Biologie voor Majors I

Prokaryotes hebben geen membraan-ingesloten kernen. Daarom kunnen de processen van transcriptie, vertaling, en mRNA degradatie allemaal gelijktijdig voorkomen. Het intracellular niveau van een bacteriële proteã ne kan snel door veelvoudige transcriptie en vertaalgebeurtenissen worden vergroot die gelijktijdig op het zelfde malplaatje van DNA voorkomen. De prokaryotic transcriptie behandelt vaak meer dan één gen en produceert polycistronic mRNAs die meer dan één proteã ne specificeren.Onze discussie hier zal een voorbeeld zijn van transcriptie door dit proces te beschrijven in Escherichia coli, een goed bestudeerde bacteriesoort. Hoewel sommige verschillen tussen transcriptie in E. coli en transcriptie in archaea bestaan, kan een begrip van E. coli transcriptie op vrijwel alle bacteriële species worden toegepast.

prokaryotische RNA-Polymerase

prokaryoten gebruiken dezelfde RNA-polymerase om al hun genen te transcriberen. In E. coli, de polymerase is samengesteld uit vijf polypeptide subeenheden, waarvan twee identiek zijn. Vier van deze subeenheden, aangeduid als α, α, β En β’, vormen het polymerasekernenzym. Deze subeenheden verzamelen elke keer dat een gen wordt getranscribeerd, en ze demonteren zodra de transcriptie is voltooid. Elke subeenheid heeft een unieke rol; de twee α-subeenheden zijn noodzakelijk om de polymerase op het DNA te assembleren; de β-subeenheid bindt aan het ribonucleosidetrifosfaat dat deel zal uitmaken van het ontluikende “recent geboren” mRNA-molecuul; en de β’ bindt de DNA-malplaatjestreng. De vijfde subeenheid, σ, is slechts betrokken bij transcriptie initiatie. Het verleent transcriptional specificiteit zodanig dat de polymerase mRNA van een aangewezen initiatieplaats begint samen te stellen. Zonder σ, zou het kernenzym van willekeurige plaatsen transcriberen en mRNA molecules produceren die eiwitwartel specificeerden. De polymerase die uit alle vijf subeenheden wordt samengesteld wordt genoemd holoenzyme (een holoenzyme is een biochemisch actieve verbinding die van een enzym en zijn coenzyme wordt samengesteld).

Prokaryotische Promotoren

Figuur 1. De σ subeenheid van prokaryotic polymerase van RNA erkent consensusopeenvolgingen in het promotorgebied stroomopwaarts van het zicht van het transcriptiebegin worden gevonden. De σ-subeenheid dissocieert van de polymerase nadat de transcriptie is gestart.

een promotor is een DNA-sequentie waaraan de transcriptieapparatuur bindt en de transcriptie initieert. In de meeste gevallen, bestaan promotors stroomopwaarts van de genen die zij regelen. De specifieke opeenvolging van een promotor is zeer belangrijk omdat het bepaalt of het overeenkomstige gen de hele tijd, een deel van de tijd, of zelden wordt getranscribeerd. Hoewel de promotors onder prokaryotic genomen variëren, worden een paar elementen behouden. Op de -10 en -35 gebieden stroomopwaarts van de initiatieplaats, zijn er twee promotorconsensensequenties, of gebieden die voor alle promotors en voor verschillende bacteriële species gelijkaardig zijn (figuur 1).

de -10-consensusreeks, ook wel de -10-regio genoemd, is TATAAT. De -35 sequentie, TTGACA, wordt herkend en gebonden door σ. Zodra deze interactie wordt gemaakt, binden de subeenheden van het kernenzym aan de plaats. Het A-T-rijke -10 gebied vergemakkelijkt het afwikkelen van het malplaatje van DNA, en verscheidene phosphodiesterbanden worden gemaakt. De fase van de transcriptieinitiatie eindigt met de productie van afgebroken afschriften, die polymeren van ongeveer 10 nucleotiden zijn die worden gemaakt en vrijgegeven.

elongatie en beëindiging in prokaryoten

begint de transcriptie-elongatiefase met het vrijkomen van de σ-subeenheid uit de polymerase. De dissociatie van σ staat het kernenzym toe om langs het malplaatje van DNA te gaan, die mRNA in de richting 5′ Aan 3′ aan een tarief van ongeveer 40 nucleotiden per seconde synthetiseren. Naarmate de verlenging vordert, wordt het DNA onophoudelijk voor het kernenzym afgewikkeld en achter het teruggespoeld (Figuur 2). Het basisparen tussen DNA en RNA is niet stabiel genoeg om de stabiliteit van de mRNA-synthesecomponenten te handhaven. In plaats daarvan, doet de polymerase van RNA dienst als stabiele linker tussen het malplaatje van DNA en de bundels van ontluikende RNA om ervoor te zorgen dat de verlenging niet voortijdig wordt onderbroken.

Figuur 2. Klik voor een grotere afbeelding. Tijdens verlenging, de prokaryotic de polymerasesporen van RNA langs het malplaatje van DNA, synthetiseert mRNA in de richting 5′ aan 3′, en wikkelt en terugspoelt DNA aangezien het wordt gelezen.

prokaryotische Terminatiesignalen

zodra een gen wordt getranscribeerd, moet de prokaryotische polymerase worden geïnstrueerd om zich te loskoppelen van het DNA-sjabloon en het nieuw gemaakte mRNA vrij te maken. Afhankelijk van het gen dat wordt getranscribeerd, zijn er twee soorten beëindigingssignalen. De ene is op basis van eiwitten en de andere op basis van RNA. Rho-afhankelijke beëindiging wordt gecontroleerd door de Rho-proteã ne, die langs achter de polymerase op de groeiende mRNA-keten volgt. Dichtbij het eind van het gen, ontmoet de polymerase een looppas van nucleotiden G op het malplaatje van DNA en het blokkeert. Hierdoor botst het rho-eiwit met de polymerase. De interactie met rho geeft mRNA van de transcriptiebel vrij.

Rho-onafhankelijke beëindiging wordt geregeld door specifieke sequenties in de DNA-template-streng. Aangezien de polymerase het eind van het gen nadert dat wordt getranscribeerd, ontmoet het een gebied rijk aan C-G nucleotiden. MRNA plooien terug op zichzelf, en de complementaire C-G nucleotiden binden samen. Het resultaat is een stabiele haarspeld die ervoor zorgt dat de polymerase om te stallen zodra het begint om een gebied rijk aan A–T nucleotiden te transcriberen. Het complementaire u-a-gebied van het mRNA-transcript vormt slechts een zwakke interactie met het malplaatjedna. Dit, gekoppeld aan de vastgelopen polymerase, veroorzaakt genoeg instabiliteit voor het kernenzym om weg te breken en het nieuwe mRNA-transcript te bevrijden.

na beëindiging is het transcriptieproces voltooid. Tegen de tijd die beëindiging voorkomt, zou het prokaryotic transcript reeds zijn gebruikt om synthese van talrijke exemplaren van de gecodeerde proteã ne te beginnen omdat deze processen gelijktijdig kunnen voorkomen. De unificatie van transcriptie, vertaling, en zelfs mRNA degradatie is mogelijk omdat al deze processen in dezelfde 5′ Aan 3′ richting voorkomen, en omdat er geen membraneuze compartmentalisatie in de prokaryotic cel is (Figuur 3). In tegenstelling, verhindert de aanwezigheid van een kern in eukaryotic cellen gelijktijdige transcriptie en vertaling.

Figuur 3. Veelvoudige polymerases kunnen één enkel bacterieel gen transcriberen terwijl talrijke ribosomen gelijktijdig de mRNA-afschriften in polypeptides vertalen. Op deze manier kan een specifiek eiwit snel een hoge concentratie in de bacteriële cel bereiken.

Draag Bij!

verbeter deze pagina meer