معلومة

كيف يؤثر تسلسل المروج على البدء؟

كيف يؤثر تسلسل المروج على البدء؟


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.

لا أعرف ما إذا كان قد تم تسليط الضوء على هذا في بحث حديث ، ولكن هناك كتاب مدرسي لدي يوضح أن "الطريقة الدقيقة التي يؤثر بها تسلسل المروج على بدء [النسخ] غير واضحة"

أتساءل عما إذا كان بإمكان أي شخص اقتراح مصادر لمزيد من المعلومات ، أو ربما شاهد أوراق بحثية حديثة تسلط الضوء على الخصائص التي تسبب هذا الاختلاف بين المروجين الأقوياء والأضعف؟

لقد حاولت البحث ولكن البحث الأقدم وصفي وليس ميكانيكيًا ، كما أن مصطلحات البحث المعنية موجودة في كل مكان ، لذا من الصعب العثور على المزيد حول هذه النقطة المحددة.


أوافق على أنه من الصعب البحث عن أوراق ولكن من فصول الدراسات العليا هذه بعض الأفكار الإضافية التي اكتسبتها. سياق تسلسل المروجين مهم. يمكن أن تعمل تسلسلات الحمض النووي (الزخارف) المحددة كمواقع ربط لعوامل نسخ محددة وتساعد مجموعات عوامل النسخ هذه في تجنيد RNA pol II للمحفز. يتم تنظيم هذه المجموعات من البروتينات مكانيًا وزمانيًا وستساعد في تحديد ما إذا كان سيتم تنشيط الجين المجاور للمحفز. غالبًا ما يتم استخدام اختبار مراسل لوسيفيراز لتحديد قوة المروج.

مثال على ذلك: قد يكون للمُحفِّز القوي علامات هيستون معينة من شأنها تجنيد البروتينات لإعادة تشكيل الكروماتين ليكون أكثر سهولة في الوصول إلى مواقع الربط لعوامل النسخ التي تساعد على تجنيد RNA Pol II. قد يكون للمروج الأضعف مواقع ارتباط أقل لعامل النسخ أو إمكانية وصول أقل للكروماتين ، وبالتالي يصعب تجنيد RNA Pol II. هناك أيضًا بعض الجوانب الحركية التي يجب أن تضعها في اعتبارك.


ترديدًا لما سبق ذكره: يؤثر تسلسل الحمض النووي بشكل مباشر على القدرة على ربط عوامل سيجما (http://en.wikipedia.org/wiki/Sigma_factor). التسلسل -> الترابط -> عدد مرات ربط سيجما ومدة ارتباطها -> بدء النسخ


المروج (علم الوراثة)

في علم الوراثة ، أ المروجين هو تسلسل من الحمض النووي الذي ترتبط به البروتينات ويبدأ نسخ RNA واحد من الحمض النووي في اتجاه مجرى النهر. قد يقوم هذا الحمض النووي الريبي بتشفير البروتين ، أو يمكن أن يكون له وظيفة في حد ذاته ، مثل الحمض الريبي النووي النقال ، أو الرنا المرسال ، أو الرنا الريباسي. توجد المحفزات بالقرب من مواقع بدء النسخ للجينات ، أعلى المنبع على الحمض النووي (نحو المنطقة 5 'من حبلا الإحساس). يمكن أن يبلغ طول المروجين حوالي 100-1000 زوج قاعدي ، ويعتمد تسلسلها بشكل كبير على الجين ومنتج النسخ ، ونوع أو صنف بوليميراز الحمض النووي الريبي المعين في الموقع وأنواع الكائن الحي. [1]

1: RNA بوليميريز ، 2: كاظمة، 3: المروجين، 4: المشغل أو العامل، 5: اللاكتوز ، 6: lacZ، 7: lacY، 8: lacA.

قمة: تم إيقاف نسخ الجين. لا يوجد اللاكتوز لتثبيط القامع ، لذلك يرتبط القامع بالمشغل ، مما يعيق ارتباط بوليميراز الحمض النووي الريبي بالمحفز ويجعل الرنا المرسال يشفر جين اللاكتيز.

قاع: الجين قيد التشغيل. يثبط اللاكتوز المثبط ، مما يسمح لبوليميراز الحمض النووي الريبي بالارتباط بالمحفز والتعبير عن الجينات التي تصنع اللاكتاز. في النهاية ، سوف يهضم اللاكتاز كل اللاكتوز ، حتى لا يكون هناك ما يربطه بالقمع. ثم يلتزم المكثف بالمشغل ، ويوقف تصنيع اللاكتيز.


ما هي المنشطات والقمعات

المنشطات والمثبطات نوعان من عوامل النسخ التي تنظم التعبير الجيني على مستوى النسخ. عوامل النسخ عبارة عن بروتينات تنظيمية انتقالية ، تحدد الوقت والموقع وكفاءة النسخ. تتمثل آلية عمل عوامل النسخ في تعزيز أو منع ارتباط بوليميريز الحمض النووي الريبي بالتسلسل المحفز للجين. بوليميراز الحمض النووي الريبي هو الإنزيم المسؤول عن تخليق جزيء الرنا المرسال عن طريق نسخ منطقة الترميز للجين. تعمل المنشطات على تسهيل ربط بوليميريز الحمض النووي الريبي بالمحفز بينما تمنع المثبطات ربط الإنزيم بالمحفز.


التحكم في النسخ والكمون للفيروسات القهقرية

بريان سي نيكولاي ، أندرو ب.رايس ، في تفاعلات الخلايا القهقرية ، 2018

CDK11 و HIV-1 3 ′ إنهاء المعالجة

بعد تنشيط استطالة RNAP II بواسطة Tat و P-TEFb ، تعد المعالجة 3 نهاية للحمض النووي الريبي الفيروسي خطوة إضافية مطلوبة لإنتاج نسخة ناضجة. يتم تحقيق ذلك من خلال الإجراء وكيناز آخر يعتمد على السيكلين - CDK11. يرتبط CDK11 بمركب TREX / THOC ، وهو مركب متعدد البروتينات يزاوج نسخ RNAP II مع معالجة mRNA والتصدير النووي (Strasser et al. ، 2002). عندما يتم تجنيدها بواسطة TREX / THOC إلى مجمع RNAP II المنخرط في نسخ الفيروس ، فإن CDK11 فسفوريلات مخلفات Ser2 في RNAP II CTD ، وهذه التعديلات تجند عوامل الانقسام وعوامل تعدد الأدينيل التي تعالج 3 نهاية النسخة الفيروسية (باك وآخرون . ، 2015). كما نوقش أعلاه ، لدى HIV-1 تفضيل لإدخاله في الجينات بالقرب من المسام النووية ومن المرجح أن يسهل هذا التوطين دون النووي تصدير TREX / THOC الموجه للنصوص الفيروسية الناضجة إلى السيتوبلازم.


العلاقة بين تسلسل المحفز وقوته في التعبير الجيني

قوة المروج ، أو النشاط ، مهم في الهندسة الوراثية والبيولوجيا التركيبية. يمكن إعادة استخدام المحفز التأسيسي الذي يتمتع بقوة معينة لواحد معين من الحمض النووي الريبي (RNA) في أنواع أخرى من الحمض النووي الريبي (RNA). لذلك ، يتم تحديد قوة مروج واحد بشكل أساسي من خلال تسلسل النيوكليوتيدات. تتمثل إحدى الصعوبات الرئيسية في الهندسة الوراثية والبيولوجيا التركيبية في كيفية التحكم في التعبير عن بروتين معين عند مستوى معين. تتمثل إحدى الطرق المستخدمة عادةً لتحقيق هذا الهدف في اختيار مروج واحد بقوة مناسبة يمكن استخدامها لتنظيم معدل النسخ ، مما يؤدي بعد ذلك إلى المستوى المطلوب من التعبير البروتيني. لهذا الغرض ، تم حتى الآن إنشاء العديد من مكتبات المروجين بشكل تجريبي. ومع ذلك ، فإن الطرق النظرية للتنبؤ بقوة مروج واحد من تسلسل النيوكليوتيدات الخاصة به مرغوبة. هذه الأساليب ليست فقط ذات قيمة في تصميم المروج بقوة محددة ، ولكنها مفيدة أيضًا لفهم آلية المحفز في النسخ الجيني. في هذه الدراسة ، من خلال اختبارات مختلفة ، تم تقديم نموذج نظري لوصف العلاقة بين قوة المروج وتسلسل النيوكليوتيدات. يوضح تحليلنا أن قوة المروج تتأثر بشكل كبير بمجموعات النيوكليوتيدات مع ثلاثة نيوكليوتيدات متجاورة في تسلسلها. وفي الوقت نفسه ، فإن النيوكليوتيدات في مناطق مختلفة من تسلسل المحفز لها تأثيرات مختلفة على قوة المروج. استنادًا إلى البيانات التجريبية لمحفزات الإشريكية القولونية ، تشير حساباتنا إلى أن النيوكليوتيدات في المنطقة -10 والمنطقة -35 والمنطقة المميزة لتسلسل المروج أكثر أهمية في تحديد قوة المروج من تلك الموجودة في منطقة التباعد. مع قيم معلمات النموذج التي تم الحصول عليها عن طريق الملاءمة للبيانات التجريبية ، تم بناء أربع مكتبات للمروّج نظريًا للبيئات التجريبية المقابلة التي تم بموجبها قياس بيانات قوة المروج في التعبير الجيني مسبقًا.


علم الأحياء 171

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • ناقش دور عوامل النسخ في تنظيم الجينات
  • اشرح كيف تقوم المعززات والمثبطات بتنظيم التعبير الجيني

مثل الخلايا بدائية النواة ، يتطلب نسخ الجينات في حقيقيات النوى عمل بوليميريز الحمض النووي الريبي لربط تسلسل الحمض النووي المنبع من الجين من أجل بدء النسخ. ومع ذلك ، على عكس الخلايا بدائية النواة ، فإن بوليميراز الحمض النووي الريبي حقيقي النواة يتطلب بروتينات أخرى ، أو عوامل نسخ ، لتسهيل بدء النسخ. لا يمكن لبوليميراز الحمض النووي الريبي في حد ذاته بدء النسخ في الخلايا حقيقية النواة. هناك نوعان من عوامل النسخ التي تنظم النسخ حقيقية النواة: عوامل النسخ العامة (أو القاعدية) ترتبط بمنطقة المروج الأساسية للمساعدة في ربط بوليميراز الحمض النووي الريبي. عوامل النسخ المحددة ترتبط بمناطق مختلفة خارج منطقة المروج الأساسية وتتفاعل مع البروتينات في المروج الأساسي لتعزيز أو قمع نشاط البوليميراز.

شاهد عملية النسخ (فيديو) - صنع الحمض النووي الريبي من قالب الحمض النووي.

المروج وآلة النسخ

يتم تنظيم الجينات لجعل التحكم في التعبير الجيني أسهل. منطقة المروج هي المنبع مباشرة لتسلسل الترميز. يمكن أن تكون هذه المنطقة قصيرة (فقط عدد قليل من النيوكليوتيدات في الطول) أو طويلة جدًا (مئات النيوكليوتيدات طويلة). كلما طالت مدة المحفز ، زادت المساحة المتاحة لربط البروتينات. يضيف هذا أيضًا مزيدًا من التحكم في عملية النسخ. طول المحفز خاص بالجينات ويمكن أن يختلف بشكل كبير بين الجينات. وبالتالي ، يمكن أن يختلف مستوى التحكم في التعبير الجيني أيضًا بشكل كبير بين الجينات. الغرض من المروج هو ربط عوامل النسخ التي تتحكم في بدء النسخ.

داخل منطقة المروج الأساسية ، يوجد 25 إلى 35 قاعدة في المنبع من موقع بدء النسخ ، في مربع TATA. يحتوي صندوق TATA على تسلسل إجماعي لـ 5’-TATAAA-3 '. صندوق TATA هو موقع الارتباط لمركب بروتين يسمى TFIID ، والذي يحتوي على بروتين رابط لـ TATA. يؤدي ربط TFIID إلى تجنيد عوامل النسخ الأخرى ، بما في ذلك TFIIB و TFIIE و TFIIF و TFIIH. تساعد بعض عوامل النسخ هذه على ربط بوليميريز الحمض النووي الريبي بالمحفز ، بينما يساعد البعض الآخر في تنشيط مجمع بدء النسخ.

بالإضافة إلى مربع TATA ، توجد مواقع ربط أخرى في بعض المروجين. يفضل بعض علماء الأحياء قصر نطاق محفز حقيقيات النوى على المروج الأساسي ، أو موقع ربط البوليميراز ، والإشارة إلى هذه المواقع الإضافية كعناصر مروج قريبة ، لأنها توجد عادةً ضمن بضع مئات من الأزواج الأساسية في الجزء العلوي من موقع بدء النسخ . أمثلة على هذه العناصر هي مربع CAAT ، مع تسلسل الإجماع 5’-CCAAT-3 "ومربع GC ، مع التسلسل الإجماعي 5’-GGGCGG-3". يمكن لعوامل النسخ المحددة أن ترتبط بهذه العناصر القريبة من المروج لتنظيم نسخ الجينات. قد يكون لجين معين توليفة خاصة به من مواقع ارتباط عامل النسخ المحددة هذه. هناك المئات من عوامل النسخ في الخلية ، كل منها يرتبط على وجه التحديد بعنصر معين لتسلسل الحمض النووي. عندما ترتبط عوامل النسخ بالمحفز فقط في بداية الجين المشفر ، يشار إليه على أنه عنصر مؤثر في رابطة الدول المستقلة ، لأنه موجود على نفس الكروموسوم بجوار الجين مباشرة. تستجيب عوامل النسخ للمنبهات البيئية التي تجعل البروتينات تجد مواقع الارتباط الخاصة بها وتبدأ نسخ الجين المطلوب.

المعززات والنسخ

في بعض الجينات حقيقية النواة ، توجد مناطق إضافية تساعد في زيادة أو تحسين النسخ. هذه المناطق ، التي تسمى المعززات ، ليست بالضرورة قريبة من الجينات التي تعززها. يمكن أن توجد في الجزء العلوي من الجين ، داخل منطقة ترميز الجين ، أو في اتجاه مجرى الجين ، أو قد تكون على بعد آلاف النيوكليوتيدات.

مناطق المحسن هي سلاسل ملزمة ، أو مواقع ، لعوامل نسخ محددة. عندما يرتبط عامل نسخ البروتين بتسلسل المُحسِّن ، يتغير شكل البروتين ، مما يسمح له بالتفاعل مع البروتينات في موقع المُحسِّن. ومع ذلك ، نظرًا لأن منطقة المحسن قد تكون بعيدة عن المحفز ، يجب أن ينحني الحمض النووي للسماح للبروتينات الموجودة في الموقعين بالتلامس. تساعد بروتينات الانحناء في الحمض النووي على ثني الحمض النووي وجلب مناطق المحسن والمحفز معًا ((الشكل)). يسمح هذا التغيير في الشكل بتفاعل بروتينات المنشط المحددة المرتبطة بالمحسّنات مع عوامل النسخ العامة المرتبطة بمنطقة المروج وبوليميراز الحمض النووي الريبي.


إيقاف تشغيل الجينات: مكابس النسخ

مثل الخلايا بدائية النواة ، تمتلك الخلايا حقيقية النواة أيضًا آليات لمنع النسخ. يمكن لمثبطات النسخ الارتباط بمناطق المحفز أو المحسن ومنع النسخ. مثل المنشطات النسخية ، تستجيب المثبطات للمحفزات الخارجية لمنع ارتباط عوامل النسخ المنشطة.

ملخص القسم

لبدء النسخ ، يجب أن ترتبط عوامل النسخ العامة ، مثل TFIID و TFIIB وغيرها ، أولاً بصندوق TATA وتجنيد بوليميريز RNA في هذا الموقع. قد ترتبط عوامل النسخ الإضافية أيضًا بالعناصر التنظيمية الأخرى في المروج لزيادة أو منع النسخ. بالإضافة إلى تسلسل المحفز ، تساعد مناطق المحسن في زيادة النسخ. يمكن أن تكون المعززات في المنبع ، أو في اتجاه مجرى النهر ، أو داخل الجين نفسه ، أو على كروموسومات أخرى. قد تؤدي عوامل النسخ المحددة المرتبطة بمناطق المحسن إلى زيادة أو منع النسخ.

إستجابة مجانية

يمكن للطفرة داخل منطقة المروج أن تغير نسخ الجين. صف كيف يمكن أن يحدث هذا.

يمكن لطفرة في منطقة المروج تغيير موقع الربط لعامل النسخ الذي يرتبط عادة بزيادة النسخ. يمكن للطفرة إما أن تقلل من قدرة عامل النسخ على الارتباط ، وبالتالي تقليل النسخ ، أو يمكن أن تزيد من قدرة عامل النسخ على الارتباط ، وبالتالي زيادة النسخ.

ماذا يمكن أن يحدث إذا كانت الخلية تحتوي على الكثير من عامل النسخ المنشط؟

إذا كان هناك الكثير من عامل النسخ المنشط ، فسيتم زيادة النسخ في الخلية. هذا يمكن أن يؤدي إلى تغييرات جذرية في وظيفة الخلية.

يحدد أحد العلماء موقعًا محتملاً لتنظيم النسخ على بعد 300 نقطة أساس من الجين ويفترض أنه مثبط. ما التجربة (مع النتائج) التي يمكنه إجراؤها لدعم هذه الفرضية؟

أسهل طريقة لاختبار فرضيته هي تغيير الموقع في الخلية ، ومراقبة مستويات نسخة mRNA المصنوعة من الجين. إذا زادت مستويات النسخ في الخلية المتحورة ، فهذا يعني أن الموقع يمنع النسخ.

قائمة المصطلحات


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). 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.

تحتوي بعض محفزات حقيقيات النوى أيضًا على صندوق CAAT محفوظ (GGCCAATCT) عند -80 تقريبًا. علاوة على ذلك ، قد تحتوي المحفزات حقيقية النواة على صندوق واحد أو أكثر من الصناديق الغنية بالـ GC (GGCG) أو الصناديق الثمانية (ATTTGCAT). 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.


عملية نسخ الحمض النووي الريبي | علم الوراثة

تشارك الحمض الريبي النووي النقال ، و الرنا المرسال ، و الرنا الريباسي في عملية النسخ. ومع ذلك ، فإن إنزيم النسخ ، أي بوليميراز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي ، مطلوب لتخليق الحمض النووي الريبي باستخدام ثلاثي الفوسفات الريبونوكليوتيد ، أي ATP و GTP و CTP و UTP. هيكل ووظيفة بوليميراز الحمض النووي الريبي موصوفة هنا.

1. بوليميراز الحمض النووي الريبي:

على قالب DNA يتم تحفيز استطالة سلسلة RNA في كل خطوة بواسطة RNA polymerase. تم العثور على بوليميريز الحمض النووي الريبي في كل من بدائيات النوى وحقيقيات النوى ولكن تختلف البنية والوظيفة في هاتين المجموعتين من الكائنات الحية.

في بدائيات النوى فقط إنزيم واحد ، يتحكم بوليميراز الحمض النووي الريبي في تخليق جميع الحمض النووي الريبي الخلوي ، بينما في حقيقيات النوى ، تشارك عدة أنواع من بوليميرات الحمض النووي الريبي في تخليق الحمض النووي الريبي الخلوي. على سبيل المثال ، يتم تصنيع mRNA و tRNA و rRNA في E. coli بواسطة نفس بوليميريز RNA.

الإنزيم الهولندي عبارة عن بوليميريز RNA كامل يتكون من نواة وإنزيم وعامل سيغما (σ) ، ومن ثم فهو إنزيم معقد. يتكون الإنزيم الأساسي للإشريكية القولونية من خمس سلاسل متعددة الببتيد ، ووحدتان فرعيتان α ، وواحدة (β) ، ووحدة فرعية β & # 8217 ووحدة فرعية واحدة من أوميغا (ω) (الشكل 10.2). هناك سبع سلاسل متعددة الببتيد (مثل β αα δω1، ω2) في الإنزيم الأساسي للإشريكية القولونية. يرتبط الإنزيم الهولندي بالحمض النووي في مواقع محددة تسمى المحفزات وينسخ طولًا معينًا من الحمض النووي الريبي.

وبالتالي فإن العامل o يلعب دورًا مهمًا في التعرف على المروج بواسطة بوليميراز RNA. يمكن بسهولة عزله عن holoenzyme. تتكون الوحدة الفرعية من موقع محفز لتخليق الحمض النووي الريبي ومواقع الربط للركائز والمنتجات أيضًا. تلعب الوحدة الفرعية دورًا في ربط بوليميريز الحمض النووي الريبي بقالب الحمض النووي.

تقوم الوحدتان الفرعيتان بتجميع وحدتين فرعيتين أكبر في إنزيم أساسي (α2ββ & # 8217ω). وظيفة الوحدة الفرعية الصغيرة (ω) غير معروفة بالتفصيل ومع ذلك ، من المفترض أنها تشارك في الفك. يتم تلخيص الوحدات الفرعية لبوليميراز الحمض النووي والجينات الهيكلية ووظائفها في الجدول 10.1. يقوم بوليميراز E. coli RNA بتركيب RNA بمعدل 40 نيوكليوتيد في الدقيقة عند 37 درجة مئوية.

(ط) أنواع بوليميراز الحمض النووي الريبي:

هناك ثلاثة أنواع مختلفة من بلمرات الحمض النووي الريبي حقيقية النواة يتم نسخها بواسطة ثلاث مجموعات مختلفة من الجينات (الشكل 10.3).

تتميز بحساسيتها للسموم الفطرية ، α-amanitin:

(أ) بوليميراز RNA I (RNA Pol I):

يقع في النواة ويقوم بتجميع سلائف معظم الرنا الريباسي. إنه حساس لـ α-amanitin.

(ب) بوليميراز RNA II (RNA Pol II):

وهو موجود في البلازما النووية ويقوم بتوليف سلائف الرنا المرسال وبعض الرنا النووي الصغير. إنه حساس للغاية لـ α-amanitin.

(ج) بوليميراز RNA III (RNA Polymer III):

وهي تقع في النواة. يقوم بتوليف سلائف الحمض النووي الريبي ، و 5S rRNA وغيرها من الحمض النووي الريبي النووي الصغير والهيولي. إنه حساس بشكل معتدل لـ α-amanitin.

بالإضافة إلى ذلك ، عادةً ما يمنع المضاد الحيوي ريفامبيسين النسخ عن طريق التداخل مع الوحدة الفرعية P لبوليميراز الحمض النووي الريبي بدائية النواة. قدم Ishihawa (1992) وجهة نظر حالية لبنية بوليميريز RNA وبعض مواقع الربط لكل وحدة فرعية (الشكل 10.4).

الشكل 10.4: خريطة وظيفية للوحدات الفرعية لبوليميراز الحمض النووي الريبي.

(2) موقع النسخ:

يبدأ النسخ في موقع المروج ، أي الكسترون المترجم على جزيء الحمض النووي. من بين اثنين فقط يتم نسخ خيط واحد من dsDNA. وقد ثبت أيضًا أنه في ØX174 لأي كيسترون ، يتم نسخ خيط واحد فقط من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي. بالإضافة إلى ذلك ، في Phage λ و phage T4 يتم نسخ كلا الخيطين ، حيث يعمل أحدهما كقالب لبعض الجينات.

يتم نسخ باقي الجينات من الخيط الآخر. يُعرف خيط الحمض النووي الذي يعمل كقالب بالخيط المضاد للحساسية. متواليات النوكليوتيدات لنصوص الخيط المضاد للحاسة و mRNA مكملة. الخيط الآخر يسمى حبلا الحس. إن قواعد خيط الإحساس وقواعد الرنا المرسال متطابقة تمامًا.

في بعض الفيروسات مثل SP8 ، ØX174 ، وما إلى ذلك ، من بين اثنين ، يتم نسخ حبلا واحد فقط. في SV40 ، يتم نسخ كلا الجدولين لجينات مختلفة. على النقيض من T حتى العاثيات ، والعاثية λ ، والإشريكية القولونية وحقيقيات النوى ، تعمل مناطق مختلفة من كل من خيط الدنا كقالب لتخليق الحمض النووي الريبي.

الجدول 10.1: الوحدات الفرعية لبوليميراز الحمض النووي الريبي وعوامل النسخ الأخرى.

(3) عملية النسخ:

تتم عملية النسخ في الخطوات الثلاث الرئيسية التالية: بدء السلسلة واستطالة السلسلة وإنهاء السلسلة. تم توضيح عملية النسخ الكاملة في الشكل 10.5.

2. بدء السلسلة:

أثناء عملية النسخ ، تكون المكونات المطلوبة لبدء سلسلة الحمض النووي الريبي هي السلائف المنشطة للقالب ، وأيونات المعادن ثنائية التكافؤ (Mg ++ أو Mn ++) ، وبوليميراز الحمض النووي الريبي والقالب.

(ط) التعرف على المروج:

يلعب إنزيم RNA polymerase دورًا رئيسيًا في التعرف على موقع البدء وربطه. قبل تكوين الإنزيم المعقد ، يتفاعل عامل سيجما مع الإنزيم الأساسي في موقع الوحدة الفرعية p. هذا مطلوب للتحقق من نسخ كل من الخيوط بواسطة الإنزيم الأساسي. ينسخ holoenzyme واحدًا فقط من خيطي DNA. يتعرف عامل سيغما في holoenzyme على منطقة المروج للحمض النووي (الشكل 10.6).

يسمى التسلسل الأساسي المحدد (20-200 قاعدة طويلة) المروج. أظهر فحص عدد كبير من سلاسل المحفز لجينات مختلفة من بكتيريا مختلفة أن لديهم العديد من الميزات المشتركة. تتمركز تسلسلات المحفز عند -10 و -35 زوجًا أساسيًا من نقطة بداية النسخ وهي متورطة في وظيفة المروج العادية.

تحتوي الإشريكية القولونية على المكونين السداسيين المتميزين التاليين للمحفز:

يُطلق على التسلسل -10 اسم مربع Pribnow & # 8217s ، بينما يُطلق على المنطقة -35 اسم موقع التعرف. تم العثور على صندوق Pribnow & # 8217s كجزء من جميع مروجي بدائيات النوى. تقع المنطقة -35 حول 35 زوجًا أساسيًا في المنبع (بعيدًا عن اتجاه موقع النسخ). المروج هو المنبع من الجين الهيكلي.

يتفاعل بوليميراز الحمض النووي الريبي مع المجموعات الموجودة في الأخدود الرئيسي ويتعرف على التسلسل الصحيح المنبع (منطقة -35) من مربع Pribnow & # 8217s ، وبعد ذلك يشكل مجمعًا مستقرًا عن طريق الانتقال أفقيًا إلى المنطقة -10. وبالتالي ، فإن عامل سيجما يتعرف على كل من المناطق المذكورة أعلاه.

(2) ربط RNA Polymerase بالمروج:

تختلف قوة ارتباط بوليميريز الحمض النووي الريبي بمحفزات مختلفة. هناك بعض المحفزات التي لديها مواقع ربط للبروتينات بدلاً من بوليميريز RNA.

لذلك ، بالنسبة إلى هؤلاء المروجين ، يجب أن يشغل هذا البروتين هذا البروتين حتى يرتبط بوليميراز الحمض النووي الريبي بشكل صحيح. أحد أكثر مواقع الربط شيوعًا لهذا النوع هو الموقع الذي يربط مركبًا من بروتين مستقبلات AMP الدوري (CRP). يتحكم تركيز AMP في نشاط هؤلاء المروجين.

(3) فك اللولب المزدوج للحمض النووي:

قد تلعب الطبيعة الحلزونية الفائقة للكروموسوم دورًا في وظيفة المروج. بشكل عام ، يعتبر الكروموسوم الملفوف بشكل سلبي للغاية قالب نسخ أفضل من الكروموسوم المريح. الإجهاد الالتوائي الذي يفرضه اللف الفائق يجعل فصل منطقة معينة من الحمض النووي أسهل بواسطة بوليميراز الحمض النووي الريبي.

وبالتالي ، يؤثر اللف الفائق على التعبير عن بعض الجينات أكثر من الجينات الأخرى. يؤدي ارتباط عامل أوميغا (ω) لبوليميراز الحمض النووي الريبي إلى فك حلزون الحمض النووي. وبالتالي ، يتم فتح جزء قصير من الحمض النووي. ثم يسمح المجمع المفتوح بربط محكم لبوليميراز الحمض النووي الريبي مع البدء اللاحق في تخليق الحمض النووي الريبي.

(4) توليف القاعدة الأولى لسلسلة RNA:

تكون القاعدة الأولى من الحمض النووي الريبي المركب دائمًا في شكل البيورين ، أي إما ثلاثي الفوسفات الجوانين (pppG) أو الأدينين (pppA). تبدأ معظم السلاسل في الإشريكية القولونية بـ pppG ، بينما في Phage T7 و ØX174 تبدأ مع pppA. على عكس تكرار الحمض النووي ، لا يتطلب بدء تخليق الرنا المرسال البادئات. ينتهي البدء بعد تكوين أول رابطة بين النوكليوتيدات (5 & # 8217pppPupN) (الشكل 10.5).

3. استطالة السلسلة:

تحدث استطالة السلسلة بواسطة الإنزيم الأساسي الذي يتحرك على طول قالب الحمض النووي. بعد بدء الاستطالة ، يستمر النسخ بمعدل يتراوح بين 30 و 60 نيوكليوتيدًا في الثانية عند 37 درجة مئوية.

بشكل عام ، يشمل تفاعل الاستطالة الخطوات:

(ط) ربط النوكليوتيدات ثلاثي الفوسفات ،

(2) تكوين الرابطة بين النيوكليوتيدات و 3 & # 8242-OH من سلسلة الحمض النووي الريبي الوليدة ،

(3) إطلاق بيروفوسفات ، و

(4) إزاحة البوليميراز على طول قالب الحمض النووي.

تتم إضافة ثلاثي فوسفات الريبونوكليوتيد المنشط ، أي ATP و UTP و OTP و CTP وفقًا للنيوكليوتيدات الخاصة بشريط واحد من قالب الحمض النووي. يشكل النوكليوتيدات الواردة روابط هيدروجينية بقاعدة DNA. يحدث التفاعل بين النيوكليوتيدات عند 3 & # 8242 نهاية جزيء RNA و P في مجموعة ثلاثي الفوسفات مما يؤدي إلى إزالة الفوسفات (PPi). سرعان ما يتحلل PPi إلى فوسفات غير عضوي (Pi) (الشكل 10.7 أ).

(أنا) الافراج عن عامل سيجما (σ):

عندما يتم تكوين نسخة 8-9 من الرنا المرسال الطويل من النيوكليوتيدات ، يتم تحرير العامل σ فجأة من المجمع. وبالتالي يؤدي هذا إلى انخفاض في ألفة σ من معقد RNA بوليميريز الحمض النووي الريبي الوليدي. يمكن أن يتحد إطلاق مع أي إنزيم أساسي وبالتالي يتم إعادة استخدامه لبدء سلسلة جديدة (الشكل 10.5).

(ثانيا) اتجاه النسخ:

تعلق ثلاثي فوسفات الريبونوكليوتيد بالنيوكليوتيدات الأولى للقالب ويحدث نمو السلسلة في اتجاه 5 & # 8242 → 3 & # 8242. تستعيد منطقة القالب التي تم نسخها شكلها الحلزوني المزدوج خلف الفقاعة ، وتستعيد المنطقة التالية من الحمض النووي التي سيتم نسخها.

لا يطول نص RNA بشكل موحد على طول القالب. يرجع ذلك إلى وجود مواقع متوقفة مؤقتًا في مناطق معينة في القالب. لقد وجد أن تسلسل الإيقاف المؤقت يحتوي بشكل عام على مناطق غنية من GC بحوالي 16-20 نقطة أساس ، في اتجاه المنبع 3 & # 8242-OH نهاية النص المتوقف مؤقتًا. أيضًا ، توجد منطقة التناظر الثنائي 16-20 نقطة أساس عند المنبع 3 & # 8242-نهاية أسباب توقف مؤقت. ومع ذلك ، فإن آلية التوقف المؤقت غير واضحة.

علاوة على ذلك ، يُعتقد أنه بعد إطلاق عامل سيجما ، تصبح بروتينات NusA و NusG مرتبطة بالإنزيم الأساسي وتعديل معدل الاستطالة. في بعض المواقع ، تعمل هذه البروتينات على تعزيز التوقف.

من المثير للاهتمام أن نلاحظ أن نسخة RNA التي تم تشكيلها حديثًا تتكون من مجموعة ثلاثي الفوسفات في 5 & # 8242 ومجموعة حرة -OH في نهاية 3 & # 8242 (الشكل 10.7 ب). علاوة على ذلك ، فإن نسخة الحمض النووي الريبي أكبر من الجين البنيوي. تحتوي معظم الرسائل على مروج ، أي المنطقة القريبة من mRNA والتي تسمى تسلسل القائد ، أي المنطقة غير المترجمة قبل بداية الترجمة.

(3) إثبات قراءة mRNA:

يمتلك بوليميراز RNA نشاط قراءة إثبات مشابه لنشاط 3 & # 8242 → 5 & # 8242 خارجي نوكلياز DNA polymerase. يعمل البروتينان ، GreA و GreB ، على تمكين بوليميريز الحمض النووي الريبي (الذي يتم إيقافه نسبيًا) من النسخ الاحتياطي وشق 2-3 نيوكليوتيدات من نهاية الرسالة الوليدة 3 & # 8242. ينتج عن هذا إطلاق بوليميريز الحمض النووي الريبي الذي يتحرك بدوره عبر نقطة التوقف عند نهاية الجين 3 & # 8242.

(4) تفاعل البروتين والبروتين مع RNA Polymerase:

هناك العديد من العوامل التنظيمية التي تتصل مباشرة ببوليميراز الحمض النووي الريبي في منطقة المروج للقالب. يمكن تقسيم هذه العوامل التنظيمية (البروتينات) إلى فئتين ، الأولى والثانية.

تعمل بروتينات الفئة الأولى كمنشط للنسخ. هذه تربط المنبع من المروج (مثل CRP و AraC و Fnr و OmpR). تتداخل عوامل النسخ من الفئة الثانية مع منطقة المروج ، حيث يقوم عدد قليل من هذه المنظمات بالاتصال بنهاية الطرف C للوحدة الفرعية α (الشكل 10.4).

4. إنهاء السلسلة:

تنتهي عملية إنهاء سلسلة RNA بالأحداث:

(ط) وقف الاستطالة ،

(2) إصدار نسخة من مجمع التعليم العالي ، و

(3) تفكك البوليميراز من قالب الحمض النووي.

هناك نوعان من الآليات التي تؤدي إلى الإنهاء: عمليات الإنهاء المستقلة عن rho وتعتمد على rho.

(ط) إنهاء Rho المستقل:

يتم التعرف على إشارة الإنهاء المستقلة عن طريق الحمض النووي بواسطة الحمض النووي نفسه. يتكون من منطقة غنية GC مع تناظر ثنائي. يقرأ بوليميراز الحمض النووي الريبي ويوسع تسلسل بولي أ على قالب الحمض النووي (الشكل 108 أ). يقوم بتوليف RNA trans & shyscript الذي يصبح مطويًا لتشكيل بنية جذعية وحلقة من حوالي 20 قاعدة من المنبع 3 & # 8242-OH مع امتداد طرفي من 4-8 بولي U resi & shydues (الشكل 10.8 ب).

يتسبب هيكل حلقة جذعية RNA في توقف بوليميريز RNA وتعطيل هجين RNA-DNA عند نهاية 5 & # 8242. توجد بقايا Poly U في نهاية 3 & # 8242 للجزيء الهجين RNA-DNA. أزواج القاعدة الهجينة U-A غير مستقرة نسبيًا ، لذا فهي تتسبب في كسر 3 & # 8242 نهاية الهجين وتحرير سلسلة mRNA.

(2) الإنهاء المعتمد على Rho:

أعطى Richardson (1983) نموذجًا لإنهاء سلسلة RNA المعتمد على rho (الشكل 10.9). يتطلب الإنهاء المعتمد على Rho بروتين (عامل) Rho المشفر بواسطة جين rho. عامل rho هو شكل سداسي.

عندما يكون موقع الإيقاف المؤقت القوي موجودًا على ما يبدو على مسافة محددة من منطقة المروج ، يحدث الإنهاء المرتبط بعامل rho. ومع ذلك ، يجب أن يكون واضحًا أن موقع الإيقاف المؤقت القوي الموجود بالقرب من المروج لن يعمل كموقع للإنهاء. يتطلب Rho وجود ssRNA كمنطقة ربط (الشكل 10.9 أ).

شكل 10.9: نموذج لإطلاق عامل Rh بوساطة سلسلة RNA.

يتحرك عامل Rh على طول RNA من موقع ارتباطه إلى إنزيم RNA polymerase. يتم تسهيل الحركة من خلال التحلل المائي لـ ATP الذي يوفر الطاقة. من المأمول أن يلتف ssRNA حول الجزء الخارجي من عامل rho في موقع الربط الكبير. تسبق هذه الخطوة وصول بوليميراز الحمض النووي الريبي في موقع الإنهاء (ب).

يتم لف بوليميراز الحمض النووي الريبي جزئيًا حول الجزء الخارجي من عامل Rh. وبالتالي يأتي بروتين Rho في اتصال مع إنزيم البلمرة الأساسي. يتم تسهيل هذا الاتصال بواسطة بروتينات NusA أو NusG. تعتمد هذه الخطوة على التحلل المائي للنيوكليوتيدات ثلاثي الفوسفات (C).

تستمر عملية الالتفاف باستمرار وتعطل الروابط غير التساهمية التي تمسك الحمض النووي الريبي المتشكل حديثًا ببوليميراز DNA و RNA. يؤدي تنشيط نشاط هليكاز RNA / DNA إلى فصل سلسلة mRNA وبوليميراز RNA الأساسي عن قالب DNA. وبالتالي ، يتم تحرير معقد Rho-protein-RNA من مركب RNA polymerase- DNA (D).

أخيرًا ، يتم إطلاق بوليميريز الحمض النووي الريبي الأساسي ويتفاعل مع عامل سيغما المستخدم لبدء الجولة الثانية من النسخ. تم أيضًا وصف إشارة إنهاء النسخ المعتمدة على rho في العاثية F.1 بواسطة Mose and Model (1984).

5. دوران الحمض النووي الريبي:

على أساس معدلات الاضمحلال ، يمكن تصنيف الحمض النووي الريبي المنسوخ بهذه الطريقة في الجسم الحي إلى جزئين: جزيئات RNA مستقرة وغير مستقرة. تتكون جزيئات الحمض النووي الريبي المستقرة من الحمض الريبي النووي الريبوزي (الحمض النووي الريبي) والرنا الريباسي (الرنا الريباسي) ، في حين أن الرنا المرسال غير مستقر. في E. coli ، يكون إجمالي عدد سكان tRNA و rRNA 15-25٪ و 70-80٪ ، على التوالي.

إن mRNA موجود فقط بكميات قليلة (3-5٪). تتمثل أسباب الاستقرار في ارتباط الرنا الريباسي في مجمعات البروتين النووي الريبوسوم (الريبوسوم) وتحويل الحمض الريبي النووي الريبي والـ rRNA إلى البنية الثانوية.

يحمي هذا التحويل الحمض النووي الريبي المستقر عند الطرف 3 & # 8242 من انحلال الريبونوكلياز. تعمل نوكليازات الخلايا الخارجية على تحلل الرنا المرسال في اتجاه 3 '→ 5'. ومع ذلك ، فإن وجود بنية الحلقة الجذعية قد يمنع ارتباط نوكليازات داخلية.


علم الأحياء 171

بنهاية هذا القسم ، ستكون قادرًا على القيام بما يلي:

  • قائمة الخطوات في النسخ حقيقية النواة
  • ناقش دور بوليميراز الرنا في النسخ
  • قارن وقارن بين بوليميرات الحمض النووي الريبي الثلاثة
  • اشرح أهمية عوامل النسخ

تؤدي بدائيات النوى وحقيقيات النوى في الأساس نفس عملية النسخ ، مع بعض الاختلافات الرئيسية. يرجع الاختلاف الأكثر أهمية بين نسخ بدائيات النوى ونسخ حقيقيات النوى إلى النواة والعضيات المرتبطة بالغشاء. مع ارتباط الجينات بالنواة ، يجب أن تكون الخلية حقيقية النواة قادرة على نقل mRNA الخاص بها إلى السيتوبلازم ويجب أن تحمي mRNA الخاص بها من التدهور قبل ترجمتها. تستخدم حقيقيات النوى أيضًا ثلاثة أنواع مختلفة من البوليميرات التي يقوم كل منها بنسخ مجموعة فرعية مختلفة من الجينات. عادة ما تكون mRNAs حقيقية النواة أحادي المنشأ، بمعنى أنها تحدد بروتينًا واحدًا.

بدء النسخ في حقيقيات النوى

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 mRNA 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 الحمض النووي الريبي (rRNA) ومعالجته وتجميعه في ريبوسومات ((الشكل)). 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 من مجموعة الجينات الريبوزومية المكررة بالترادف 18S و 5.8S و 28S. (Note that the “S” designation applies to “Svedberg” units, a nonadditive value that characterizes the speed at which a particle sediments during centrifugation.)

Locations, Products, and Sensitivities of the Three Eukaryotic RNA Polymerases
بوليميراز الحمض النووي الريبي Cellular Compartment Product of Transcription α-Amanitin Sensitivity
أنا النواة All rRNAs except 5S rRNA Insensitive
II نواة All protein-coding nuclear pre-mRNAs Extremely sensitive
ثالثا نواة 5S rRNA, tRNAs, and small nuclear RNAs Moderately sensitive

RNA polymerase II is located in the nucleus and synthesizes all protein-coding nuclear pre-mRNAs. تخضع حقيقيات النوى pre-mRNAs لمعالجة مكثفة بعد النسخ ولكن قبل الترجمة. For clarity, this module’s discussion of transcription and translation in eukaryotes will use the term “mRNAs” to describe only the mature, processed molecules that are ready to be translated. RNA polymerase II مسؤول عن نسخ الغالبية العظمى من الجينات حقيقية النواة.

بوليميراز الحمض النووي الريبي الثالث يقع أيضًا في النواة. This polymerase transcribes a variety of structural RNAs that includes the 5S pre-rRNA, transfer pre-RNAs (pre-tRNAs), and small nuclear pre- RNAs . The tRNAs have a critical role in translation they serve as the “adaptor molecules” between the mRNA template and the growing polypeptide chain. تمتلك RNAs النووية الصغيرة مجموعة متنوعة من الوظائف ، بما في ذلك "splicing" pre-mRNAs وتنظيم عوامل النسخ.

A scientist characterizing a new gene can determine which polymerase transcribes it by testing whether the gene is expressed in the presence of α-amanitin, an oligopeptide toxin produced by the fly agaric toadstool mushroom and other species of Amanita. Interestingly, the α-amanitin affects the three polymerases very differently ((Figure)). RNA polymerase I is completely insensitive to α-amanitin, meaning that the polymerase can transcribe DNA in vitro in the presence of this poison. RNA polymerase III is moderately sensitive to the toxin. In contrast, RNA polymerase II is extremely sensitive to α-amanitin. The toxin prevents the enzyme from progressing down the DNA, and thus inhibits transcription. Knowing the transcribing polymerase can provide clues as to the general function of the gene being studied. Because RNA polymerase II transcribes the vast majority of genes, we will focus on this polymerase in our subsequent discussions about eukaryotic transcription factors and promoters.

RNA Polymerase II Promoters and Transcription Factors

Eukaryotic promoters are much larger and more intricate than prokaryotic promoters. However, both have a sequence similar to the -10 sequence of prokaryotes. In eukaryotes, this sequence is called the TATA box, and has the consensus sequence TATAAA on the coding strand. It is located at -25 to -35 bases relative to the initiation (+1) site ((Figure)). This sequence is not identical to the بكتريا قولونية -10 box, but it conserves the A–T rich element. The thermostability of A–T bonds is low and this helps the DNA template to locally unwind in preparation for transcription.

Instead of the simple σ factor that helps bind the prokaryotic RNA polymerase to its promoter, eukaryotes assemble a complex of transcription factors required to recruit RNA polymerase II to a protein coding gene. Transcription factors that bind to the promoter are called basal transcription factors. These basal factors are all called TFII (for Transcription Factor/polymerase II) plus an additional letter (A-J). The core complex is TFIID, which includes a TATA-binding protein (TBP). The other transcription factors systematically fall into place on the DNA template, with each one further stabilizing the pre-initiation complex and contributing to the recruitment of RNA polymerase II.


Some eukaryotic promoters also have a conserved CAAT box (GGCCAATCT) at approximately -80. Further upstream of the TATA box, eukaryotic promoters may also contain one or more GC-rich boxes (GGCG) or octamer boxes (ATTTGCAT). These elements bind cellular factors that increase the efficiency of transcription initiation and are often identified in more “active” genes that are constantly being expressed by the cell.

Basal transcription factors are crucial in the formation of a preinitiation complex on the DNA template that subsequently recruits RNA polymerase II for transcription initiation. The complexity of eukaryotic transcription does not end with the polymerases and promoters. An army of other transcription factors, which bind to upstream enhancers and silencers, also help to regulate the frequency with which pre-mRNA is synthesized from a gene. Enhancers and silencers affect the efficiency of transcription but are not necessary for transcription to proceed.

الهياكل المروجة لبوليميراز RNA الأول والثالث

The processes of bringing RNA polymerases I and III to the DNA template involve slightly less complex collections of transcription factors, but the general theme is the same.

The conserved promoter elements for genes transcribed by polymerases I and III differ from those transcribed by 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.

Eukaryotic transcription is a tightly regulated process that requires a variety of proteins to interact with each other and with the DNA strand. Although the process of transcription in eukaryotes involves a greater metabolic investment than in prokaryotes, it ensures that the cell transcribes precisely the pre-mRNAs that it needs for protein synthesis.

The evolution of genes may be a familiar concept. Mutations can occur in genes during DNA replication, and the result may or may not be beneficial to the cell. By altering an enzyme, structural protein, or some other factor, the process of mutation can transform functions or physical features. However, eukaryotic promoters and other gene regulatory sequences may evolve as well. For instance, consider a gene that, over many generations, becomes more valuable to the cell. Maybe the gene encodes a structural protein that the cell needs to synthesize in abundance for a certain function. If this is the case, it would be beneficial to the cell for that gene’s promoter to recruit transcription factors more efficiently and increase gene expression.

Scientists examining the evolution of promoter sequences have reported varying results. In part, this is because it is difficult to infer exactly where a eukaryotic promoter begins and ends. Some promoters occur within genes others are located very far upstream, or even downstream, of the genes they are regulating. However, when researchers limited their examination to human core promoter sequences that were defined experimentally as sequences that bind the preinitiation complex, they found that promoters evolve even faster than protein-coding genes.

It is still unclear how promoter evolution might correspond to the evolution of humans or other complex organisms. However, the evolution of a promoter to effectively make more or less of a given gene product is an intriguing alternative to the evolution of the genes themselves. 1

استطالة وإنهاء حقيقيات النوى

Following the formation of the preinitiation complex, the polymerase is released from the other transcription factors, and elongation is allowed to proceed as it does in prokaryotes with the polymerase synthesizing pre-mRNA in the 5′ to 3′ direction. As discussed previously, RNA polymerase II transcribes the major share of eukaryotic genes, so in this section we will focus on how this polymerase accomplishes elongation and termination.

Although the enzymatic process of elongation is essentially the same in eukaryotes and prokaryotes, the DNA template is considerably more complex. 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. هؤلاء DNA–histone complexes, collectively called nucleosomes, are regularly spaced and include 146 nucleotides of DNA wound around eight histones like thread around a spool.

لكي يحدث تخليق عديد النوكليوتيد ، تحتاج آلية النسخ إلى تحريك الهيستونات بعيدًا عن الطريق في كل مرة تواجه فيها جسيمًا نوويًا. This is accomplished by a special protein complex called FACT , which stands for “facilitates chromatin transcription. " يسحب هذا المركب الهيستونات بعيدًا عن قالب الحمض النووي بينما يتحرك البوليميراز على طوله. بمجرد تصنيع ما قبل mRNA ، يستبدل مجمع FACT الهستونات لإعادة تكوين الجسيمات النووية.

يختلف إنهاء النسخ باختلاف البوليميرات. Unlike in prokaryotes, elongation by RNA polymerase II in eukaryotes takes place 1,000 to 2,000 nucleotides beyond the end of the gene being transcribed. 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.

ملخص القسم

يتضمن النسخ في حقيقيات النوى واحدًا من ثلاثة أنواع من البوليميرات ، اعتمادًا على الجين الذي يتم نسخه. RNA polymerase II transcribes all of the protein-coding genes, whereas RNA polymerase I transcribes the tandemly duplicated rRNA genes, and RNA polymerase III transcribes various small RNAs, like the 5S rRNA, tRNA, and small nuclear RNA genes. يتضمن بدء النسخ في حقيقيات النوى ربط العديد من عوامل النسخ بتسلسلات المحفز المعقدة التي توجد عادةً في الجزء العلوي من الجين الذي يتم نسخه. The mRNA is synthesized in the 5′ to 3′ direction, and the FACT complex moves and reassembles nucleosomes as the polymerase passes by. في حين أن بوليميرا RNA الأول والثالث ينهي النسخ عن طريق طرق تعتمد على البروتين أو RNA ، فإن RNA polymerase II ينسخ 1000 أو أكثر من النيوكليوتيدات خارج القالب الجيني ويقطع الفائض أثناء معالجة ما قبل mRNA.

اتصالات فنية

Review A scientist splices a eukaryotic promoter in front of a bacterial gene and inserts the gene in a bacterial chromosome. هل تتوقع أن تقوم البكتيريا بنسخ الجين؟

No. Prokaryotes use different promoters than eukaryotes.

إستجابة مجانية

A scientist observes that a cell has an RNA polymerase deficiency that prevents it from making proteins. Describe three additional observations that would together support the conclusion that a defect in RNA polymerase I activity, and not problems with the other polymerases, causes the defect.

To determine that a RNA polymerase I mutation or deficiency is causing the defect in protein production, the scientist would need to make observations that provide evidence that RNA polymerases II and III are working in the cell. The observations eliminating RNA polymerase II as the defect could include:

The observations eliminating RNA polymerase III could include:

  • Isolation of small nuclear RNAs from the cell
  • Isolation of microRNAs from the cell
  • Transcription of 5S rRNA in the nucleus
  • Presence of tRNAs in the cytoplasm

The observations implicating RNA polymerase I could include:

  • A lack of functional ribosomes in the cytoplasm (RNA polymerase I or III)
  • A lack of RNA polymerase I protein
  • RNA polymerase I protein is non-functional

الحواشي

    H Liang et al., “Fast evolution of core promoters in primate genomes,” Molecular Biology and Evolution 25 (2008): 1239–44.

قائمة المصطلحات


What acts at the core promoter?

The core promoter is the site of action of the RNA polymerase II transcriptional machinery (for review, see Orphanides et al. 1996Hampsey 1998 Myer and Young 1998 Roeder 1998 Lee and Young 2000Dvir et al. 2001 White 2001 Woychik and Hampsey 2002). RNA polymerase II is a multisubunit enzyme that catalyzes the synthesis of mRNA from the DNA template. Accurate and efficient transcription from the core promoter requires the polymerase along with auxiliary factors that are commonly termed the “basal” or “general” transcription factors, which include transcription factor (TF) IIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, and TFIIH. With TATA box-dependent core promoters, it has been found that the purified factors can assemble into a transcription preinitiation complex (PIC) in the following order: TFIID, TFIIB, RNA polymerase II-TFIIF complex, TFIIE, and then TFIIH. For the purposes of this review, it is important to remember TFIID and TFIIB. TFIID is a multisubunit protein that consists of TBP (the TATA box-binding protein) and approximately 13 TBP-associated factors (TAFs Burley and Roeder 1996 Albright and Tjian 2000 Berk 2000 Verrijzer 2001 Tora 2002). [There are multiple TBP-containing complexes, and hence, the TAFs that are involved in RNA polymerase II transcription are termed TAFII250, TAFII150, etc. The TAF nomenclature has been revised recently (Tora 2002).] TFIIB is a single polypeptide that interacts with TBP as well as with the DNA upstream of the TATA box. In the stepwise PIC assembly mechanism described above, TFIID and TFIIB are the first two factors that interact with the core promoter. Accordingly, it appears that these two factors have a critical role in the recognition of core promoter motifs.


المواد التكميلية الإلكترونية

Additional file 1: Sequences of the TIRs used in the study. Sequences of the TIRs are provided. (DOC 32 KB)

12867_2007_237_MOESM2_ESM.doc

Additional file 2: Reverse transcription real-time PCR to determine mRNA levels. The file contains information about mRNA levels. (DOC 28 KB)

12867_2007_237_MOESM3_ESM.doc

Additional file 3: The effect of the TIR on GFP synthesis at 37°C. The experimental data used for Figure 2 are provided in fluorescence units. In addition, the data for اراباد promoter are shown. (DOC 304 KB)

12867_2007_237_MOESM4_ESM.doc

Additional file 4: The effect of the TIR on GFP synthesis at 20°C. The data from measurements done at 20°C are provided for all enhancer contexts. (DOC 186 KB)


شاهد الفيديو: عشرة تصرفات ستندم عليها بعد سن الأربعين (شهر فبراير 2023).