NộI Dung
- Tổng quan về axit nucleic
- Phiên mã DNA so với dịch
- Các bước phiên mã
- Sinh vật nhân sơ so với sinh vật nhân chuẩn
Bất kể bạn là người mới học về sinh học hay say mê lâu năm, rất có thể là tuyệt vời mà theo mặc định, bạn xem axit deoxyribonucleic (DNA) có lẽ là khái niệm không thể thiếu nhất trong tất cả khoa học đời sống. Ở mức tối thiểu, bạn có thể nhận ra rằng DNA là thứ khiến bạn trở nên độc nhất trong số hàng tỷ người trên hành tinh, đóng vai trò trong thế giới tư pháp hình sự cũng như giai đoạn trung tâm trong các bài giảng sinh học phân tử. Youve gần như chắc chắn đã học được rằng DNA chịu trách nhiệm cho bạn bất cứ đặc điểm nào bạn được thừa hưởng từ cha mẹ và DNA của bạn là di sản trực tiếp của bạn cho các thế hệ tương lai nếu bạn có con.
Những gì bạn có thể không biết nhiều là con đường kết nối DNA trong các tế bào của bạn với các đặc điểm vật lý mà bạn biểu hiện, cả công khai và che giấu, và chuỗi các bước trên con đường đó. Các nhà sinh học phân tử đã tạo ra khái niệm "giáo điều trung tâm" trong lĩnh vực của họ, có thể được tóm tắt đơn giản là "DNA thành RNA thành protein". Phần đầu tiên của quá trình này - tạo ra RNA, hoặc axit ribonucleic, từ DNA - được gọi là phiên mã, và loạt bài thể dục sinh hóa được nghiên cứu và phối hợp tốt này là thanh lịch như nó là sâu sắc về mặt khoa học.
Tổng quan về axit nucleic
DNA và RNA là axit nucleic. Cả hai đều là nền tảng cho tất cả cuộc sống; các đại phân tử này có liên quan rất chặt chẽ với nhau, nhưng các chức năng của chúng, trong khi đan xen một cách tinh xảo, rất khác nhau và chuyên biệt.
DNA là một polymer, có nghĩa là nó bao gồm một số lượng lớn các tiểu đơn vị lặp lại. Những tiểu đơn vị này không giống hệt nhau, nhưng chúng giống hệt nhau về hình thức. Hãy xem xét một chuỗi hạt dài bao gồm các khối có bốn màu và khác nhau về kích thước, và bạn có được cảm giác cơ bản về cách sắp xếp DNA và RNA.
Các monome (tiểu đơn vị) của axit nucleic được gọi là nucleotide. Bản thân các nucleotide bao gồm bộ ba phân tử riêng biệt: một nhóm phốt phát (hoặc nhóm), một loại đường năm carbon và một cơ sở giàu nitơ ("cơ sở" không phải theo nghĩa "nền tảng", mà có nghĩa là "chất nhận ion hydro" ). Các nucleotide tạo nên axit nucleic có một nhóm phốt phát, nhưng một số có hai hoặc thậm chí ba phốt phát liên tiếp. Các phân tử adenosine diphosphate (ADP) và adenosine triphosphate (ATP) là các nucleotide có tầm quan trọng đặc biệt trong chuyển hóa năng lượng của tế bào.
DNA và RNA khác nhau theo một số cách quan trọng. Một, trong khi mỗi phân tử này bao gồm bốn bazơ nitơ khác nhau, DNA bao gồm adenine (A), cytosine (C), guanine (G) và thymine (T), trong khi RNA bao gồm ba loại đầu tiên, nhưng thay thế uracil (U) đối với T. Hai, đường trong DNA là deoxyribose, còn đường trong RNA là ribose. Và ba, DNA là chuỗi kép ở dạng ổn định năng lượng nhất của nó, trong khi RNA là chuỗi đơn. Những khác biệt này có tầm quan trọng lớn trong cả phiên mã cụ thể và chức năng của các axit nucleic tương ứng nói chung.
Các bazơ A và G được gọi là purin, trong khi C, T và U được phân loại là pyrimidine. Quan trọng, A liên kết hóa học và chỉ với T (nếu DNA) hoặc U (nếu RNA); C liên kết với và chỉ với G. Hai chuỗi của phân tử DNA là bổ sung, nghĩa là các bazơ trong mỗi chuỗi khớp với nhau tại mọi điểm với cơ sở "đối tác" duy nhất ở chuỗi đối diện. Do đó, AACTGCGTATG bổ sung cho TTGACGCATAC (hoặc UUGACGCAUAC).
Phiên mã DNA so với dịch
Trước khi đi sâu vào cơ chế phiên mã DNA, đáng để dành một chút thời gian để xem xét thuật ngữ liên quan đến DNA và RNA, bởi vì có rất nhiều từ có âm giống nhau trong hỗn hợp, có thể dễ nhầm lẫn chúng.
Nhân rộng là hành động tạo ra một bản sao giống hệt của một cái gì đó. Khi bạn sao chụp tài liệu bằng văn bản (trường cũ) hoặc sử dụng chức năng sao chép và dán trên máy tính (trường mới), bạn sẽ sao chép nội dung trong cả hai trường hợp.
DNA trải qua quá trình sao chép, nhưng RNA, trong chừng mực mà khoa học hiện đại có thể xác định, thì không; nó chỉ phát sinh từ phiên âm _._ Từ một gốc Latin có nghĩa là "một bản viết ngang", phiên âm là mã hóa của một đặc biệt trong một bản sao của một nguồn gốc. Bạn có thể đã nghe nói về các nhà phiên âm y tế, có công việc là nhập vào dạng viết các ghi chú y khoa được thực hiện dưới dạng ghi âm. Lý tưởng nhất là các từ, và do đó, sẽ hoàn toàn giống nhau mặc dù có sự thay đổi trong phương tiện. Trong các tế bào, phiên mã liên quan đến việc sao chép DNA di truyền, được viết bằng ngôn ngữ của các chuỗi bazơ nitơ, thành dạng RNA - đặc biệt là RNA thông tin (mRNA). Sự tổng hợp RNA này xảy ra trong nhân của các tế bào nhân chuẩn, sau đó mRNA rời khỏi nhân và hướng đến một cấu trúc gọi là ribosome để trải qua dịch.
Trong khi phiên mã là mã hóa vật lý đơn giản của một phương tiện khác, theo thuật ngữ sinh học, là sự chuyển đổi đó thành hành động có mục đích. Một chiều dài DNA hoặc DNA đơn, được gọi là gen, cuối cùng kết quả trong các tế bào sản xuất một sản phẩm protein độc đáo. DNA vận chuyển điều này dọc theo dạng mRNA, sau đó mang đến một ribosome để nó được chuyển thành protein. Theo quan điểm này, mRNA giống như một màu xanh hoặc một bộ hướng dẫn để lắp ráp một mảnh đồ nội thất.
Điều đó hy vọng sẽ làm sáng tỏ bất kỳ bí ẩn nào bạn có về những gì axit nucleic làm. Nhưng những gì về phiên âm nói riêng?
Các bước phiên mã
DNA, khá nổi tiếng, được dệt thành một chuỗi xoắn kép. Nhưng trong hình thức này, thật khó để xây dựng bất cứ thứ gì từ nó. Do đó, trong khởi đầu pha (hoặc bước) của phiên mã, phân tử DNA không được tạo ra bởi các enzyme gọi là helicase. Chỉ một trong hai chuỗi DNA kết quả được sử dụng để tổng hợp RNA tại một thời điểm. Chuỗi này được gọi là không mã hóa bởi vì nhờ vào quy tắc ghép cặp cơ sở DNA và RNA, chuỗi DNA khác có trình tự các bazơ nitơ giống như mRNA được tổng hợp, do đó tạo ra chuỗi này mã hóa sợi. Dựa trên các điểm đã thực hiện trước đó, bạn có thể kết luận rằng một chuỗi DNA và mRNA mà nó chịu trách nhiệm sản xuất là bổ sung.
Khi chuỗi đã sẵn sàng để hoạt động, một phần của DNA được gọi là trình tự khởi đầu cho biết nơi bắt đầu phiên mã dọc theo chuỗi. Enzyme RNA polymerase đến vị trí này và trở thành một phần của phức hợp Promer. Tất cả điều này là để đảm bảo rằng quá trình tổng hợp mRNA bắt đầu chính xác nơi nó được cho là trên phân tử DNA và điều này tạo ra một chuỗi RNA chứa mã hóa mong muốn.
Tiếp theo, trong kéo dài pha, RNA polymerase "đọc" chuỗi DNA, bắt đầu từ trình tự khởi đầu và di chuyển dọc theo chuỗi DNA, giống như một giáo viên đi lên một hàng học sinh và phân phối các xét nghiệm, thêm nucleotide vào đầu phát triển của phân tử RNA mới hình thành.
Các liên kết được tạo ra giữa các nhóm phosphate của một nucleotide và nhóm ribose hoặc deoxyribose trên nucleotide tiếp theo được gọi là liên kết phosphodiester. Lưu ý rằng một phân tử DNA có một đầu được gọi là đầu cuối 3 ("ba nguyên tố") ở một đầu và đầu cuối 5 ("năm nguyên tố") ở đầu kia, với những con số này đến từ các vị trí nguyên tử carbon cuối cùng ở ribose thiết bị đầu cuối tương ứng "nhẫn." Khi phân tử RNA tự phát triển theo 3 hướng, nó di chuyển dọc theo chuỗi DNA theo hướng 5. Bạn nên kiểm tra một sơ đồ để đảm bảo rằng bạn hiểu đầy đủ các cơ chế tổng hợp mRNA.
Việc bổ sung nucleotide - cụ thể là nucleoside triphosphate (ATP, CTP, GTP và UTP; ATP là adenosine triphosphate, CTP là cytidine triphosphate, v.v.) để chuỗi mRNA kéo dài cần năng lượng. Điều này, giống như rất nhiều quá trình sinh học, được cung cấp bởi các liên kết phốt phát trong chính các triphosphate nucleoside. Khi liên kết phốt phát photphat năng lượng cao bị phá vỡ, các nucleotide thu được (AMP, CMP, GMP và UMP; trong các nucleotide này, "MP" là viết tắt của "monophosphate") được thêm vào mRNA và một cặp phân tử phốt phát vô cơ , PP thường được viếtTôi, rơi đi
Khi phiên mã xảy ra, nó đã làm như vậy, như đã nêu, dọc theo một chuỗi DNA. Tuy nhiên, hãy lưu ý rằng toàn bộ phân tử DNA không tách ra và tách thành các chuỗi bổ sung; Điều này chỉ xảy ra trong vùng lân cận trực tiếp của phiên mã. Kết quả là, bạn có thể hình dung một "bong bóng phiên mã" di chuyển dọc theo phân tử DNA. Điều này giống như một đối tượng di chuyển dọc theo dây kéo đang được giải nén ngay trước đối tượng bằng một cơ chế trong khi một cơ chế khác lại khóa dây kéo trong các đối tượng đánh thức.
Cuối cùng, khi mRNA đã đạt đến độ dài và hình thức cần thiết, chấm dứt giai đoạn được tiến hành. Giống như sự khởi đầu, giai đoạn này được kích hoạt bởi các chuỗi DNA cụ thể có chức năng như là dấu hiệu dừng cho RNA polymerase.
Ở vi khuẩn, điều này có thể xảy ra theo hai cách chung. Trong một trong số đó, trình tự kết thúc được phiên mã, tạo ra một chiều dài mRNA tự gập lại và do đó "bó lại" khi RNA polymerase tiếp tục thực hiện công việc của mình. Các phần gấp của mRNA thường được gọi là các sợi kẹp tóc và chúng liên quan đến việc ghép cặp cơ sở bổ sung trong phân tử mRNA đơn chuỗi nhưng bị méo. Hạ lưu từ phần kẹp tóc này là một phần kéo dài của các cơ sở U, hoặc dư lượng. Những sự kiện này buộc RNA polymerase ngừng thêm nucleotide và tách ra khỏi DNA, kết thúc phiên mã. Điều này được gọi là chấm dứt độc lập rho vì nó không phụ thuộc vào một protein được gọi là yếu tố rho.
Trong chấm dứt phụ thuộc rho, tình hình đơn giản hơn và không cần phân đoạn mRNA kẹp tóc hoặc dư lượng U. Thay vào đó, yếu tố rho liên kết với vị trí cần thiết trên mRNA và vật lý kéo mRNA ra khỏi RNA polymerase. Việc chấm dứt độc lập với rho hay phụ thuộc rho xảy ra tùy thuộc vào phiên bản chính xác của RNA polymerase đang hoạt động trên DNA và mRNA (nhiều loại phụ tồn tại) cũng như protein và các yếu tố khác trong môi trường tế bào tức thời.
Cả hai tầng của các sự kiện cuối cùng dẫn đến mRNA phá vỡ DNA ở bong bóng phiên mã.
Sinh vật nhân sơ so với sinh vật nhân chuẩn
Vô số sự khác biệt tồn tại giữa phiên mã ở sinh vật nhân sơ (hầu hết tất cả đều là vi khuẩn) và sinh vật nhân chuẩn (sinh vật đa bào như động vật, thực vật và nấm). Ví dụ, sự khởi đầu ở sinh vật nhân sơ thường liên quan đến sự sắp xếp cơ sở DNA được gọi là hộp Pribnow, với chuỗi cơ sở TATAAT nằm cách khoảng 10 cặp cơ sở cách nơi bắt đầu phiên mã. Tuy nhiên, sinh vật nhân chuẩn có trình tự chất tăng cường được đặt ở một khoảng cách đáng kể so với vị trí khởi đầu, cũng như các protein hoạt hóa giúp làm biến dạng phân tử DNA theo cách khiến RNA polymerase dễ tiếp cận hơn.
Ngoài ra, sự kéo dài xảy ra nhanh gấp hai lần ở vi khuẩn (khoảng 42 đến 54 cặp cơ sở mỗi phút, giáp với một lần mỗi giây) như ở sinh vật nhân chuẩn (khoảng 22 đến 25 cặp cơ sở mỗi phút). Cuối cùng, trong khi các cơ chế chấm dứt vi khuẩn được mô tả ở trên, ở sinh vật nhân chuẩn, giai đoạn này liên quan đến các yếu tố chấm dứt cụ thể, cũng như một chuỗi RNA gọi là poly-A (như trong nhiều cơ sở adenine liên tiếp) "đuôi". Vẫn chưa rõ liệu việc chấm dứt kéo dài có gây ra sự phân tách mRNA khỏi bong bóng hay không, liệu sự phân tách đột ngột có kết thúc quá trình kéo dài hay không.