بواسطة بروتين إنهاء. تتضمن عملية الإنهاء في RNA polymerase III دبوس شعر mRNA مشابه لإنهاء النسخ المستقل عن rho في بدائيات النوى.


ما هو RNA Polymerase 1

بوليميراز الحمض النووي الريبي 1 (بول 1) هو نوع من بوليميراز الحمض النووي الريبي حقيقيات النوى المسؤول عن تخليق ما قبل الرنا الريباسي ، وهو 45 ثانية. ينتج نضج الرنا الريباسي 45S رنا 28S و 18S و 5.8S rRNAs. 28S و 5.8S هما مكون الرنا الريباسي للوحدة الفرعية الكبيرة بينما يشكل 18S الوحدة الفرعية الصغيرة للريبوسوم حقيقيات النواة. RNA polymerase 1 مسؤول عن إنتاج 50٪ من إجمالي RNA للخلية.

الشكل 1: تكوين الريبوسوم من الرنا الريباسي

بوليميراز الحمض النووي الريبي 1 هو إنزيم 590 كيلو دالتون ، والذي يحتوي على 14 وحدة بروتينية فرعية. تشارك 10 وحدات فرعية منها في تكوين اللب: Rpb5 و Rpb6 و Rpb8 و Rpb10 و Rpb12 و A190 و A135 و AC40 و AC19 و A12.2. توجد الوحدات الفرعية الخمس Rpb5 و Rpb6 و Rpb8 و Rpb10 و Rpb12 أيضًا في RNA polymerase 2 و 3 أيضًا.


المحاضرة 35 - النسخ 3

الغرض من TBP هو الارتباط بصندوق TATA وتجنيد عوامل أخرى لمساعدة RNA polymerase 2 على الارتباط بالمحفز.

2. يرتبط UBF آخر بـ UCE (عنصر التحكم في المنبع)

3. ينحني UBFs الحمض النووي ، ويسحبان بعضهما البعض.

2. يتم ترميز جميع جينات الرنا الريباسي الأخرى بواسطة نفس الجين. يأتي 5S rRNA من جين مختلف.

يمكن أن يكون المُحسِّن في أي مكان على الكروموسوم ولا يزال يعزز النسخ (من خلال حلقات الحمض النووي) في المحفز.

AP1 هو مثال على سحاب ليسين.

الغرض من اللولب الحلزوني الدوراني هو أن يكون & quot؛ قبضة & quot؛ عامل النسخ.

الغرض من اللولب الحلزوني الحلزوني هو أن يكون & quot؛ قبضة & quot؛ عامل النسخ.

1. يمكن أن يمنع المنشط من الربط.

يمكن لهذه البروتينات أن تبطئ مرحلة الاستطالة في النسخ.

هذا العامل المشترك هو HAT. عندما يرتبط HAT بمستقبلات يجند ، يتم تحفيزه لأسيتيلات الهستونات.

يحدث أستلة الهستونات بواسطة HAT على بقايا اللايسين ، مما يؤدي إلى إزالة شحنتها الموجبة. تؤدي هذه العملية إلى ارتباط الحمض النووي بالهيستونات بشكل أقل إحكامًا من ذي قبل.

لا نحتاج إلى معرفة هؤلاء (وفقًا للدكتور ك) ولكن علينا أن نفهم هذا:


ترتبط الاختلافات في بنية الحمض النووي الريبي الثلاثة بالاختلافات في الوظيفة

على الرغم من أن دورة النسخ (البدء والاستطالة والإنهاء) لها مبادئ مماثلة في جميع أقطاب الحمض النووي الريبي النووية الثلاثة ، إلا أن السمات المحددة لأنماط النسخ الخاصة بها تنعكس في هياكل الوحدات الفرعية الخاصة بها. يستهدف RNA pol II مجموعة كبيرة من الجينات المنظمة بشكل مختلف ، الأمر الذي يتطلب القدرة على التفاعل مع مجموعة أكبر من عوامل بدء النسخ والاستطالة مقارنة بقطبي RNA الآخرين. ربما تم تحقيق ذلك من خلال وجود وحدات فرعية دائمة أقل من قطبي RNA الآخرين ، ولكن أيضًا من خلال وجود وحدات فرعية قابلة للانفصال (Rpb4 / 7) وعوامل بدء واستطالة مستقلة (TFIIF و TFIIS و TFIIE) ، بينما تتشكل العوامل المكافئة في بوليميرات أخرى جزء جوهري (وحدات فرعية) من مجمع RNA pol. على سبيل المثال ، يحتوي RNA pol I على محفز واحد للتعرف عليه ولكنه يتطلب استطالة عالية السرعة وفعالة لتجنب الاصطدامات بين البوليميرات في جيناته شديدة الازدحام (Goodfellow and Zomerdijk، 2013). ربما يكون هذا هو السبب الذي يجعل RNA pol I يمتلك نشاطًا جوهريًا لانقسام الحمض النووي الريبي من أجل التدقيق اللغوي والاستئناف السريع للاستطالة بعد التوقف (Fern & # x000e1ndez-Tornero et al. ، 2013). يكمن هذا النشاط في الوحدة الفرعية A12 الخاصة به مع التماثل مع كل من الوحدة الفرعية RNA pol II Rpb9 وعامل استطالة TFIIS. وهكذا ، يبدو أن A12 هو بروتين اندماج يشتمل على المجال الأميني الطرفي للوحدة الفرعية RNA pol II Rbp9 والمجال الكربوكسي الطرفي لـ TFIIS (Hoffmann et al. ، 2015). يمكن إجراء تفكير مماثل لـ RNA pol III حيث تحتوي الوحدة الفرعية C11 على تماثل مع Rpb9 و TFIIS (Ch & # x000e9din et al. ، 1998). تشير العملية الأكثر تعقيدًا لاستئناف الاستطالة بعد التوقف المؤقت في RNA pol II إلى الحاجة إلى تنظيم محدد ، وهو أمر غير مطلوب لاستطالة RNA pol I / III الأبسط والأسرع (Engel et al. ، 2013). مثال آخر على الوظائف التي تقع في الوحدات الفرعية الجوهرية لـ RNA pol III ولكن في عوامل النسخ الخارجية في RNA pol II يرتبط بإنهاء النسخ. مطلوب بشكل خاص ثنائيات RNA pol III المحددة (C53 / C37) جنبًا إلى جنب مع الوحدة الفرعية C11 من أجل الإنهاء الفعال للغاية وإعادة البدء المقترنة التي يحتاجها هذا القطب RNA نظرًا للجينات شديدة النسخ والقصيرة جدًا التي تستهدفها (Dieci et al. ، 2013 Arimbasseri and Maraia، 2016). في الواقع ، يختلف إنهاء RNA pol III عن قطبي RNA النوويين الآخرين لأن جيناته تقدم جزءًا من oligo-T في نهاية 3 & # x02032 ، مما يؤدي إلى الإنهاء. على العكس من ذلك ، فإن قطبي RNA الأول والثاني يتطلبان إضافيين رابطة الدول المستقلة- عناصر الفاعلية والعوامل المساعدة للإنهاء (Arimbasseri and Maraia ، 2016). باختصار ، يبدو أن كلا قطبي RNA الأول والثالث قد دمجوا بعض الوحدات الفرعية التي تشبه عامل النسخ في الإنزيم الأساسي أثناء التطور لإعطاء الأولوية للنسخ الفعال السريع عكس التنظيم (كارتر ودروين ، 2010).

يفرض الكروماتين قيودًا كبيرة على النسخ بواسطة ثلاثة أقطاب RNA حقيقية النواة تمنع استهدافهم المباشر لمحفزات الجينات ، وهو ما يفسر على الأرجح سبب مشاركة جميع أقطاب الحمض النووي الريبي في معقدات ما قبل البدء قبل بدء النسخ. تتكون مجمعات ما قبل البدء بشكل ضئيل من بروتين ربط صندوق TATA (TBP) ، وهو أمر شائع في جميع أنظمة النسخ الثلاثة ، وعوامل البدء TFIIB (RNA pol II) و Brf1 (RNA pol III) ، و TFIIE الخاص بـ RNA pol II. عامل (هان ، 2004 نايدو وآخرون ، 2011). علاوة على ذلك ، أثناء الاستطالة ، يفرض الكروماتين شروطًا مختلفة بشكل واضح لكل بول RNA. يتم تغطية جينات الرنا الريباسي النشطة بالكامل عن طريق نسخ مجمعات RNA pol I لتشكيل أشجار عيد الميلاد المميزة بدون أي نيوكليوسومات (Albert et al. ، 2012 Goodfellow and Zomerdijk ، 2013). معظم جينات RNA pol III (tRNAs و 5S ، على وجه الخصوص) قصيرة جدًا لدرجة أن وحدة النسخ بأكملها تقع في مسار قصير خالٍ من النيوكليوزومات (Shukla and Bhargava ، 2018) ، على عكس RNA pol II الذي ينسخ الجينات الأطول ويتعامل مع النيوكليوزومات أثناء الاستطالة . يحدث توقيف RNA pol II وتعقبه في حواجز nucleosome ، ويتم استئناف الاستطالة عن طريق تحفيز نشاط انقسام RNA pol II الجوهري الضعيف بواسطة TFIIS لتشكيل RNA 3 & # x02032 جديد في موقعه النشط (Cramer ، 2019). هذه الطريقة الأكثر تعقيدًا لحل التراجع يمكن أن تعمل على تحسين عملية تنظيم الاستطالة (Bradsher et al. ، 1993 Shilatifard et al. ، 1996).


هل تشترك كل بوليميراز الحمض النووي الريبي في حقيقيات النوى في نفس عوامل النسخ؟ - مادة الاحياء

تقوم الاستطالة بتوليف pre-mRNA في اتجاه 5 & # 8242 إلى 3 & # 8242 ، ويحدث الإنهاء استجابة لتسلسلات وإشارات الإنهاء.

أهداف التعلم

صف ما يحدث أثناء استطالة النسخ والإنهاء

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • RNA polymerase II (RNAPII) ينسخ الحصة الأكبر من الجينات حقيقية النواة.
  • أثناء الاستطالة ، تحتاج آلية النسخ إلى تحريك الهيستونات بعيدًا عن الطريق في كل مرة تصادف فيها النواة.
  • تحدث استطالة النسخ في فقاعة من الحمض النووي غير الملفوف ، حيث يستخدم RNA Polymerase خيطًا واحدًا من الحمض النووي كقالب لتحفيز تخليق خيط RNA جديد في الاتجاه 5 & # 8242 إلى 3 & # 8242.
  • ينهي RNA Polymerase I و RNA Polymerase III النسخ استجابة لتسلسلات إنهاء محددة في إما DNA الذي يتم نسخه (RNA Polymerase I) أو في RNA المركب حديثًا (RNA Polymerase III).
  • ينهي RNA Polymerase II النسخ في مواقع عشوائية بعد نهاية الجين الذي يتم نسخه. يتم شق الحمض النووي الريبي المركب حديثًا في موقع محدد بالتسلسل ويتم إطلاقه قبل إنهاء النسخ.

الشروط الاساسية

  • نووي: أي من الوحدات الفرعية التي تكرر في الكروماتين ملف من الحمض النووي يحيط بنواة هيستون
  • هيستون: أي من البروتينات البسيطة القابلة للذوبان في الماء والغنية بالأحماض الأمينية الأساسية ليسين وأرجينين ومركبة مع الحمض النووي في نواة الكروماتين حقيقية النواة
  • الكروماتينية: مركب من الحمض النووي ، والحمض النووي الريبي ، والبروتينات داخل نواة الخلية والتي تتكثف الكروموسومات منها أثناء انقسام الخلية

النسخ من خلال النيوكليوسومات

بعد تكوين مجمع ما قبل البدء ، يتم تحرير البوليميراز من عوامل النسخ الأخرى ، ويسمح للاستطالة بالاستمرار في توليف البوليميراز RNA في الاتجاه 5 & # 8242 إلى 3 & # 8242. يقوم RNA Polymerase II (RNAPII) بنسخ الحصة الرئيسية من الجينات حقيقية النواة ، لذلك سيركز هذا القسم بشكل أساسي على كيفية تحقيق هذا البوليميراز المحدد للاستطالة والإنهاء.

على الرغم من أن عملية الاستطالة الأنزيمية هي نفسها بشكل أساسي في حقيقيات النوى وبدائيات النوى ، إلا أن قالب الحمض النووي حقيقي النواة أكثر تعقيدًا. عندما لا تنقسم الخلايا حقيقية النواة ، تتواجد جيناتها ككتلة منتشرة ، لكنها لا تزال معبأة ومضغوطة على نطاق واسع من الحمض النووي والبروتينات التي تسمى الكروماتين. يتم حزم الحمض النووي بإحكام حول بروتينات هيستون المشحونة على فترات متكررة. يتم تباعد معقدات DNA-هيستون هذه ، والتي تسمى مجتمعة النيوكليوسومات ، بانتظام وتشمل 146 نيوكليوتيد من الحمض النووي مرتين حول الهستونات الثمانية في نيوكليوسوم مثل الخيط حول البكرة.

لكي يحدث تخليق عديد النوكليوتيد ، تحتاج آلية النسخ إلى تحريك الهيستونات بعيدًا عن الطريق في كل مرة تواجه فيها جسيمًا نوويًا. يتم تحقيق ذلك عن طريق ثنائي بروتين خاص يسمى FACT ، والذي يرمز إلى & # 8220 يسهل نسخ الكروماتين. & # 8221 FACT يفكك جزئيًا النواة التي تسبق مباشرة (المنبع) من RNA Polymerase II نسخ عن طريق إزالة اثنين من الهستونات الثمانية (ثنائي ثنائي واحد) تتم إزالة هيستونات H2A و H2B.) من المفترض أن يؤدي هذا إلى فك الحمض النووي الملفوف حول هذا النوكليوسوم بشكل كافٍ بحيث يمكن نسخ RNA Polymerase II من خلاله. يعيد FACT تجميع النواة خلف RNA Polymerase II عن طريق إعادة الهستونات المفقودة إليه. سيستمر RNA Polymerase II في إطالة الحمض النووي الريبي المركب حديثًا حتى ينتهي النسخ.

يسمح ثنائي بروتين FACT للـ RNA Polymerase II بالنسخ عبر الحمض النووي المعبأ: يتم تعبئة الحمض النووي في حقيقيات النوى في نيوكليوسومات ، والتي تتكون من ثماني من 4 بروتينات هيستون مختلفة. عندما يتم لف الحمض النووي مرتين بإحكام حول النواة ، لا يمكن لـ RNA Polymerase II الوصول إليه للنسخ. يزيل FACT اثنين من الهيستونات من النواة مباشرة قبل RNA Polymerase ، مما يؤدي إلى تخفيف العبوة بحيث يمكن لـ RNA Polymerase II مواصلة النسخ. يعيد FACT أيضًا تجميع النواة خلف RNA Polymerase مباشرة عن طريق إعادة الهستونات المفقودة.

استطالة

RNA Polymerase II عبارة عن مركب من 12 وحدة بروتينية فرعية. تسمح وحدات فرعية محددة داخل البروتين لـ RNA Polymerase II بالعمل كبروتين خاص به ، ومشبك منزلق ، وبروتين ربط DNA أحادي السلسلة ، بالإضافة إلى القيام بوظائف أخرى. وبالتالي ، لا يحتاج RNA Polymerase II إلى العديد من البروتينات الملحقة لتحفيز تخليق خيوط RNA الجديدة أثناء استطالة النسخ كما يفعل DNA Polymerase لتحفيز تخليق خيوط DNA الجديدة أثناء استطالة النسخ المتماثل.

ومع ذلك ، يحتاج RNA Polymerase II إلى مجموعة كبيرة من البروتينات الملحقة لبدء النسخ في محفزات الجينات ، ولكن بمجرد فك الحمض النووي مزدوج الشريطة في منطقة بدء النسخ ، تم وضع RNA Polymerase II في نيوكليوتيد البدء +1 ، وقد بدأ في تحفيز تخليق خيوط RNA جديدة ، يمسح RNA Polymerase II أو & # 8220escapes & # 8221 منطقة المروج ويترك معظم بروتينات بدء النسخ وراءه.

تنتقل جميع RNA Polymerases على طول قالب DNA في الاتجاه 3 & # 8242 إلى 5 & # 8242 وتحفز توليف خيوط RNA جديدة في الاتجاه 5 & # 8242 إلى 3 & # 8242 ، مضيفة نيوكليوتيدات جديدة إلى 3 & # 8242 نهاية النمو حبلا الحمض النووي الريبي.

تقوم RNA Polymerases بفك الحمض النووي المزدوج الذي تقطعت به السبل أمامها وتسمح للحمض النووي غير الملتوي خلفها بالرجوع. نتيجة لذلك ، يحدث تخليق حبال الحمض النووي الريبي في فقاعة نسخ من حوالي 25 زوجًا أساسيًا من الحمض النووي غير الملتحم. فقط حوالي 8 نيوكليوتيدات من الحمض النووي الريبي المُصنَّع حديثًا تظل قائمة على الحمض النووي للقالب. تسقط بقية جزيئات الحمض النووي الريبي من القالب للسماح للحمض النووي الذي يقف خلفه بالرجوع.

تستخدم RNA Polymerases خيط DNA الموجود أسفلها كقالب لتوجيه النيوكليوتيدات المراد إضافتها إلى 3 & # 8242 نهاية حبلا RNA المتزايد عند كل نقطة في التسلسل. يسافر RNA Polymerase على طول قالب DNA واحد نيوكليوتيد في وقت واحد. أيًا كان نيوكليوتيد الحمض النووي الريبي قادرًا على إحداث اقتران أساسي بنكليوتيد القالب الموجود أسفل بوليميريز الحمض النووي الريبي هو النيوكليوتيد التالي الذي سيتم إضافته. بمجرد تحفيز إضافة نيوكليوتيد جديد إلى الطرف 3 & # 8242 من الخيط المتنامي ، ينتقل RNA Polymerase إلى نوكليوتيد الحمض النووي التالي في القالب الموجود أسفله. تستمر هذه العملية حتى يحدث إنهاء النسخ.

نهاية

إنهاء النسخ بواسطة RNA Polymerase II على جين تشفير البروتين.: لا يحتوي RNA Polymerase II على إشارات محددة تنهي نسخه. في حالة الجينات المشفرة للبروتين ، سيرتبط معقد البروتين بموقعين على ما قبل الرنا المرسال المتنامي بمجرد نسخ RNA Polymerase إلى ما بعد نهاية الجين. سيربط CPSF في المجمع تسلسل AAUAAA ، وسيقوم CstF في المجمع بربط تسلسل GU-rich (الشكل العلوي). CPSF في المجمع سوف تشق pre-mRNA في موقع بين التسلسلتين المرتبطين ، وتحرير pre-mRNA (الشكل الأوسط). بولي (أ) بوليميراز هو جزء من نفس المركب وسيبدأ في إضافة ذيل بولي أ إلى ما قبل الرنا المرسال. في الوقت نفسه ، يهاجم بروتين Xrn2 ، وهو نوكلياز خارجي ، 5 & # 8242 نهاية خيط RNA الذي لا يزال مرتبطًا بـ RNA Polymerase. سيبدأ Xrn2 في هضم الجزء غير المحرر من الحمض النووي الريبي المركب حديثًا حتى يصل Xrn2 إلى RNA Polymerase ، حيث يساعد في إزاحة RNA Polymerase من خيط DNA النموذجي. هذا ينهي النسخ في موقع عشوائي في اتجاه مجرى النهر من النهاية الحقيقية للجين (الشكل السفلي).

يختلف إنهاء النسخ بالنسبة لثلاثة بوليميرات مختلفة من الحمض النووي الريبي حقيقية النواة.

تحتوي جينات الرنا الريباسي التي تم نسخها بواسطة RNA Polymerase I على تسلسل محدد من أزواج القاعدة (11 نقطة أساس في البشر 18 نقطة أساس في الفئران) التي يتم التعرف عليها بواسطة بروتين إنهاء يسمى TTF-1 (عامل إنهاء النسخ لـ RNA Polymerase I). الحمض النووي في تسلسل التعرف الخاص به ويمنع النسخ الإضافي ، مما يتسبب في فصل RNA Polymerase I عن خيط DNA النموذجي وإطلاق RNA المركب حديثًا.

تفتقر جينات ترميز البروتين ، والحمض النووي الريبي الهيكلي ، والجينات التنظيمية للحمض النووي الريبي المنسوخة بواسطة RNA Polymerse II إلى أي إشارات أو تسلسلات محددة توجه RNA Polymerase II للانتهاء في مواقع محددة. يمكن أن يستمر RNA Polymerase II في نسخ الحمض النووي الريبي في أي مكان من بضعة bp إلى آلاف bp بعد النهاية الفعلية للجين. ومع ذلك ، يتم شق النسخة في موقع داخلي قبل أن ينتهي RNA Polymerase II من النسخ. يؤدي هذا إلى إطلاق الجزء المنبع من النص ، والذي سيكون بمثابة الحمض النووي الريبي الأولي قبل المزيد من المعالجة (ما قبل mRNA في حالة جينات تشفير البروتين.) يعتبر موقع الانقسام هذا & # 8220end & # 8221 للجين. يتم هضم ما تبقى من النسخة بواسطة 5 & # 8242-نوكلياز خارجي (يسمى Xrn2 في البشر) بينما لا يزال يتم نسخه بواسطة RNA Polymerase II. عندما يصطدم 5 & # 8242-exonulease & # 8220 & # 8221 بـ RNA Polymerase II عن طريق هضم كل الحمض النووي الريبي المتدلي ، فإنه يساعد على فصل البوليميراز عن حبلا قالب الحمض النووي الخاص به ، وينهي أخيرًا تلك الجولة من النسخ.

في حالة جينات ترميز البروتين ، يحدث موقع الانقسام الذي يحدد & # 8220end & # 8221 من pre-mRNA الناشئ بين تسلسل AAUAAA المنبع وتسلسل GU-rich في المصب مفصولة بحوالي 40-60 نيوكليوتيد في RNA الناشئ . بمجرد نسخ هذين التسلسلين ، يقوم بروتين يسمى CPSF في البشر بربط تسلسل AAUAAA وبروتين يسمى CstF في البشر يربط التسلسل الغني بـ GU. يشكل هذان البروتينان قاعدة مركب بروتيني معقد يتشكل في هذه المنطقة قبل أن يشق CPSF ما قبل الرنا المرسال الناشئ في موقع 10-30 نيوكليوتيدات في اتجاه مجرى النهر من موقع AAUAAA. إن إنزيم Poly (A) Polymerase الذي يحفز إضافة 3 & # 8242 poly-A tail على pre-mRNA هو جزء من المركب الذي يتشكل مع CPSF و CstF.

تحتوي جينات الحمض الريبي النووي الريبي (الرنا الريباسي) و 5S rRNA والجينات الهيكلية من الحمض النووي الريبي المنسوخة بواسطة RNA Polymerase III على إشارة إنهاء غير مفهومة تمامًا. تمتلك RNAs المكتوبة بواسطة RNA Polymerase III امتدادًا قصيرًا من أربعة إلى سبعة U & # 8217s في نهايتها 3 & # 8242. يؤدي هذا بطريقة ما إلى إطلاق RNA Polymerase III لإطلاق كل من RNA الوليد وفك الارتباط من خيط DNA النموذجي.


بوليميرات الحمض النووي الريبي حقيقية النواة والعوامل التي تتحكم فيها

يوضح هذا الفصل أن بوليميراز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي هو الإنزيم الرئيسي المتورط في الخطوة الأولى لتدفق المعلومات الجينية من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي. الخاصية الأكثر إثارة للاهتمام لهذا الإنزيم هي ارتباطه بمواقع محددة من قالب الحمض النووي ، وبالتالي ضمان البدء والانتهاء المناسبين لسلسلة RNA الضرورية لرسالة ذات مغزى. تراكمت بيانات كبيرة حول تنظيم بوليميرات الحمض النووي الريبي في بدائيات النوى ، ولكن لا يُعرف سوى القليل نسبيًا في حالة حقيقيات النوى ، حيث يكون الوضع أكثر تعقيدًا. يبدو أن بوليميراز الحمض النووي الريبي مرتبط بالكروماتين في النواة وقد يكون للكروماتين العديد من الوظائف التنظيمية لتخليق الحمض النووي الريبي. يصف الفصل أن الوضع في حقيقيات النوى يزداد تعقيدًا بسبب وجود الميتوكوندريا 1 وبوليميراز الحمض النووي الريبي البلاستيكي الخضر. بتقييد الملاحظات على بوليميرات الحمض النووي الريبي النووي ، فقد ثبت جيدًا أن هذه الأنشطة مرتبطة بالكروماتين. وبالتالي ، قد يكون بوليميراز الحمض النووي الريبي جزءًا لا يتجزأ من الكروماتين وقد يوجد توازن بين الأشكال المرتبطة والحرة من الإنزيم. أخيرًا ، استنتج أن هناك بعض العناصر المتحكمة إلى جانب الأشكال المختلفة من البوليميرات التي يمكنها تعديل عملية النسخ في الخلايا حقيقية النواة.

العنوان الحالي: مختبر البيولوجيا الجزيئية ، المعهد الوطني للسرطان ، المعاهد الوطنية للصحة ، بيثيسدا ، ماريلاند.


ملخص القسم

يجب أن تقوم البكتيريا والعتائق وحقيقيات النوى بنسخ الجينات من جينوماتها. في حين أن الموقع الخلوي قد يكون مختلفًا (تقوم حقيقيات النوى بالنسخ في بكتيريا النواة وتؤدي العتائق النسخ في السيتوبلازم) ، فإن الآليات التي تنفذ بها الكائنات الحية من كل من هذه الكتل هذه العملية هي

بثلاث مراحل: البدء والاستطالة والإنهاء.

نظرة عامة على النسخ

إنشاء نسخة من الحمض النووي الريبي لجزء من الحمض النووي. نظرًا لأن هذا ملف معالجة، نريد تطبيق نموذج تقييم قصة الطاقة لتطوير فهم وظيفي للنسخ. كيف يبدو نظام الجزيئات قبل بدء النسخ؟ كيف تبدو في النهاية؟ ما هي تحولات المادة ونقل الطاقة التي تحدث أثناء النسخ ، وما الذي يحفز العملية؟ نريد أيضًا التفكير في العملية من أ

وجهة نظر. إذا كانت المهمة البيولوجية هي إنشاء نسخة من الحمض النووي في اللغة الكيميائية للحمض النووي الريبي ، فما هي التحديات التي يمكننا افتراضها أو توقعها بشكل معقول ، نظرًا لمعرفتنا حول عمليات بوليمر النيوكليوتيدات الأخرى ، يجب

؟ هل هناك دليل على أن الطبيعة حلت هذه المشاكل بطرق مختلفة؟ ما هي معايير نجاح النسخ؟ انت وجدت الفكرة.

سرد بعض المتطلبات الأساسية للنسخ

دعونا أولاً نفكر في المهام المطروحة من خلال استخدام بعض معرفتنا التأسيسية وتخيل ما قد يلزم حدوثه أثناء النسخ إذا كان الهدف هو عمل نسخة RNA من قطعة من خيط واحد من جزيء DNA مزدوج الشريطة. سنرى أن استخدام بعض المنطق الأساسي يسمح لنا باستنتاج العديد من الأسئلة والأشياء المهمة التي نحتاج إلى معرفتها

لوصف العملية بشكل صحيح.

دعونا نتخيل أننا نريد تصميم ملف

/ nanobot التي من شأنها إجراء النسخ. يمكننا استخدام البعض

التفكير في تحديد المشكلات والمشكلات الفرعية التي تحتاج إلى ذلك

& bull أين يجب أن تبدأ الآلة؟ على طول الملايين إلى المليارات من أزواج القواعد ، أين يجب أن تكون الآلة

?
& الثور أين يجب أن تتوقف الآلة؟
& bull إذا بدأنا المواقع وأوقفناها ، فسنحتاج إلى طرق لتشفير تلك المعلومات حتى يتسنى لجهازنا

s) يمكنه قراءة هذه المعلومات و mdashhow سوف يفعل ذلك

?
& bull كم عدد نسخ الحمض النووي الريبي التي سنحتاجها؟
& bull ما مدى السرعة التي تحتاجها نسخ RNA

?
& bull ما مدى دقة النسخ التي تحتاجها

?
& bull ما مقدار الطاقة التي ستستغرقها العملية ومن أين ستأتي الطاقة؟

هذه ليست سوى بعض الأسئلة الأساسية. يمكن للمرء أن يحفر أعمق إذا رغب في ذلك. ومع ذلك ، فهذه بالفعل جيدة بما يكفي بالنسبة لنا للحصول على شعور جيد لهذه العملية. لاحظ أيضًا أن العديد من هذه الأسئلة تشبه بشكل ملحوظ تلك التي استنتجناها قد تكون ضرورية لفهم تكرار الحمض النووي.

اللبنات الأساسية للنسخ

اللبنات الأساسية لـ RNA

تذكر من مناقشتنا حول بنية النيوكليوتيدات أن اللبنات الأساسية للحمض النووي الريبي تشبه إلى حد بعيد تلك الموجودة في الحمض النووي. في الحمض النووي الريبي ، تتكون اللبنات الأساسية من نوكليوتيد ثلاثي الفوسفات

من سكر ريبوز وقاعدة نيتروجينية وثلاث مجموعات فوسفاتية. الاختلافات الرئيسية بين اللبنات الأساسية للحمض النووي وتلك الخاصة بالحمض النووي الريبي هي ذلك

تتكون جزيئات الحمض النووي الريبي

من النيوكليوتيدات مع سكريات الريبوز (على عكس سكريات الديوكسيريبوز) واستخدام اليوريدين ، وهو اليوراسيل الذي يحتوي على النوكليوتيدات (على عكس الثيميدين في الحمض النووي). لاحظ أدناه أن اليوراسيل والثايمين متشابهان جدًا من الناحية الهيكلية وأن mdashthe uracil يفتقر فقط إلى الميثيل (CH3) مجموعة وظيفية مقارنة مع الثايمين.

شكل 1. المكونات الكيميائية الأساسية للنيوكليوتيدات.
الإسناد:

بدء النسخ

المروجين

يجب أن تكون البروتينات المسؤولة عن إنشاء نسخة RNA لقطعة معينة من DNA (النسخ) قادرة أولاً على التعرف على بداية العنصر

. أ المروجين هو تسلسل الحمض النووي الذي ترتبط فيه البروتينات المختلفة ، والمعروفة مجتمعة باسم آلية النسخ ، وتبدأ النسخ. في معظم الحالات ، يوجد المروجون المنبع (5 'إلى منطقة الترميز) للجينات التي ينظمونها. يعد التسلسل المحدد للمحفز مهمًا جدًا لأنه يحدد ما إذا كانت الخلية تقوم بنسخ جزء الترميز المقابل من الجين طوال الوقت ، أحيانًا أو بشكل غير متكرر. على الرغم من اختلاف المروجين بين الأنواع ، إلا أن هناك عددًا قليلاً من العناصر المتشابهة

المناطق المنبع من موقع البدء ، هناك نوعان

إجماع متواليات ، أو مناطق متشابهة عبر العديد من المروجين وعبر الأنواع المختلفة. سيكون لدى بعض المروجين تسلسل مشابه جدًا لتسلسل الإجماع (التسلسل الذي يحتوي على عناصر التسلسل الأكثر شيوعًا) ، وسيبدو البعض الآخر مختلفًا تمامًا. تؤثر هذه الاختلافات في التسلسل على القوة التي يمكن أن ترتبط بها آلية النسخ بالمحفز لبدء النسخ. هذا يساعد على التحكم في عدد النصوص التي

وكم مرة يتم صنعها.

الشكل 2. (أ) رسم تخطيطي عام للجين. يتضمن الجين تسلسل المحفز ومنطقة غير مترجمة (UTR) وتسلسل الترميز. (

) قائمة بالعديد من الإشريكية القولونية القوية

التسلسلات. المربع -35 و -10 مربع

التسلسل في جميع أنحاء قائمة المروج القوية. سيكون لدى المروجين الأضعف اختلافات أكثر في الأزواج الأساسية عند مقارنتها بهذه التسلسلات.
مصدر:

المروجين البكتيرية مقابل حقيقية النواة

في الخلايا البكتيرية ، يكون تسلسل الإجماع -10 ، المسمى المنطقة -10 ، غنيًا بـ AT ، وغالبًا ما يكون TATAAT. تسلسل -35 ، TTGACA ،

. مرة واحدة هذا التفاعل البروتين والحمض النووي

، ترتبط الوحدات الفرعية لبوليميراز الحمض النووي الريبي بالموقع. نظرًا للاستقرار المنخفض نسبيًا لرابطات AT ، تسهل منطقة AT-rich -10 فك قالب الحمض النووي ، و

المروجين لحقيقيات النوى أكبر بكثير وأكثر تعقيدًا من المروجين بدائية النواة ، لكن كلاهما يحتوي على منطقة غنية بـ AT وحقيقيات النوى mdashin ،

صندوق تاتا. على سبيل المثال ، في جين ثيميدين كيناز الماوس ،

. بالنسبة لهذا الجين ، فإن تسلسل مربع TATA الدقيق هو TATAAAA ، كما هو مقروء في اتجاه 5 'إلى 3' على

ساحل. هذا التسلسل لا يتطابق مع بكتريا قولونية -10 المنطقة ، ولكن كلاهما يشتركان في جودة

بدلاً من بوليميراز بكتيري واحد ، تشفر جينومات معظم حقيقيات النوى ثلاثة بوليميرات مختلفة من الحمض النووي الريبي ، يتكون كل منها من عشر وحدات بروتينية فرعية أو أكثر. يتطلب كل بوليميراز حقيقي النواة أيضًا مجموعة مميزة من البروتينات المعروفة باسم عوامل النسخ لتجنيده لمروج. بالإضافة إلى ذلك ، فإن جيشًا من عوامل النسخ الأخرى ، والبروتينات المعروفة باسم المعززات ، وكواتم الصوت تساعد على تنظيم تخليق الحمض النووي الريبي من كل محفز. تؤثر المعززات وكواتم الصوت على كفاءة النسخ ولكنها كذلك

للشروع في النسخ أو موكبه. تعتبر عوامل النسخ القاعدية حاسمة في تكوين أ مجمع preinitiation على قالب الحمض النووي الذي يجند فيما بعد بوليميراز الحمض النووي الريبي لبدء النسخ.

The initiation of transcription begins with the binding of RNA polymerase to the المروجين. Transcription requires the DNA double helix

the template for RNA synthesis. The region of unwinding

أ transcription bubble.

الشكل 3. During elongation, RNA polymerase tracks along the DNA template, synthesizes

in the 5' to 3' direction, and unwinds then rewinds the DNA as it

استطالة

Transcription always proceeds from the template strand, one of the two strands of the double-stranded DNA. The RNA product is complementary to the template strand and is almost identical to the

strand, called the coding strand, with the exception that RNA contains a uracil (U) in place of the thymine (T) found in DNA. During elongation, an enzyme called بوليميراز الحمض النووي الريبي proceeds along the DNA template, adding nucleotides by base pairing with the DNA template in a manner similar to DNA replication, with the difference being an RNA strand that

does not remain bound to the DNA template. As elongation proceeds, the DNA

ahead of the core enzyme and rewound behind it. Note that the direction of synthesis is identical to that of

الشكل 4. During elongation, RNA polymerase tracks along the DNA template, synthesizing

in the 5' to 3' direction, unwinding and then rewinding the DNA as

الشكل 5. The addition of nucleotides during the process of transcription is very similar to nucleotide addition

from 5' to 3', and with each addition of a nucleotide, a

by the enzyme, resulting in a longer polymer and the release of two inorganic phosphates.
مصدر:

Bacterial vs. eukaryotic elongation

In bacteria, elongation begins with the release of the

allows the core enzyme to proceed along the DNA template, synthesizing

in the 5' to 3' direction at a rate of approximately 40 nucleotides per second. As elongation proceeds, the DNA

ahead of the core enzyme and rewound behind it. The base pairing between DNA and RNA is not stable enough to maintain the stability of the

synthesis components. Instead, the RNA polymerase acts as a stable linker between the DNA template and the nascent RNA strands to ensure that elongation

In eukaryotes, following the formation of the preinitiation complex, the polymerase

from the other transcription factors, and

to proceed as it does in prokaryotes with the polymerase synthesizing

in the 5' to 3' direction. As discussed previously, RNA polymerase II transcribes the major share of eukaryotic genes, so this section will focus on how this polymerase accomplishes elongation and termination.

Possible NB Discussion Point

Compare and contrast the energy story for DNA replication initiation + elongation to the energy story for transcription initiation + elongation.

نهاية

In bacteria

, the bacterial polymerase needs to dissociate from the DNA template and liberate the newly made

. اعتمادًا على الجين الذي يتم نسخه ، هناك نوعان من إشارات الإنهاء. واحد هو

protein-based, and the other is RNA-based. الإنهاء المعتمد على Rho

protein, which tracks along the polymerase on the growing

سلسلة. بالقرب من نهاية الجين ، يصادف البوليميراز سلسلة من النيوكليوتيدات G على قالب الحمض النووي ويتوقف. نتيجة لذلك ، فإن

protein collides with the polymerase. The interaction with rho releases the

from the transcription bubble.

Rho-independent termination

by specific sequences in the DNA template strand. As the polymerase nears the end of the gene being transcribed, it encounters a region rich in CG nucleotides. ال

folds back on itself, and the complementary CG nucleotides bind

. والنتيجة مستقرة دبوس الشعر that causes the polymerase to stall as soon as it

a region rich in AT nucleotides. The complementary UA region of the

transcript forms only a weak interaction with the template DNA. This, coupled with the stalled polymerase, induces enough instability for the core enzyme to break away and liberate the new

In eukaryotes

يختلف إنهاء النسخ باختلاف البوليميرات. Unlike in prokaryotes, elongation by RNA polymerase II in eukaryotes takes place

&ndash2,000 nucleotides beyond the end of the gene being transcribed. هذا قبل

polymerases I and III require termination signals. Genes transcribed by RNA polymerase I contain a specific 18-nucleotide sequence that

by a termination protein. The process of termination in RNA polymerase III involves a

rho-independent termination of transcription in prokaryotes.

In archaea

Termination of transcription in the archaea is far less studied than in the other two domains of life and

is still not well understood

. While the functional details are likely to resemble mechanisms that have

in the other domains of life, the details are beyond

Cellular location

In bacteria and archaea

In bacteria and archaea, transcription occurs in the

. Because the location of the DNA, and thus the process of transcription,

are not physically segregated

from the rest of the cell, translation often starts before transcription has finished. هذا يعني ذاك

as the template for a protein before it produces the entire

. The lack of spatial segregation also means that there is very little temporal segregation for these processes. Figure 6 shows the processes of transcription and translation occurring simultaneously.

الشكل 6. The addition of nucleotides during the process of transcription is very similar to nucleotide addition

In eukaryotes.

In eukaryotes, the process of transcription

from the rest of the cell, sequestered inside of the nucleus. This results in two things:

before translation can start, and there is time to "adjust" or "edit" the

before translation starts. The physical separation of these processes gives eukaryotes a chance to alter the

in such a way as to extend the lifespan of the

or even alter the protein product that will

5' G-cap and 3' poly-A tail

, the cell processes the primary transcript in the nucleus in several ways. Eukaryotic cells

at the 3' end by the addition of a poly-A tail. This run of A residue

by an enzyme that does not use genomic DNA as a template. ال

have a chemical modification of the 5' end, called a 5'-cap. Data suggests that these modifications both help to increase the lifespan of the

(prevent its premature degradation in the cytoplasm) and to help the

Possible NB Discussion Point

Transcriptomics is a branch of &ldquo-omics&rdquo that involves studying an organism or population&rsquos transcriptome or, the complete set of all RNA molecules. What kind of information can you obtain from studying the transcriptome(s)? Can you think of any cool scientific questions that a transcriptomic analysis might help resolve? What are some constraints to transcriptomic approaches one might keep in mind when conducting analyses?

الربط البديل

Splicing occurs on most eukaryotic

سويا. This can create a much shorter

than initially transcribed. Splicing allows cells to mix and match

المنتج. As shown in the figure below, this can lead to multiple proteins being coded for by a single gene.

الشكل 8. The information stored in the DNA is finite.

, organisms can mix and match this information to create different end products. In eukaryotes, alternative splicing allows for the creation of different

in translation to create different protein sequences. This ultimately leads to the production of different protein shapes, and thus different protein functions.
مصدر:


Transcription Termination

Introduction and Background

RNA synthesis by DNA-dependent RNA polymerases (RNAPs) is processive, requiring a single enzyme molecule to transcribe the full length of a gene regardless of the length. The requirement for RNAP to remain resolutely associated with the DNA template through multiple kilobases necessitates an extremely stable transcription elongation complex that can transcribe through different sequences and protein-bound DNA templates. Despite this stability, cells must be able to halt RNA synthesis after transcription of a complete gene or operon, and stop any RNAP that has initiated transcription aberrantly. Failure to terminate transcription of an upstream gene could allow regulation-independent expression of downstream genes, and synthesis of untranslated or antisense transcripts with detrimental consequences aberrant transcription is particularly problematic for the gene-dense chromosomes common to Bacteria and Archaea. Two general mechanisms have evolved to efficiently disrupt transcription elongation complexes that release the RNA transcript and recycle RNAP for further rounds of transcription.

Multi-subunit RNAPs from each domain share a near identical core structure that envelopes an 8- or 9-bp RNA:DNA hybrid within a tight-fitting pocket ( شكل 1 ). High-resolution crystal structures and a wealth of biochemical data from many different RNAPs demonstrate that hydrogen bonding within the hybrid and contacts between the enclosed nucleic acids and RNAP provide stability to transcription elongation complexes. Despite similar transcription elongation complex architecture, RNAPs from different domains, and each of the eukaryotic RNAPs, respond to different termination signals and factors, suggesting that several mechanisms of transcription termination are possible, or that a diverse set of factors and sequences use a common mechanism to disrupt the complex. Conserved elongation factors (i.e., NusG and NusA) modify RNAP activities and add an additional level of regulation to the elongation–termination decision. The mechanistic details of transcript release are best understood in Bacteria, although some features are shared in each domain. This article focuses on transcription termination and its regulation in Bacteria, with relevant comments to bring attention to similarities and differences in Archaea and Eukarya.

شكل 1 . The bacterial transcription elongation complex. Upper panels (top view), with RNAP movement from left to right. Lower panels (front view), with RNAP movement right to left. RNAP (gray), RNA (yellow), template strand (cyan), nontemplate strand (orange). Panels (a)/(d) – surface representation of the bacterial transcription elongation complex. The encapsulated nucleic acids are fully enclosed within the complex. Panels (b)/(e) – as (a)/(d), respectively, with one RNAP subunit (b) removed to reveal the interior of the elongation complex and the path of the enveloped nucleic acids. Panels (c)/(f) – cartoon depiction of the bacterial transcription elongation complex. Sections of RNAP are shown partially transparent to show the hidden nucleic acids.


Transcription termination by RNA Polymerase II on a protein-encoding gene.

RNA Polymerase II has no specific signals that terminate its transcription. In the case of protein-encoding genes, a protein complex will bind to two locations on the growing pre-mRNA once the RNA Polymerase has transcribed past the end of the gene. CPSF in the complex will bind a AAUAAA sequence, and CstF in the complex will bind a GU-rich sequence (top figure). CPSF in the complex will cleave the pre-mRNA at a site between the two bound sequences, releasing the pre-mRNA (middle figure). Poly(A) Polymerase is a part of the same complex and will begin to add a poly-A tail to the pre-mRNA. At the same time, Xrn2 protein, which is an exonuclease, attacks the 5' end of the RNA strand still associated with the RNA Polymerase. Xrn2 will start digesting the non-released portion of the newly synthesized RNA until Xrn2 reaches the RNA Polymerase, where it aids in displacing the RNA Polymerase from the template DNA strand. This terminates transcription at some random location downstream from the true end of the gene (bottom figure).

The tRNA, 5S rRNA, and structural RNAs genes transcribed by RNA Polymerase III have a not-entirely-understood termination signal. The RNAs transcribed by RNA Polymerase III have a short stretch of four to seven U's at their 3' end. This somehow triggers RNA Polymerase III to both release the nascent RNA and disengage from the template DNA strand.


شاهد الفيديو: الفرق بين تنسخ الدنا في حقيقيات و بدائيات النوى (شهر فبراير 2023).