DNA 전사 : 진핵 생물과 원핵 생물의 과정 - 생물학 - 2024

DNA 의 전사는 데 옥시 리보 핵산에 포함 된 정보가 단백질 합성의 단계 또는 관련 RNA 분자의 형성을 위해 유사한 분자 인 RNA로 복사되는 과정입니다. 매우 중요한 여러 세포 과정 (유전자 발현 조절, 신호 전달 등).

유기체의 모든 유전자가 단백질을 암호화하는 것은 사실이 아니지만, 진핵이든 원핵이든 세포의 모든 단백질이 하나 이상의 유전자에 의해 암호화되는 것은 사실이며, 여기서 각 아미노산은 3 개의 DNA 염기 세트 (코돈).

진핵 유전자 처리 (출처 : Leonid 2 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)

세포 단백질에 속하는 폴리펩티드 사슬의 합성은 전사와 번역의 두 가지 기본 과정 덕분에 발생합니다. 두 가지 모두 살아있는 유기체의 기능에 매우 중요한 두 가지 과정이기 때문에 고도로 규제됩니다.

DNA 전사 란 무엇입니까?

전사는 전사 될 유전자에 상응하는 DNA 영역에서 암호화 된 "표준"서열로부터 "메신저 RNA"(mRNA)로 알려진 RNA 분자에 대한 "주형"의 형성을 포함한다.

이 과정은 RNA 중합 효소라고 불리는 효소에 의해 수행됩니다.이 효소는 DNA 서열의 특별한 위치를 인식하고 결합하여 DNA 가닥을 열고 이러한 상보 적 DNA 가닥 중 하나를 주형으로 사용하여 RNA 분자를 합성합니다. 다른 특수 정지 시퀀스를 만나더라도 패턴.

반면에 번역은 단백질 합성이 일어나는 과정입니다. 그것은 유전자에서 전사 된 mRNA에 포함 된 정보의 "읽기", DNA 코돈의 아미노산으로의 "번역"및 폴리펩티드 사슬의 형성으로 구성됩니다.

mRNA의 뉴클레오타이드 서열의 번역은 아미노 아실 -tRNA 합성 효소로 알려진 효소에 의해 수행됩니다. 유전자의 DNA 서열을 충실하게 복제 한 MRNA.

진핵 생물의 전사 (과정)

진핵 생물에서 전사하는 동안 DNA는 효소 RNA 중합 효소의 도움으로 메신저 RNA 가닥을 만드는 주형으로 사용됩니다.

진핵 세포에서 전사 과정은 DNA가 염색체 형태로 포함되어있는 주요 세포 내 소기관 인 핵 내에서 발생합니다. 메신저 RNA (mRNA)로 알려진 단일 밴드 분자로 전사되는 유전자 코딩 영역의 "복사본"으로 시작됩니다.

DNA가 상기 세포 기관에 갇혀 있기 때문에, mRNA 분자는 핵에서 세포질로 유전 적 메시지를 전달하는 매개체 또는 운반자 역할을하며, 여기서 RNA의 번역이 일어나고 단백질 합성을위한 전체 생합성 기계 ( 리보솜).

-진핵 유전자는 어떤가요?

유전자는 특성이 기능을 결정하는 DNA 서열로 구성됩니다. 뉴클레오티드의 순서가 전사 및 후속 번역 (단백질을 코딩하는 경우)을 결정하기 때문입니다.

유전자가 전사 될 때, 즉 그 정보가 RNA 형태로 복사되면 그 결과는 유전자 발현 조절, 세포 신호 전달 등에 직접적인 기능을하는 non-coding RNA (cRNA)가 될 수 있습니다. 또는 메신저 RNA (mRNA) 일 수 있으며, 이는 펩티드의 아미노산 서열로 번역됩니다.

진핵 유전자의 구조 표현 (출처 : Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0), Wikimedia Commons를 통해)

유전자가 RNA 또는 단백질 형태의 기능적 산물을 가지고 있는지 여부는 그 서열에 존재하는 특정 요소 또는 영역에 따라 다릅니다.

진핵 또는 원핵 유전자에는 두 가닥의 DNA가 있는데, 하나는 "센스"가닥으로, 다른 하나는 "안티센스"로 알려져 있습니다. 이들 서열의 전사를 담당하는 효소는 두 가닥 중 하나, 일반적으로 "지향 된"5'-3 '인 "센스"또는 "코딩"가닥만을 "읽는다".

모든 유전자는 끝에 조절 서열이 있습니다.

-시퀀스가 코딩 영역 (전사 될 영역) 앞에있는 경우 "프로모터"라고합니다.

-여러 킬로베이스로 분리 된 경우 "무음"또는 "향상"이 될 수 있습니다.

-유전자의 3 '영역에 가장 가까운 서열은 일반적으로 종결 자 서열이며, 이는 중합 효소에게 전사를 중지하고 종료해야 함을 알려줍니다 (또는 경우에 따라 복제).

프로모터 영역은 코딩 영역에 대한 근접성에 따라 원위 및 근위로 나뉩니다. 그것은 유전자의 5 '끝에 있으며 RNA 중합 효소와 다른 단백질이 DNA에서 RNA 로의 전사를 시작하기 위해 인식하는 부위입니다.

프로모터 영역의 근위 부분에서 전사 인자가 결합 할 수 있으며, 전사 인자는 전사 될 서열에 대한 효소의 친화도를 변형시키는 능력을 가지고 있으며, 따라서 그들은 유전자의 전사를 양성 또는 음성 조절을 담당합니다.

인핸서 및 침묵 영역은 또한 유전자 코딩 서열의 "상류"에있는 활성제 또는 억제 요소와의 결합에 의해 프로모터 영역의 "활성"을 변형시킴으로써 유전자 전사를 조절하는 역할을한다.

진핵 유전자는 기본적으로 항상 "꺼짐"또는 "억제"되어 있으므로 발현 ​​(전사)하려면 프로모터 요소에 의해 활성화되어야합니다.

-전사 책임자는 누구입니까?

유기체가 무엇이든 전사는 RNA 중합 효소라는 효소 그룹에 의해 수행되며, 이는 세포가 분열하려고 할 때 DNA 복제를 담당하는 효소와 유사하며 RNA 사슬의 합성에 특화되어 있습니다. 전사되는 유전자의 DNA 가닥 중 하나에서.

RNA 중합 효소는 많은 소단위로 구성된 큰 효소 복합체입니다. 다양한 유형이 있습니다.

-RNA 중합 효소 I (Pol I) : "대형"리보솜 서브 유닛을 암호화하는 유전자를 전사합니다.

-RNA 중합 효소 II (Pol II) : 단백질을 암호화하는 유전자를 전사하여 마이크로 RNA를 생성합니다.

-RNA 중합 효소 III (Pol III) : 번역 과정에서 사용되는 전달 RNA와 리보솜의 작은 소단위에 해당하는 RNA를 생성합니다.

-RNA 중합 효소 IV 및 V (Pol IV 및 Pol V) : 이들은 전형적인 식물이며 작은 간섭 RNA의 전사를 담당합니다.

-과정은 무엇입니까?

진핵 유전자 전사 (출처 : Erinp.5000 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)

유전 적 전사는 개시, 신장, 종결의 세 단계로 나누어 연구 할 수있는 과정입니다.

개시

개시 동안 프로모터 영역은 유전자의 프로모터 영역이 RNA 중합 효소에 대한 인식 부위로 기능합니다. 이것은 대부분의 유전자 발현이 조절되는 곳입니다.

RNA 중합 효소 (RNA 중합 효소 II)는 유전자의 5 '말단에서 6 ~ 10 개의 염기쌍으로 구성된 프로모터 영역 서열에 결합합니다. 전사 시작 부위의.

RNA 중합 효소의 결합은 DNA 이중 나선의 "개방"으로 이어져 상보 적 가닥을 분리합니다. RNA 합성은 "개시 부위"로 알려진 부위에서 시작하여 5'-3 '방향, 즉 "하류"또는 왼쪽에서 오른쪽으로 (관습에 따라) 발생합니다.

RNA 중합 효소에 의해 매개되는 전사의 개시는 프로모터 영역에서 효소의 "위치"에 기여하는 일반 전사 인자로 알려진 단백질 전사 인자의 수반되는 존재에 따라 달라집니다.

효소가 중합을 시작한 후에는 프로모터 서열과 일반 전사 인자 모두에서 "분리"됩니다.

연장

신장하는 동안 RNA 중합 효소는 주형 역할을하는 사슬 아래로 미끄러집니다.

이는 RNA 중합 효소가 DNA 서열을 따라 "이동"하고 성장하는 RNA에 "주형"역할을하는 DNA 가닥에 상보적인 리보 뉴클레오티드를 추가 할 때 발생합니다. RNA 중합 효소가 DNA 가닥을 "통과"하면 안티센스 가닥에 다시 결합됩니다.

RNA 중합 효소에 의해 수행되는 중합은 성장하는 RNA 사슬의 위치 3 '에서 추가 될 다음 뉴클레오타이드 전구체의 인산 "알파"에 대한 산소의 친 핵성 공격으로 구성되며, 그 결과 포스 포디 에스테르 결합이 형성되고 피로 인산 분자 (PPi).

DNA 가닥, RNA 중합 효소 및 초기 RNA 가닥으로 구성된 세트는 전사 버블 또는 복합체로 알려져 있습니다.

종료

RNA 중합 효소가 유전자의 말단 영역에 도달하면 전사 메신저 RNA가 완성됩니다. 그런 다음 RNA 중합 효소, DNA 가닥 및 전사 메신저 RNA가 해리됩니다.

중합 효소가 전사 개시 부위에서 논리적으로 "하류"에 위치한 종결 서열에 도달하면 종결이 발생합니다. 이것이 발생하면 효소와 합성 된 RNA는 모두 전사되는 DNA 서열에서 "분리"됩니다.

종결 영역은 일반적으로 자체적으로 "접힘"되어 "헤어핀 루프"유형 구조를 형성 할 수있는 DNA 서열로 구성됩니다.

종결 후, 합성 된 RNA 가닥은 1 차 전사 체로 알려져 있으며, 전사 복합체에서 방출 된 후 전사 후 처리 (해당되는 경우 단백질로의 번역 이전)를 통해 처리되거나 처리되지 않을 수 있습니다. "절단 및 접합"이라고하는 과정.

원핵 생물의 전사 (과정)

원핵 세포에는 막으로 둘러싸인 핵이 없기 때문에 세포질, 특히 염색체 DNA가 집중된 "핵"영역에서 전사가 발생합니다 (박테리아에는 원형 염색체가 있음).

이러한 방식으로, 전사 및 번역 과정이 동일한 구획에서 일어나기 때문에 주어진 단백질의 세포질 농도의 증가는 진핵 생물보다 원핵 생물에서 실질적으로 더 빠릅니다.

-원핵 유전자는 어떤가요?

원핵 생물은 진핵 생물과 매우 유사한 유전자를 가지고 있습니다. 전자는 또한 프로모터와 조절 영역을 전사에 사용하지만, 중요한 차이점은 프로모터 영역이 종종 진핵 생물의 "강한"발현을 달성하기에 충분하다는 사실과 관련이 있습니다. 유전자.

이러한 의미에서 일반적으로 원핵 유전자는 기본적으로 항상 "켜짐"상태임을 언급하는 것이 중요합니다.

프로모터 영역은 일반적으로 리프레 서 분자에 의해 조절되고 "운영자 영역"으로 알려진 "상류"와 같은 다른 영역과 연관됩니다.

원핵 유전자 구조 표현 (출처 : Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0), Wikimedia Commons를 통해)

원핵 생물과 진핵 생물 간의 전사 차이는 일반적으로 진핵 생물의 메신저 RNA가 단일 시스 트론이라는 것입니다. MRNA는 둘 이상의 단백질에 대한 정보를 포함 할 수 있습니다.

따라서, 예를 들어 유사한 대사 기능을 가진 단백질을 코딩하는 원핵 유전자가 단일 분자 형태의 메신저 RNA로 동시에 전사되는 오페론으로 알려진 그룹에서 발견된다는 것은 잘 알려져있다.

원핵 유전자는 그 사이에 많은 비 암호화 영역없이 조밀하게 포장되어 있으므로 선형 메신저 RNA 분자로 전사되면 즉시 단백질로 번역 될 수 있습니다 (진핵 mRNA는 종종 추가 처리가 필요함).

-원핵 RNA 중합 효소는 어떤가요?

예를 들어, 박테리아와 같은 원핵 생물은 동일한 RNA 중합 효소 효소를 사용하여 모든 유전자, 즉 리보솜 서브 유닛을 코딩하는 것과 다른 세포 단백질을 코딩하는 유전자를 전사합니다.

E. coli 박테리아에서 RNA 중합 효소는 5 개의 폴리 펩타이드 서브 유닛으로 구성되며 그 중 2 개는 동일합니다. α, α, β, β '서브 유닛은 효소의 중앙 부분을 구성하고 각 전사 이벤트 동안 조립 및 분해됩니다.

α 서브 유닛은 DNA와 효소 사이의 결합을 허용하는 것입니다. β 서브 유닛은 초기 mRNA 분자의 DNA 주형에 따라 중합 될 트리 포스페이트 리보 뉴클레오티드에 결합하고 β '서브 유닛은 상기 주형 DNA 가닥에 결합합니다.

σ로 알려진 다섯 번째 하위 단위 는 전사 시작에 참여하며 중합 효소에 특이성을 부여하는 하위 단위 입니다.

-과정은 무엇입니까?

원핵 생물의 전사는 진핵 생물의 전사와 매우 유사하며 (시작, 연장 및 종료로도 나뉩니다), 프로모터 영역의 정체성과 RNA 중합 효소에 필요한 전사 인자에 약간의 차이가 있습니다. 그들의 기능을 발휘하십시오.

프로모터 영역은 서로 다른 원핵 생물 종간에 다를 수 있지만, 코딩 서열의 -10 영역 (TATAAT) 및 -35 영역 (TTGACA) 상류에서 쉽게 확인할 수있는 두 개의 보존 된 "합의"서열이 있습니다.

개시

RNA 중합 효소의 σ 서브 유닛에 따라 DNA와 효소 사이의 상호 작용을 매개하여 프로모터 서열을 인식 할 수 있습니다. 개시는 방출되는 약 10 개 뉴클레오타이드의 일부 낙태 성 전사 체가 생성 될 때 종료된다.

연장

σ 서브 유닛이 효소에서 분리되면 신장 단계가 시작되며, 이는 5'-3 '방향 (초당 약 40 개 뉴클레오티드)의 mRNA 분자 합성으로 구성됩니다.

종료

원핵 생물의 종결은 두 가지 유형의 신호에 따라 다르며 Rho 의존적 및 Rho 독립적 일 수 있습니다.

Rho- 의존성 단백질은 RNA 합성에서 후자가 구아닌 (G)이 풍부한 서열을 달성하고 속도를 늦추고 Rho 단백질과 접촉 할 때까지 중합 효소를 "따르는"단백질에 의해 제어됩니다. DNA와 mRNA에서 분리됩니다.

Rho- 독립적 인 종결은 일반적으로 구아닌-사이토 신 (GC) 반복이 풍부한 특정 유전자 서열에 의해 제어됩니다.

참고 문헌

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2007). 세포의 분자 생물학. 갈랜드 과학. 뉴욕, 1392 년.
2. Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). 유전자 분석에 대한 소개. 맥밀란.
3. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). 분자 세포 생물학. 맥밀란.
4. Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Lehninger 생화학 원리. 맥밀란.
5. Rosenberg, LE 및 Rosenberg, DD (2012). 인간 유전자와 게놈 : 과학. 건강, 사회, 317-338.
6. Shafee, T., & Lowe, R. (2017). 진핵 및 원핵 유전자 구조. Wiki Journal of Medicine, 4 (1), 2.
7. McGraw-Hill 애니메이션, youtube.com. DNA 전사 및 번역.