Was bedeutet das Wort Transkription? allgemeine Informationen

IV. TRANSKRIPTION

Die Transkription ist die erste Stufe der Umsetzung genetischer Informationen in einer Zelle. Dabei entstehen mRNA-Moleküle, die als Vorlage für die Proteinsynthese dienen, sowie Transport-, ribosomale und andere Arten von RNA-Molekülen, die Struktur-, Adapter- und katalytische Funktionen erfüllen (Abb. 4-26).

Reis. 4-26. Schema zur Umsetzung genetischer Informationen in phänotypische Merkmale. Die Umsetzung des Informationsflusses in einer Zelle kann durch das DNA-RNA-Protein-Diagramm dargestellt werden. DNA-„RNA“ bedeutet die Biosynthese von RNA-Molekülen (Transkription); RNA-„Protein“ bedeutet die Biosynthese von Polypeptidketten (Translation).

Die Transkription erfolgt bei Eukaryoten im Zellkern. Der Transkriptionsmechanismus basiert auf dem gleichen Strukturprinzip der komplementären Basenpaarung im RNA-Molekül (G ≡ C, A=U und T=A). DNA dient nur als Vorlage und verändert sich während der Transkription nicht. Ribonukleosidtriphosphate (CTP, GTP, ATP, UTP) sind Substrate und Energiequellen, die für die Polymerasereaktion und die Bildung einer 3,5-Zoll-Phosphodiesterbindung zwischen Ribonukleosidmonophosphaten erforderlich sind.

Die Synthese von RNA-Molekülen beginnt an bestimmten Sequenzen (Stellen) der DNA, die aufgerufen werden Promoter, und endet in den Abschlussabschnitten (Endstellen). Die durch den Promotor und die Terminationsstelle begrenzte DNA-Region ist eine Transkriptionseinheit – Transkripton. Bei Eukaryoten umfasst Transkripton normalerweise ein Gen (Abb. 4-27); bei Prokaryoten sind es mehrere. Jedes Transkripton enthält eine nicht-informative Zone; Es enthält spezifische Nukleotidsequenzen, mit denen regulatorische Transkriptionsfaktoren interagieren.

Transkriptionsfaktoren - Proteine, die mit bestimmten regulatorischen Stellen interagieren und den Transkriptionsprozess beschleunigen oder verlangsamen. Das Verhältnis von informativen und nicht-informativen Teilen beträgt in eukaryotischen Transkriptonen durchschnittlich 1:9 (bei Prokaryoten 9:1).

Benachbarte Transkriptone können durch nichttranskribierte DNA-Regionen voneinander getrennt werden. Die Aufteilung der DNA in viele Transkriptonen ermöglicht verschiedene Aktivitäten individuelles Ablesen (Transkription) verschiedener Gene.

In jedem Transkripton wird nur einer der beiden DNA-Stränge transkribiert, was man nennt Matrix, die zweite dazu komplementäre Kette heißt Codierung. Die Synthese der RNA-Kette verläuft vom 5"- bis zum 3"-Ende, während der Matrizen-DNA-Strang immer antiparallel zur synthetisierten Nukleinsäure verläuft (Abb. 4-28).

Die Transkription hängt nicht mit den Phasen des Zellzyklus zusammen; Es kann je nach Bedarf einer Zelle oder eines Organismus an einem bestimmten Protein schneller oder langsamer werden.

RNA-Polymerasen

Die RNA-Biosynthese wird durch DNA-abhängige RNA-Polymerasen durchgeführt. In den Kernen von Eukaryoten wurden drei spezialisierte RNA-Polymerasen gefunden: RNA-Polymerase I, Synthese von prä-rRNA; RNA-Polymerase II, verantwortlich für die Synthese von Prä-mRNA; RNA-Polymerase III, Synthese von Prä-tRNA. RNA-Polymerasen sind oligomere Enzyme, die aus mehreren Untereinheiten bestehen – 2α, β, β“, σ. Die o (Sigma)-Untereinheit übt eine regulatorische Funktion aus, sie ist einer der Transkriptionsinitiationsfaktoren, RNA-Polymerasen I, II, III, die verschiedene Promotoren erkennen , enthalten σ-Untereinheiten unterschiedlicher Struktur.

A. Phasen der Transkription

Der Transkriptionsprozess besteht aus drei Phasen: Initiierung, Verlängerung und Beendigung.

Einleitung

Die Aktivierung des Promotors erfolgt mit Hilfe eines großen Proteins – TATA-Faktor, so genannt, weil es mit einer spezifischen Nukleotidsequenz des Promotors interagiert - TATAAAA- (TATA-Box)(Abbildung 4-29).

Die Zugabe des TATA-Faktors erleichtert die Interaktion des Promotors mit der RNA-Polymerase. Initiationsfaktoren bewirken eine Konformationsänderung der RNA-Polymerase und sorgen für die Abwicklung von etwa einer Windung der DNA-Helix, d. h. gebildet Transkriptionsgabel,

Reis. 4-27. Transkriptonstruktur.

Reis. 4-28. Transkription von RNA auf einen DNA-Matrizenstrang. Die RNA-Synthese erfolgt immer in der Richtung 5" → 3".

Reis. 4-29. Struktur des eukaryotischen Promotors. Promotorelemente sind spezifische Nukleotidsequenzen, die für jeden Promotor charakteristisch sind, der RNA-Polymerase bindet. Das erste Promotorelement, die ATATAA-Sequenz (TATA-Box), ist etwa 25 Nukleotidpaare (bp) von der Transkriptionsstartstelle entfernt. In einem Abstand von ca. 40 (manchmal bis zu 120) bp. daraus liegt die Sequenz GGCCAATC- (CAAT-Box).

in dem die Matrize zur Verfügung steht, um die Synthese des RNA-Strangs zu initiieren (Abb. 4-30).

Nachdem ein Oligonukleotid mit 8–10 Nukleotidresten synthetisiert wurde, wird die σ-Untereinheit von der RNA-Polymerase getrennt und stattdessen werden mehrere Verlängerungsfaktoren an das Enzymmolekül angehängt.

Verlängerung

Elongationsfaktoren erhöhen die Aktivität der RNA-Polymerase und erleichtern die Divergenz von DNA-Strängen. Die Synthese eines RNA-Moleküls erfolgt vom 5-Zoll- bis zum 3-Zoll-Ende, komplementär zum Matrizen-DNA-Strang. Im Elongationsstadium, in der Transkriptionsregion

Bei den Gabeln werden etwa 18 DNA-Nukleotidpaare gleichzeitig getrennt. Das wachsende Ende der RNA-Kette bildet mit dem Matrizen-DNA-Strang eine temporäre Hybridhelix, etwa 12 Paare von Nukleotidresten. Wenn sich die RNA-Polymerase entlang der Matrize in Richtung vom 3-Zoll- zum 5-Zoll-Ende bewegt, kommt es vor ihr zu einer Divergenz und dahinter zu einer Wiederherstellung der DNA-Doppelhelix.

Beendigung

Das Abwickeln der DNA-Doppelhelix an der Terminationsstelle macht sie für den Terminationsfaktor zugänglich. Die RNA-Synthese ist abgeschlossen

Reis. 4-30. Phasen der Transkription. 1 – Anbindung des TATA-Faktors an den Promotor. Damit der Promotor von der RNA-Polymerase erkannt wird, ist die Bildung des Transkriptionskomplexes TATA-Faktor/TATA-Box (Promotor) erforderlich. Der TATA-Faktor bleibt während der Transkription an die TATA-Box gebunden, was die Verwendung des Promotors durch viele RNA-Polymerasemoleküle erleichtert; 2 – Bildung einer Transkriptionsgabel; 3 - Dehnung; 4.- Kündigung.

streng definierte Bereiche der Matrix - Terminatoren (Endstellen). Der Terminationsfaktor erleichtert die Trennung des Primärtranskripts (Prä-mRNA), komplementär zur Matrize und RNA-Polymerase aus der Matrize. Nach der Hinzufügung der σ-Untereinheit kann die RNA-Polymerase in die nächste Transkriptionsrunde eintreten.

B. Kovalente Modifikation (Verarbeitung) von Messenger-RNA

Primäre mRNA-Transkripte durchlaufen eine Reihe kovalenter Modifikationen, bevor sie in der Proteinsynthese verwendet werden. Diese Modifikationen sind notwendig, damit die mRNA als Matrize fungiert.

Modifikation des 5"-Endes

Prä-mRNA-Modifikationen beginnen im Elongationsstadium. Wenn die Länge des Primärtranskripts etwa 30 Nukleotidreste erreicht, Verschließen sein 5"-Ende. Die Verkappung erfolgt durch Guanylyltransferase. Das Enzym hydrolysiert die hochenergetische Bindung im GTP-Molekül und bindet einen Nukleotiddiphosphatrest mit einer 5"-Phosphatgruppe an das 5"-Ende des synthetisierten RNA-Fragments Die anschließende Methylierung des Guaninrests in der Zusammensetzung von GTP unter Bildung von N 7 -Methylguanosin vervollständigt die Bildung der Kappe (Abb. 4-31).

Reis. 4-31. Kovalente Modifikation der terminalen Nukleotidreste des primären mRNA-Transkripts.

Das modifizierte 5"-Ende sorgt für die Initiierung der Translation, verlängert die Lebensdauer der mRNA und schützt sie vor der Wirkung von 5"-Exonukleasen im Zytoplasma. Eine Verkappung ist notwendig, um die Proteinsynthese zu initiieren, da die initiierenden Tripletts AUG und GUG vom Ribosom nur dann erkannt werden, wenn eine Verkappung vorhanden ist. Das Vorhandensein einer Kappe ist auch für den Betrieb eines komplexen Enzymsystems erforderlich, das die Entfernung von Nitronen gewährleistet.

3" Endmodifikation

Auch das 3"-Ende der meisten durch RNA-Polymerase II synthetisierten Transkripte unterliegt einer Modifikation, bei der durch ein spezielles Enzym PolyA-Polymerase eine PolyA-Sequenz (PolyA-Schwanz) bestehend aus 100-200 Adenylsäureresten gebildet wird.

Das Signal zum Beginn der Polyadenylierung ist die Sequenz -AAUAAA- auf der wachsenden RNA-Kette. Das Enzym PolyA-Polymerase, das Exonukleaseaktivität aufweist, bricht die 3"-Phosphoesterbindung nach dem Auftreten einer spezifischen Sequenz -AAUAAA- in der RNA-Kette. Bis zum 3"-Ende an der Bruchstelle wächst die PolyA-Polymerase Eine PolyA-Sequenz am 3"-Ende erleichtert den Austritt der mRNA aus dem Zellkern und verlangsamt ihre Hydrolyse im Zytoplasma.

Die Enzyme, die Caching und Polyadenylierung durchführen, binden selektiv an RNA-Polymerase II und sind in Abwesenheit von Polymerase inaktiv.

Spleißen primärer mRNA-Transkripte

Mit dem Aufkommen von Methoden, die es ermöglichen, die Primärstruktur von mRNA-Molekülen im Zytoplasma und die dafür kodierende Nukleotidsequenz der genomischen DNA zu untersuchen, wurde festgestellt, dass sie nicht komplementär sind und die Länge des Gens um ein Vielfaches größer ist als die „reife“ mRNA. Nukleotidsequenzen, die in der DNA vorhanden, aber nicht in der reifen mRNA enthalten sind, wurden als nicht-kodierend bezeichnet Introns, und die in der mRNA vorhandenen Sequenzen sind kodierend, oder Exons. Somit ist das Primärtranskript eine streng komplementäre Nukleinsäure (Prä-mRNA), die sowohl Exons als auch Introns enthält. Die Länge der Introns variiert zwischen 80 und 1000 Nukleotiden. Aus dem Primärtranskript werden Intronsequenzen „herausgeschnitten“ und die Enden der Exons werden miteinander verbunden. Diese Modifikation der RNA wird aufgerufen „spleißen“(aus dem Englischen, spleißen - spleißen). Das Spleißen erfolgt im Zellkern und die „reife“ mRNA gelangt in das Zytoplasma.

Eukaryontische Gene enthalten mehr Introns als Exons, sodass sehr lange Prä-mRNA-Moleküle (etwa 5000 Nukleotide) in kürzere zytoplasmatische mRNA-Moleküle (500 bis 3000 Nukleotide) gespleißt werden.

Der Prozess der „Exzision“ von Introns erfolgt unter Beteiligung kleiner nuklearer Ribonukleoproteine ​​(snRNPs). SnRNP umfasst kleine Kern-RNA (snRNA), deren Nukleotidkette mit einem Proteinrückgrat verbunden ist, das aus mehreren Protomeren besteht. Am Spleißen sind verschiedene snRNPs beteiligt (Abb. 4-32).

Die Nukleotidsequenzen von Nitronen sind funktionell inaktiv. Aber an den 5"- und 3"-Enden verfügen sie über hochspezifische Sequenzen – AGGU- bzw. GAGG- (Spleißstellen), die ihre Entfernung vom Prä-mRNA-Molekül gewährleisten. Eine Änderung der Struktur dieser Sequenzen wirkt sich auf den Spleißvorgang aus.

In der ersten Phase des Prozesses binden snRNPs an bestimmte Sequenzen des Primärtranskripts (Spleißstellen), anschließend werden andere snRNPs an sie gebunden. Während der Bildung der Spleißosomenstruktur bewegt sich das 3-Zoll-Ende eines Exons näher an das 5-Zoll-Ende des nächsten Exons. Das Spleißosom katalysiert die Spaltungsreaktion der 3",5"-Phosphodiesterbindung an der Exon-Intron-Grenze. Die Intronsequenz wird entfernt und die beiden Exons werden verbunden. Die Bildung einer 3,5 Zoll langen Phosphodiesterbindung zwischen zwei Exons wird durch snRNA (kleine Kern-RNA) katalysiert, die in der Struktur des Spleißosoms enthalten ist. Durch das Spleißen entstehen aus primären mRNA-Transkripten „reife“ mRNA-Moleküle.

Alternatives Spleißen primärer mRHE-Transkripte

Für einige Gene wurden alternative Spleiß- und Polyadenylierungswege desselben Transkripts beschrieben. Ein Exon einer Spleißvariante kann ein Intron in einem alternativen Weg sein, sodass sich die als Ergebnis des alternativen Spleißens gebildeten mRNA-Moleküle im Satz von Exons unterscheiden. Dies führt dazu, dass aus einem Primärtranskript unterschiedliche mRNAs und damit unterschiedliche Proteine ​​entstehen. So entsteht in den parafollikulären Zellen der Schilddrüse (Abb. 4-33) bei der Transkription des Calcitonin-Hormon-Gens (siehe Abschnitt 11) ein primäres mRNA-Transkript, das aus sechs Exons besteht. Calcitonin-Messenger-RNA wird durch Spleißen der ersten vier Exons (1-4) gebildet. Das letzte (vierte) Exon enthält ein Polyadenylierungssignal (Sequenz -AAUAAA-), das von der PolyA-Polymerase in parafollikulären Zellen der Schilddrüse erkannt wird. Dasselbe Primärtranskript in Gehirnzellen während einer anderen (alternativen)

Reis. 4-32. RNA-Spleißen. Am Spleißvorgang sind verschiedene snRNPs beteiligt, die das Spleißosom bilden. snRNPs, die mit RNA und untereinander interagieren, fixieren und orientieren die Reaktionsgruppen des Primärtranskripts. Die katalytische Funktion von Spleißosomen wird durch RNA-Komponenten bestimmt; Solche RNAs werden Ribozyme genannt.

Reis. 4-33. Alternatives Spleißen des Calcitonin-Gens. In Schilddrüsenzellen führt das Spleißen des Primärtranskripts zur Bildung von Calcitonin-mRNA, die 4 Exons und eine PolyA-Sequenz umfasst, die nach der Spaltung des Transkripts in der ersten Region des Polyadenylierungssignals gebildet wird. In Gehirnzellen wird mRNA gebildet, die die Exons 1, 2, 3, 5, 6 und eine PolyA-Sequenz enthält, die nach dem zweiten Polyadenylierungssignal gebildet wird.

Der Spleißweg wird in mRNA für Calcitonin-ähnliches Protein umgewandelt, das für die Geschmackswahrnehmung verantwortlich ist. Die Messenger-RNA dieses Proteins besteht aus den ersten drei Exons, die bei Calcitonin-mRNA üblich sind, umfasst aber zusätzlich das fünfte und sechste Exon, die für Calcitonin-mRNA nicht charakteristisch sind. Das sechste Exon hat auch ein Polyadenylierungssignal -AAUAAA-, das vom Enzym PolyA-Polymerase in Nervengewebezellen erkannt wird. Die Wahl eines der Wege (alternatives Spleißen) und einer der möglichen Polyadenylierungsstellen spielt eine wichtige Rolle bei der gewebespezifischen Genexpression.

Verschiedene Spleißvarianten können zur Bildung unterschiedlicher Isoformen desselben Proteins führen. Beispielsweise besteht das Troponin-Gen aus 18 Exons und kodiert zahlreiche Isoformen dieses Muskelproteins. In verschiedenen Geweben werden in bestimmten Stadien ihrer Entwicklung unterschiedliche Isoformen von Troponin gebildet.

B. Verarbeitung primärer Transkripte ribosomaler RNA und Transfer-RNA

Kodierung von Genen am meisten Strukturelle RNAs werden von den RNA-Polymerasen I und III transkribiert. Nukleinsäuren – die Vorläufer von rRNA und tRNA – werden im Zellkern gespalten und chemisch verändert (verarbeitet).

Posttranskriptionelle Modifikationen des primären tRNA-Transkripts (tRNA-Prozessierung)

Das primäre tRNA-Transkript enthält etwa 100 Nukleotide und nach der Verarbeitung 70–90 Nukleotidreste. Posttranskriptionelle Modifikationen primärer tRNA-Transkripte erfolgen unter Beteiligung von RNasen (Ribonukleasen). Daher wird die Bildung des 3"-Endes der tRNA durch RNase katalysiert, eine 3"-Exonuklease, die jeweils ein Nukleotid „abschneidet“, bis es die Sequenz erreicht -SSA, das Gleiche gilt für alle tRNAs. Bei einigen tRNAs erfolgt die Bildung der -CCA-Sequenz am 3"-Ende (Akzeptorende) als Ergebnis der sequentiellen Addition dieser drei Nukleotide. Prä-tRNA enthält nur ein Intron, bestehend aus 14-16 Nukleotiden. Entfernung von Das Intron und das Spleißen führen zur Bildung einer Struktur namens „Anticodon“- ein Nukleotidtriplett, das die Wechselwirkung von tRNA mit dem komplementären Codon von mRNA während der Proteinsynthese gewährleistet (Abb. 4-34).

Posttranskriptionelle Modifikationen (Verarbeitung) des primären rRNA-Transkripts. Ribosomenbildung

Menschliche Zellen enthalten etwa hundert Kopien des rRNA-Gens, die in Gruppen auf fünf Chromosomen lokalisiert sind. rRNA-Gene werden von der RNA-Polymerase I transkribiert, um identische Transkripte zu erzeugen. Primärtranskripte haben eine Länge von etwa 13.000 Nukleotidresten (45S-rRNA). Bevor das 45 S-rRNA-Molekül als Teil des ribosomalen Partikels den Kern verlässt, wird es einer Verarbeitung unterzogen, die zur Bildung von 28S-rRNA (ca. 5000 Nukleotide), 18S-rRNA (ca. 2000 Nukleotide) und 5,88 rRNA (ca. 160 Nukleotide) führt Komponenten Ribosomen (Abb. 4-35). Der Rest des Transkripts wird im Zellkern zerstört.

Reis. 4-34. Prä-tRNA-Verarbeitung. Bei der Verarbeitung werden bestimmte stickstoffhaltige Basen von tRNA-Nukleotiden durch RNA-Methylase methyliert und beispielsweise in 7-Methylguanosin und 2-Methylguanosin (Nebenbasen) umgewandelt. Das tRNA-Molekül enthält auch andere ungewöhnliche Basen – Pseudouridin, Dihydrouridin, die während der Verarbeitung ebenfalls verändert werden.

Reis. 4-35. Bildung und Austritt aus dem Kern ribosomaler Untereinheiten. Durch die Verarbeitung werden aus dem 45S-rRNA-Vorläufermolekül drei Arten von rRNA gebildet: 18S, das Teil der kleinen Untereinheit der Ribosomen ist, sowie 28S und 5,8S, die in der großen Untereinheit lokalisiert sind. Alle drei rRNAs werden in gleichen Mengen produziert, da sie aus demselben Primärtranskript stammen. Die 5S-rRNA der großen ribosomalen Untereinheit wird getrennt vom primären 45S-rRNA-Transkript transkribiert. Ribosomale RNAs, die bei posttranskriptionellen Modifikationen entstehen, binden an bestimmte Proteine ​​und es entsteht ein Ribosom.

Ribosom ist ein Zellorganell, das an der Proteinbiosynthese beteiligt ist. Das eukaryotische Ribosom (80S) besteht aus zwei großen und kleinen Untereinheiten: 60S und 40S. Ribosomale Proteine ​​erfüllen strukturelle, regulatorische und katalytische Funktionen.

Im Studium begegnet uns der Begriff der Transkription Fremdsprache. Es hilft uns, unbekannte Wörter richtig umzuschreiben und auszusprechen. Was versteht man unter diesem Begriff in der Naturwissenschaft? Die Transkription ist in der Biologie ein Schlüsselprozess im System der Proteinbiosynthesereaktionen. Dies ermöglicht es der Zelle, sich mit Peptiden zu versorgen, die in ihr Aufbau-, Schutz-, Signal-, Transport- und andere Funktionen erfüllen. Erst das Umschreiben von Informationen vom DNA-Locus auf ein Molekül informationeller Ribonukleinsäure löst den Proteinsyntheseapparat der Zelle aus, der biochemische Translationsreaktionen ermöglicht.

In diesem Artikel werden wir uns die Stadien der Transkription und Proteinsynthese ansehen, die in stattfinden verschiedene Organismen und bestimmen auch die Bedeutung dieser Prozesse in der Molekularbiologie. Darüber hinaus geben wir eine Definition dessen, was Transkription ist. In der Biologie können Kenntnisse über die Prozesse, die uns interessieren, aus Bereichen wie Zytologie, Molekularbiologie und Biochemie gewonnen werden.

Merkmale von Matrixsynthesereaktionen

Für diejenigen, die mit den wichtigsten Arten chemischer Reaktionen vertraut sind, die im allgemeinen Chemiekurs untersucht werden, den Prozessen Matrixsynthese wird völlig neu sein. Der Grund dafür ist folgender: Solche in lebenden Organismen ablaufenden Reaktionen sorgen dafür, dass die Elternmoleküle mithilfe eines speziellen Codes kopiert werden. Es wurde nicht sofort entdeckt; besser gesagt, die Idee der Existenz zweier verschiedener Sprachen zur Speicherung erblicher Informationen hat sich über zwei Jahrhunderte hinweg durchgesetzt: vom Ende des 19. bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts Um uns besser vorzustellen, was Transkription und Übersetzung in der Biologie sind und warum sie sich auf Matrixsynthesereaktionen beziehen, wenden wir uns für eine Analogie dem technischen Vokabular zu.

Alles ist wie in einer Druckerei

Stellen Sie sich vor, wir müssten beispielsweise einhunderttausend Exemplare einer beliebten Zeitung drucken. Das gesamte darin enthaltene Material wird auf dem Mutterträger gesammelt. Dieses erste Muster wird Matrix genannt. Dann wird es auf Druckmaschinen reproduziert – es werden Kopien angefertigt. Ähnliche Prozesse finden in einer lebenden Zelle statt, wobei nur DNA- und mRNA-Moleküle abwechselnd als Matrizen dienen und Boten-RNA- und Proteinmoleküle als Kopien dienen. Schauen wir sie uns genauer an und finden wir heraus, dass Transkription in der Biologie die Matrixsynthesereaktion ist, die im Zellkern stattfindet.

Der genetische Code ist der Schlüssel zum Geheimnis der Proteinbiosynthese

In der modernen Molekularbiologie streitet niemand mehr darüber, welcher Stoff Träger erblicher Eigenschaften ist und speichert ausnahmslos Daten über alle Proteine ​​des Körpers. Natürlich handelt es sich um Desoxyribonukleinsäure. Es besteht jedoch aus Nukleotiden, und Proteine, deren Zusammensetzung darin gespeichert ist, werden durch Aminosäuremoleküle dargestellt, die keine chemische Affinität zu DNA-Monomeren haben. Mit anderen Worten, wir haben es mit zwei zu tun verschiedene Sprachen. In einem davon sind die Wörter Nukleotide, im anderen Aminosäuren. Was wird als Übersetzer fungieren, der die durch die Transkription erhaltenen Informationen neu kodiert? Die Molekularbiologie geht davon aus, dass diese Rolle dem genetischen Code zukommt.

Einzigartige Eigenschaften des Mobilfunkcodes

Dies ist der Code, dessen Tabelle unten aufgeführt ist. An seiner Entstehung arbeiteten Zytologen, Genetiker und Biochemiker. Darüber hinaus wurden Erkenntnisse aus der Kryptographie bei der Entwicklung des Codes genutzt. Unter Berücksichtigung seiner Regeln ist es möglich, die Primärstruktur des synthetisierten Proteins zu ermitteln, da die Übersetzung in der Biologie der Prozess der Übersetzung von Informationen über die Struktur eines Peptids aus der Sprache der RNA-Nukleotide in die Sprache der Aminosäuren eines Proteins ist Molekül.

Die Idee der Kodierung in lebenden Organismen wurde erstmals von G. A. Gamov geäußert. Weitere wissenschaftliche Entwicklungen führten zur Formulierung seiner Grundregeln. Zunächst wurde festgestellt, dass die Struktur von 20 Aminosäuren in 61 Tripletts der Boten-RNA verschlüsselt ist, was zum Konzept der Code-Degeneration führte. Als nächstes bestimmten wir die Zusammensetzung der Non-ness-Codons, die als Start und Stopp des Proteinbiosyntheseprozesses fungieren. Dann erschienen Bestimmungen über seine Kollinearität und Universalität und vervollständigten die harmonische Theorie genetischer Code.

Wo finden Transkription und Übersetzung statt?

In der Biologie bestimmten mehrere ihrer Abschnitte, die die Struktur und biochemische Prozesse in der Zelle untersuchen (Zytologie und Molekularbiologie), die Lokalisierung von Matrixsynthesereaktionen. Somit erfolgt die Transkription im Zellkern unter Beteiligung des Enzyms RNA-Polymerase. In seinem Karyoplasma wird ein mRNA-Molekül aus freien Nukleotiden nach dem Prinzip der Komplementarität synthetisiert, wobei Informationen über die Struktur des Peptids von einem Strukturgen kopiert werden.

Dann durch die Poren hinein Kernmembran verlässt den Zellkern und gelangt in das Zytoplasma der Zelle. Hier muss sich die mRNA mit mehreren Ribosomen verbinden, um ein Polysom ​​zu bilden, eine Struktur, die bereit ist, auf Transport-Ribonukleinsäuremoleküle zu treffen. Ihre Aufgabe besteht darin, Aminosäuren an den Ort einer anderen Reaktion der Matrixsynthese zu bringen – der Translation. Betrachten wir die Mechanismen beider Reaktionen im Detail.

Merkmale der Bildung von mRNA-Molekülen

Unter Transkription versteht man in der Biologie das Umschreiben von Informationen über die Struktur eines Peptids aus dem DNA-Strukturgen auf ein Ribonukleinsäuremolekül, was als Information bezeichnet wird. Wie wir bereits sagten, kommt es im Zellkern vor. Zuerst bricht das DNA-Restriktionsenzym die Wasserstoffbrückenbindungen, die die Ketten der Desoxyribonukleinsäure verbinden, und ihre Helix entwindet sich. Das Enzym RNA-Polymerase bindet an die freien Polynukleotidstellen. Es aktiviert den Aufbau einer Kopie – eines mRNA-Moleküls, das neben informativen Abschnitten – Exons – auch leere Nukleotidsequenzen – Introns – enthält. Sie sind Ballast und müssen entfernt werden. Dieser Vorgang wird in der Molekularbiologie als Verarbeitung oder Reifung bezeichnet. Damit ist die Transkription abgeschlossen. Die Biologie erklärt dies kurz und knapp wie folgt: Nur durch den Verlust unnötiger Monomere kann die Nukleinsäure den Zellkern verlassen und für weitere Stufen der Proteinbiosynthese bereit sein.

Reverse Transkription in Viren

Nichtzelluläre Lebensformen unterscheiden sich auffallend von prokaryotischen und eukaryotischen Zellen, nicht nur in ihrem Äußeren und Interne Struktur, sondern auch durch Matrixsynthesereaktionen. In den siebziger Jahren des letzten Jahrhunderts bewies die Wissenschaft die Existenz von Retroviren – Organismen, deren Genom aus zwei RNA-Ketten besteht. Unter der Wirkung des Enzyms Reversetase kopieren solche Viruspartikel DNA-Moleküle aus Abschnitten der Ribonukleinsäure, die dann in den Karyotyp der Wirtszelle eingeführt werden. Wie wir sehen, erfolgt in diesem Fall die Abschreibung erblicher Informationen umgekehrte Richtung: von RNA zu DNA. Diese Form des Kodierens und Lesens ist beispielsweise charakteristisch für Krankheitserreger, die verursachen Verschiedene Arten onkologische Erkrankungen.

Ribosomen und ihre Rolle im Zellstoffwechsel

Im Zytoplasma der Zelle finden plastische Stoffwechselreaktionen statt, zu denen auch die Biosynthese von Peptiden gehört. Um ein fertiges Proteinmolekül zu erhalten, reicht es nicht aus, die Nukleotidsequenz aus einem Strukturgen zu kopieren und in das Zytoplasma zu übertragen. Es werden auch Strukturen benötigt, die Informationen lesen und die Verbindung von Aminosäuren zu einer einzigen Kette durch Peptidbindungen sicherstellen. Dabei handelt es sich um Ribosomen, deren Struktur und Funktion in der Molekularbiologie große Beachtung finden. Wir haben bereits herausgefunden, wo die Transkription stattfindet – das ist das Karyoplasma des Zellkerns. Der Ort der Translationsprozesse ist das Zytoplasma der Zelle. Darin befinden sich die Kanäle des endoplasmatischen Retikulums, auf denen proteinsynthetisierende Organellen – Ribosomen – in Gruppen sitzen. Ihre Anwesenheit gewährleistet jedoch noch nicht das Einsetzen plastischer Reaktionen. Wir brauchen Strukturen, die Proteinmonomermoleküle – Aminosäuren – an das Polysom ​​liefern. Sie werden Transportribonukleinsäuren genannt. Was sind sie und welche Rolle spielen sie im Rundfunk?

Aminosäuretransporter

Kleine Transfer-RNA-Moleküle haben in ihrer räumlichen Konfiguration eine Region, die aus einer Nukleotidsequenz besteht – ein Anticodon. Um translationale Prozesse durchführen zu können, ist die Entstehung eines Initiativkomplexes erforderlich. Es muss das Matrixtriplett, die Ribosomen und den komplementären Bereich des Transportmoleküls umfassen. Sobald ein solcher Komplex organisiert ist, ist dies ein Signal, mit dem Aufbau des Proteinpolymers zu beginnen. Sowohl die Übersetzung als auch die Transkription sind in der Biologie Assimilationsprozesse, die immer mit der Absorption von Energie verbunden sind. Um sie auszuführen, bereitet sich die Zelle im Voraus vor und akkumuliert große Menge Moleküle der Adenosintriphosphorsäure.

Die Synthese dieses Energiestoffs erfolgt in Mitochondrien – den ausnahmslos wichtigsten Organellen aller eukaryotischen Zellen. Es geht dem Beginn der Matrixsynthesereaktionen voraus und nimmt einen Platz in der präsynthetischen Phase des Zelllebenszyklus und nach Replikationsreaktionen ein. Der Abbau von ATP-Molekülen geht mit Transkriptions- und Translationsreaktionen einher; die dabei freigesetzte Energie wird von der Zelle in allen Phasen der Biosynthese organischer Substanzen genutzt.

Sendebühnen

Zu Beginn der Reaktionen, die zur Bildung eines Polypeptids führen, binden 20 Arten von Proteinmonomeren an bestimmte Transportsäuremoleküle. Parallel dazu findet in der Zelle die Bildung von Polysomen statt: Ribosomen heften sich an der Stelle des Startcodons an die Matrix. Der Beginn der Biosynthese beginnt und die Ribosomen bewegen sich entlang der mRNA-Tripletts. Für sie eignen sich Moleküle, die Aminosäuren transportieren. Wenn das Codon im Polysom ​​komplementär zum Anticodon der Transportsäuren ist, verbleibt die Aminosäure im Ribosom und die resultierende Polypeptidbindung verbindet sie mit den dort bereits vorhandenen Aminosäuren. Sobald das proteinsynthetisierende Organell das Stopptriplett (normalerweise UAG, UAA oder UGA) erreicht, stoppt die Translation. Dadurch wird das Ribosom zusammen mit dem Proteinpartikel von der mRNA getrennt.

Wie erhält ein Peptid seine native Form?

Die letzte Stufe der Translation ist der Prozess des Übergangs der Primärstruktur des Proteins in die Tertiärform, die die Form einer Kügelchen hat. Enzyme entfernen unnötige Aminosäurereste, fügen Monosaccharide oder Lipide hinzu und synthetisieren zusätzlich Carboxyl- und Phosphatgruppen. All dies geschieht in den Hohlräumen des endoplasmatischen Retikulums, wo das Peptid nach Abschluss der Biosynthese eindringt. Als nächstes gelangt das native Proteinmolekül in die Kanäle. Sie dringen in das Zytoplasma ein und tragen dazu bei, dass das Peptid in einen bestimmten Bereich des Zytoplasmas gelangt und dann für den Bedarf der Zelle verwendet wird.

In diesem Artikel haben wir herausgefunden, dass Übersetzung und Transkription in der Biologie die Hauptreaktionen der Matrixsynthese sind, die der Erhaltung und Übertragung der erblichen Neigungen des Organismus zugrunde liegen.

Nach der Entschlüsselung des genetischen Codes stellte sich die Frage: Wie werden Informationen von der DNA auf das Protein übertragen? Biochemische Studien haben gezeigt, dass der Großteil der DNA in einer Zelle im Zellkern lokalisiert ist, während die Proteinsynthese im Zytoplasma stattfindet. Diese territoriale Trennung von DNA- und Proteinsynthese führte zur Suche nach einem Vermittler. Da die Proteinsynthese unter Beteiligung von Ribosomen erfolgte, wurde RNA als Vermittler vorgeschlagen. Es wurde ein Diagramm erstellt, das die Richtung des Flusses genetischer Informationen in einer Zelle veranschaulicht:

DNA → RNA → Protein

Es wird als das zentrale Dogma der Molekularbiologie bezeichnet. F. Crick postulierte, dass die Synthese von Makromolekülen nach diesem Schema nach dem Matrixprinzip erfolgt. Es dauerte viele Jahre, die Richtigkeit dieses Postulats zu beweisen.

Zunächst ging man davon aus, dass ribosomale RNA („ein Gen – ein Ribosom – ein Protein“) die Rolle eines Vermittlers spielt. Es stellte sich jedoch bald heraus, dass diese Annahme unhaltbar war. Es hat sich gezeigt, dass sich während der Proteinsynthese die Anzahl der Ribosomen nicht verändert, d.h. Es wird keine neue RNA synthetisiert und daher werden keine neuen Informationen empfangen. Bald wurde in der Zusammensetzung der Ribosomen ein Anteil instabiler RNA entdeckt, deren Moleküle mit Hilfe von Mg-Kationen locker am Ribosom festgehalten werden. Mittels molekularer Hybridisierung konnte gezeigt werden, dass es sich bei den Molekülen dieser RNA um Kopien bestimmter DNA-Abschnitte handelt. Sie hat den Namen bekommen Matrix, oder Boten-RNA. Früher wurde sie auch Messenger-RNA und Messenger-RNA genannt. Die Komplementarität dieser Moleküle zu bestimmten DNA-Abschnitten deutete darauf hin, dass sie nach einem Matrizentyp auf der DNA synthetisiert wurden.

Nach und nach wurde der gesamte Weg der Informationsübertragung von der DNA zum Protein aufgeklärt. Es besteht aus zwei Phasen: Transkriptionen Und Sendungen. Im Transkriptionsstadium werden genetische Informationen abgelesen und von der DNA auf die mRNA übertragen. Der Transkriptionsprozess erfolgt in drei Phasen: Einleitung, Verlängerung Und Beendigung. Informationen werden nur von einer DNA-Kette (+ Kette) gelesen, da aufgrund der Eigenschaften des genetischen Codes komplementäre DNA-Abschnitte aufgrund der fehlenden komplementären Degeneration des Codes nicht die Struktur desselben Proteins kodieren können. Die Transkription erfolgt durch das Enzym RNA-Polymerase, das aus vier Untereinheiten (ααββ") besteht und keine Spezifität hinsichtlich der DNA-Quelle aufweist. In der Anfangsphase der Transkription - Initiation - befindet sich eine fünfte Untereinheit, der sogenannte S-Faktor Promotoren sind an das Enzym gebunden, das einen bestimmten Abschnitt der DNA erkennt. Sie werden durch das Vorhandensein einer spezifischen Nukleotidsequenz in ihnen erkannt Block und hat die Form TATAAT (mit leichten Variationen). Das Wachstum der mRNA-Kette erfolgt in einer Richtung. Die Transkriptionsrate beträgt ≈ 45-50 Nukleotide pro Sekunde , wird nur eine kurze Kette von 8 Nukleotiden synthetisiert, danach wird der S-Faktor von der RNA-Polymerase getrennt und die Verlängerungsstufe der mRNA beginnt, aus der Informationen abgelesen werden, die als Transkripton bezeichnet wird. eine spezifische Nukleotidsequenz, die die Rolle eines Stoppsignals spielt. Am Terminator angekommen, stellt das RNA-Polymerase-Enzym seine Arbeit ein und wird mit Hilfe von Proteinterminationsfaktoren von der Matrix getrennt.

In Bakterienzellen können die entstehenden mRNA-Moleküle sofort als Vorlage für die Proteinsynthese dienen, d. h. übertragen. Sie verbinden sich mit Ribosomen, an die Transport-RNA-Moleküle (tRNA-Moleküle) gleichzeitig Aminosäuren liefern. Transfer-RNA-Ketten bestehen aus etwa 70 Nukleotiden. Ein einzelsträngiges tRNA-Molekül verfügt über komplementäre Paarungsstellen, die aktive Zentren enthalten: eine Stelle zur Erkennung von tRNA durch das Enzym tRNA-Synthetase, das die entsprechende aktivierte Aminosäure an die tRNA bindet; Akzeptor – die Stelle, an die die Aminosäure gebunden ist, und die Anticodon-Schleife.

Anticodon ist ein Triplett, das zum entsprechenden Codon im mRNA-Molekül komplementär ist. Die Codon-Anticodon-Wechselwirkung folgt der Art der komplementären Paarung, bei der der wachsenden Proteinkette eine Aminosäure hinzugefügt wird. Das Startcodon in verschiedenen mRNAs ist das AUG-Codon, das der Aminosäure Methionin entspricht. Daher nähert sich die tRNA mit dem UAC-Anticodon, verbunden mit der aktivierten Aminosäure Methionin, als erste der Matrix. Enzyme, die Aminosäuren aktivieren und mit der tRNA verbinden, werden Aminoacyl-tRNA-Synthetasen genannt. Alle Phasen der Proteinbiosynthese (Initiierung, Verlängerung, Beendigung) werden durch Proteintranslationsfaktoren bedient. Prokaryoten haben drei davon für jedes Stadium. Am Ende der mRNA-Matrize befinden sich Nonsense-Codons, die nicht gelesen werden und das Ende der Translation markieren.

Im Genom vieler Organismen, von Bakterien bis hin zu Menschen, wurden Gene und entsprechende tRNAs entdeckt, die eine nicht standardmäßige Ablesung von Codons durchführen. Dieses Phänomen nennt man Mehrdeutigkeit in der Sendung.

Es ermöglicht Ihnen zu vermeiden negative Konsequenzen Fehler, die bei der Transkription in der Struktur von mRNA-Molekülen auftreten. Wenn also im mRNA-Molekül Nonsense-Codons auftauchen, die den Transkriptionsprozess vorzeitig stoppen können, wird der Unterdrückungsmechanismus aktiviert. Es besteht darin, dass in der Zelle eine ungewöhnliche Form von tRNA mit einem zum Nonsense-Codon komplementären Anticodon auftritt, das normalerweise nicht existieren sollte. Sein Aussehen ist das Ergebnis der Wirkung eines Gens, das eine Base im tRNA-Anticodon ersetzt, dessen Zusammensetzung dem Nonsense-Codon ähnelt. Als Ergebnis dieses Austauschs wird das Nonsense-Codon als reguläres signifikantes Codon gelesen. Solche Mutationen werden Suppressormutationen genannt, weil Sie unterdrücken die ursprüngliche Mutation, die zum Nonsense-Codon führte.

Leben in Kohlenstoffform existiert aufgrund der Anwesenheit von Proteinmolekülen. Und die Proteinbiosynthese in der Zelle ist die einzige Möglichkeit zur Genexpression. Um diesen Prozess umzusetzen, ist es jedoch notwendig, eine Reihe von Prozessen einzuleiten, die mit dem „Auspacken“ der genetischen Informationen, der Suche nach dem gewünschten Gen, seinem Lesen und seiner Reproduktion verbunden sind. Der Begriff „Transkription“ bezieht sich in der Biologie speziell auf den Prozess der Übertragung von Informationen von einem Gen auf die Boten-RNA. Dies ist der Beginn der Biosynthese, also der direkten Umsetzung genetischer Informationen.

Speicherung genetischer Informationen

In den Zellen lebender Organismen ist die genetische Information im Zellkern, in den Mitochondrien, in Chloroplasten und in Plasmiden lokalisiert. Mitochondrien und Chloroplasten enthalten unbedeutender Betrag Die DNA von Tieren und Pflanzen, während bakterielle Plasmide der Speicherort für Gene sind, die für eine schnelle Anpassung an Umweltbedingungen verantwortlich sind.

In viralen Körpern sind Erbinformationen auch in Form von RNA- oder DNA-Polymeren gespeichert. Der Prozess seiner Umsetzung ist aber auch mit der Notwendigkeit einer Transkription verbunden. In der Biologie ist dieser Prozess von außerordentlicher Bedeutung, da er zur Umsetzung von Erbinformationen führt und die Proteinbiosynthese auslöst.

In tierischen Zellen wird die Erbinformation durch ein DNA-Polymer repräsentiert, das kompakt im Zellkern verpackt ist. Daher müssen vor der Proteinsynthese oder dem Ablesen eines Gens bestimmte Phasen durchlaufen werden: das Abwickeln des kondensierten Chromatins und die „Freisetzung“ des gewünschten Gens, seine Erkennung durch Enzymmoleküle, die Transkription.

In der Biologie und biologischen Chemie wurden diese Stadien bereits untersucht. Sie führen zur Synthese eines Proteins, dessen Primärstruktur in einem einzigen Gen kodiert war.

Transkriptionsmuster in eukaryotischen Zellen

Obwohl die Transkription in der Biologie nicht ausreichend untersucht ist, wird ihr Ablauf traditionell in Form eines Diagramms dargestellt. Es besteht aus Initiierung, Verlängerung und Beendigung. Dies bedeutet, dass der gesamte Prozess in drei Komponentenphänomene unterteilt ist.

Die Initiation ist eine Kombination aus biologischem und biochemische Prozesse, die zum Beginn der Transkription führen. Das Wesen der Verlängerung ist das kontinuierliche Wachstum der Molekülkette. Unter Termination versteht man eine Reihe von Prozessen, die zum Abbruch der RNA-Synthese führen. Im Kontext der Proteinbiosynthese wird der Prozess der Transkription in der Biologie übrigens meist mit der Synthese von Boten-RNA gleichgesetzt. Darauf aufbauend wird später eine Polypeptidkette synthetisiert.

Einleitung

Die Initiation ist der am wenigsten verstandene Transkriptionsmechanismus in der Biologie. Was es aus biochemischer Sicht ist, ist unbekannt. Das heißt, die spezifischen Enzyme, die für die Auslösung der Transkription verantwortlich sind, werden überhaupt nicht erkannt. Unbekannt sind auch die intrazellulären Signale und die Art ihrer Übertragung, die auf die Notwendigkeit der Synthese eines neuen Proteins hinweisen. Dies ist eine grundlegende Aufgabe der Zytologie und Biochemie.

Verlängerung

Es ist noch nicht möglich, den Prozess der Initiierung und der zeitlichen Verlängerung zu trennen, da keine Laborstudien durchgeführt werden können, um das Vorhandensein spezifischer Enzyme und Triggerfaktoren zu bestätigen. Daher ist diese Grenze sehr bedingt. Der Kern des Verlängerungsprozesses besteht in der Verlängerung der wachsenden Kette, die auf der Grundlage des DNA-Matrizenabschnitts synthetisiert wird.

Es wird angenommen, dass die Elongation nach der ersten Translokation der RNA-Polymerase und dem Beginn der Anlagerung des ersten Kadons an die Startstelle der RNA beginnt. Während der Elongation werden Cadons in Richtung des 3- bis 5-Zoll-Strangs auf einem despiralisierten DNA-Abschnitt, der in zwei Stränge geteilt ist, abgelesen. Gleichzeitig werden der wachsenden RNA-Kette neue Nukleotide hinzugefügt, die zur Matrizen-DNA-Region komplementär sind. In diesem Fall wird die DNA auf eine Breite von 12 Nukleotiden, also 4 Kadons, „erweitert“.

Das Enzym RNA-Polymerase bewegt sich entlang der wachsenden Kette und „dahinter“ wird die DNA umgekehrt zu einer doppelsträngigen Struktur „vernetzt“, wobei Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Nukleotiden wiederhergestellt werden. Dies beantwortet teilweise die Frage, welcher Vorgang in der Biologie als Transkription bezeichnet wird. Es ist die Elongation, die die Hauptphase der Transkription darstellt, da in ihrem Verlauf der sogenannte Vermittler zwischen der Gen- und Proteinsynthese aufgebaut wird.

Beendigung

Der Prozess der Transkriptionstermination in eukaryontischen Zellen ist kaum verstanden. Bisher haben Wissenschaftler das Wesentliche darauf beschränkt, das Lesen der DNA am 5-Zoll-Ende zu stoppen und eine Gruppe von Adeninbasen an das 3-Zoll-Ende der RNA anzuhängen. Durch den letztgenannten Prozess kann die chemische Struktur der resultierenden RNA stabilisiert werden. Es gibt zwei Arten der Terminierung in Bakterienzellen. Es handelt sich um einen Rho-abhängigen und Rho-unabhängigen Prozess.

Der erste Vorgang erfolgt in Gegenwart des Rho-Proteins und reduziert sich auf ein einfaches Aufbrechen von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen der Matrizenregion der DNA und der synthetisierten RNA. Die zweite, Rho-unabhängige, tritt nach dem Auftreten der Stammschleife auf, wenn sich dahinter ein Satz Uracilbasen befindet. Diese Kombination führt dazu, dass sich die RNA von der DNA-Matrize löst. Es ist offensichtlich, dass die Termination der Transkription ein enzymatischer Prozess ist, spezifische Biokatalysatoren dafür wurden jedoch noch nicht gefunden.

Virale Transkription

Virale Körper verfügen nicht über ein eigenes Proteinbiosynthesesystem und können sich daher nicht vermehren, ohne Zellen auszunutzen. Aber Viren verfügen über ihr eigenes genetisches Material, das erkannt und auch in die Gene infizierter Zellen integriert werden muss. Dazu verfügen sie über eine Reihe von Enzymen (oder nutzen Zellenzymsysteme), die ihre Nukleinsäure transkribieren. Das heißt, dieses Enzym synthetisiert auf der Grundlage der genetischen Information des Virus ein Analogon der Boten-RNA. Aber es handelt sich überhaupt nicht um RNA, sondern um ein DNA-Polymer, das beispielsweise zu menschlichen Genen komplementär ist.

Dies verstößt völlig gegen die traditionellen Prinzipien der Transkription in der Biologie, wie am Beispiel des HIV-Virus zu sehen ist. Sein Reverse-Enzym-Enzym ist in der Lage, aus viraler RNA DNA zu synthetisieren, die zur menschlichen Nukleinsäure komplementär ist. Der Prozess der Synthese komplementärer DNA aus RNA wird als Reverse Transkription bezeichnet. Dies ist die biologische Definition des Prozesses, der für die Integration der Erbinformationen des Virus in das menschliche Genom verantwortlich ist.

In der Biologie werden die Prozesse der Transkription und Translation im Rahmen der Proteinbiosynthese betrachtet. Obwohl während des Transkriptionsprozesses keine Proteinsynthese stattfindet. Aber ohne sie ist eine Translation (d. h. eine direkte Proteinsynthese) unmöglich. Die Transkription geht der Übersetzung voraus.

Die in Zellen stattfindende Transkription und Translation steht im Einklang mit dem sogenannten Dogma der Molekularbiologie (von F. Crick Mitte des 20. Jahrhunderts aufgestellt): Der Informationsfluss in Zellen verläuft in Richtung von Nukleinsäuren (DNA und RNA). ) zu Proteinen, aber niemals umgekehrt (also von Proteinen zu Nukleinsäuren). Dies bedeutet, dass Nukleinsäure als Informationsmatrix für die Proteinsynthese dienen kann, Protein jedoch nicht als solche für die Nukleinsäuresynthese fungieren kann.

Transkription

Unter Transkription versteht man die Synthese eines RNA-Moleküls an einem DNA-Molekül. Das heißt, DNA dient als Vorlage für die RNA-Synthese.

Die Transkription wird durch eine Reihe von Enzymen katalysiert, das wichtigste ist die RNA-Polymerase. Es ist zu bedenken, dass es sich bei Enzymen hauptsächlich um Proteine ​​handelt (dies gilt auch für die RNA-Polymerase).

Die RNA-Polymerase bewegt sich entlang des DNA-Doppelstrangs, trennt die Stränge und baut auf einem von ihnen nach dem Prinzip der Komplementarität ein RNA-Molekül aus im Kern schwebenden Nukleotiden auf. Somit ist RNA im Wesentlichen identisch mit einem Abschnitt einer anderen DNA-Kette (an der keine Synthese stattfindet), da die Ketten des DNA-Moleküls auch zueinander komplementär sind. Nur in der RNA wird Thymin durch Uracil ersetzt.

Die Synthese von Nukleinsäuren erfolgt in Richtung vom 5-Zoll-Ende der Moleküle zu ihrem 3-Zoll-Ende. In diesem Fall sind die Komplementärketten immer antiparallel (in verschiedene Richtungen gerichtet). Daher wird die RNA selbst in der 5"→3"-Richtung synthetisiert, entlang der DNA-Kette bewegt sie sich jedoch in ihrer 3"→5"-Richtung.

Der Abschnitt der DNA, in dem die Transkription stattfindet (Transkripton, Operon), besteht aus drei Teilen: einem Promotor, einem Gen (im Fall von mRNA im Allgemeinen dem transkribierten Teil) und einem Terminator.

Um die Transkription zu initiieren (beginnen) werden verschiedene Proteinfaktoren benötigt, die an den Promotor gebunden werden. Anschließend kann die RNA-Polymerase an die DNA gebunden werden.

Die Beendigung (Ende) der Transkription erfolgt, nachdem die RNA-Polymerase auf eines der Stoppcodons trifft.

In eukaryotischen Zellen findet die Transkription im Zellkern statt. Nach der Synthese durchlaufen RNA-Moleküle hier eine Reifung (überflüssige Abschnitte werden herausgeschnitten, die Moleküle nehmen die entsprechende Sekundär- und Tertiärstruktur an). Als nächstes gelangen verschiedene Arten von RNA in das Zytoplasma, wo sie nach der Transkription am nächsten Prozess teilnehmen – der Translation.

Übertragen

Unter Translation versteht man die Synthese einer Polypeptidkette (Proteinkette) auf einem Boten-RNA-Molekül. Anders ausgedrückt kann die Übersetzung als die Übersetzung von durch Nukleotide (Codon-Tripletts) kodierter Information in Information beschrieben werden, die als eine Sequenz von Aminosäuren dargestellt wird. Dieser Prozess findet unter Beteiligung von Ribosomen (zu denen auch ribosomale RNA gehört) und Transfer-RNA statt. Somit sind alle drei Haupttypen von RNA an der direkten Proteinsynthese beteiligt.

Bei der Translation werden Ribosomen am Anfang der mRNA-Kette befestigt und bewegen sich dann entlang dieser zum Ende. In diesem Fall findet eine Proteinsynthese statt.

Im Inneren des Ribosoms gibt es zwei „Spots“, an denen zwei tRNAs Platz finden. Transfer-RNAs, die in das Ribosom gelangen, tragen eine Aminosäure. Im Ribosom wird die synthetisierte Polypeptidkette an eine neu angekommene Aminosäure gebunden, die an tRNA gebunden ist. Danach wandert diese tRNA an einen anderen „Ort“ und die „alte“, bereits frei von der wachsenden Polypeptidkette der tRNA, wird daraus entfernt. Eine weitere tRNA mit einer Aminosäure kommt in den frei gewordenen Raum. Und der Vorgang wiederholt sich.

Das aktive Zentrum des Ribosoms katalysiert die Bildung einer Peptidbindung zwischen der neu angekommenen Aminosäure und dem zuvor synthetisierten Teil des Proteins.

Zwei Codons (insgesamt 6 Nukleotide) der mRNA werden im Ribosom platziert. Die Anticodons der tRNA, die in das Ribosom gelangen, müssen zu den Codons komplementär sein, auf denen das Ribosom „sitzt“. Unterschiedliche Aminosäuren entsprechen unterschiedlichen tRNAs (die sich in ihren Anticodons unterscheiden).

Somit trägt jede tRNA ihre eigene Aminosäure. Es sollte berücksichtigt werden, dass nur etwa 20 Aminosäuren an der Proteinbiosynthese beteiligt sind und es etwa 60 Sense-Codons (die Aminosäuren bezeichnen) gibt. Daher können verschiedene tRNAs dieselbe Aminosäure tragen, ihre Anticodons entsprechen jedoch derselben Aminosäure.