Nombre chino: transcripción Nombre en inglés: definición de transcripción 1: El proceso de transferir información genética de los genes al ARN. La ARN polimerasa forma un complejo dinámico con una serie de componentes, utilizando secuencias genéticas como plantillas de información genética para catalizar la síntesis de ARN con secuencias complementarias, incluido el inicio, el alargamiento y la terminación de la transcripción. Asignaturas: Bioquímica y Biología Molecular (asignatura de primer nivel); Expresión y Regulación Génica (dos asignaturas) Definición 2: Utilizando como plantilla la secuencia de bases del ADN, bajo la catálisis de la ARN polimerasa, se realiza la síntesis de moléculas complementarias de ARN monocatenario. proceso. Materia: Biología Celular (asignatura de primer nivel); Citogenética (dos materias) Definición 3: El proceso de copiar la información genética del ADN en la información genética del ARN. Materia: Genética (asignatura de primer nivel); Genética Molecular (dos materias)
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La transcripción es el proceso de convertir información genética de ADN a ARN. La transcripción, como primer paso en la biosíntesis de proteínas, es el paso de síntesis de ARNm y ARN no codificante (ARNt, ARNr, etc.). ).
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Definición
Características
Dar un ejemplo
Transcripción inversa
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Proceso de transcripción
Iniciar síntesis del producto de transcripción original
Expandir
Detener
Postprocesamiento del producto de transcripción Publicar -procesamiento de pre-ARNm
Postprocesamiento de precursor de ARNt
Postprocesamiento de precursor de ARNr
Distinción
Regulación de la transcripción
Definición de inhibidor de la transcripción
Características
Un ejemplo
Transcripción inversa
Proceso de transcripción
Iniciar la síntesis del transcrito original
Ampliar
Detener
Postprocesamiento del transcrito Postprocesamiento del precursor del ARNm
Postprocesamiento de precursores de ARNt
Postprocesamiento de precursores de ARNr
Distinguir
La regulación transcripcional controla los inhibidores de la transcripción.
[Editar este párrafo]Definición
La transcripción es la transferencia de información genética del ADN al ARN. Es decir, utilizando un ADN bicatenario como plantilla, utilizando trifosfato de adenosina (ATP), trifosfato de citidina (CTP), trifosfato de ornitina (GTP) y trifosfato urinario (UTP) como materias primas, el ARN se sintetiza bajo la catálisis del ARN. polimerasa.
[Editar este párrafo] Función
La transcripción utiliza el principio de complementariedad de bases para generar un ARNm de base complementaria. La proteína se puede sintetizar en el ribosoma a partir del codón que porta. En comparación con la replicación del ADN, tiene muchas similitudes o similitudes y también tiene sus propias características. En la transcripción, los genes se leen y copian en ARNm. En otras palabras, se utiliza un fragmento de ADN específico como plantilla y la ARN sintetasa dependiente de ADN se utiliza como catalizador para sintetizar el ARNm precursor. In vivo, la transcripción es la primera etapa de la expresión genética y la etapa principal de la regulación genética. La transcripción produce cebadores para la replicación del ADN. También juega un papel importante en las infecciones retrovirales. La transcripción utiliza sólo una hebra de ADN como plantilla. La hebra única seleccionada como plantilla se denomina hebra plantilla, también conocida como cadena de información, y la otra hebra única se denomina hebra sin plantilla; Una región transcrita en el ADN se llama unidad de transcripción. La ARN polimerasa no requiere cebadores para sintetizar ARN, pero no tiene función de corrección.
[Editar este párrafo] Ejemplo
ADN: ATCGAATCG (Esta es una cadena que no es plantilla) TAGCTTAGC (Esta es una cadena plantilla) ARNm transcrito: AUCGAAUCG Se puede observar que la hebra plantilla También se llama hebra sin sentido porque simplemente cambia la T de la hebra que no es plantilla. Esto también es una manifestación del principio central y del principio de emparejamiento de bases complementarias.
[Editar este párrafo] Transcripción inversa
Utilizando la cadena de ARN como plantilla, la cadena de ADN se sintetiza mediante la transcriptasa inversa (es decir, ADN polimerasa dependiente de ARN), que se llama transcripción inversa. Este mecanismo se descubrió por primera vez en virus tumorales de ARN. La ARN polimerasa es una ARN polimerasa que utiliza ADN como plantilla, también conocida como transcriptasa. La ARN polimerasa procariótica tiene un gran peso molecular y normalmente consta de cinco subunidades.
σ, β, β' y las dos subunidades α se pueden escribir como α2ββ'σ. Las enzimas que contienen cinco subunidades se llaman holoenzimas y las enzimas que han perdido la subunidad σ se llaman ribozimas (α2ββ′). Las ribozimas también pueden catalizar la síntesis de ARN, pero no tienen un punto de partida fijo y no pueden distinguir entre cadenas informativas y no informativas del ADN bicatenario. La subunidad σ puede reconocer la cadena de información y el promotor en la plantilla, asegurando así que la transcripción pueda comenzar desde la posición fija y correcta. Las subunidades β y β′ participan en la unión de las cadenas de ADN. Hay tres tipos de ARN polimerasa eucariota (excepto la ARN polimerasa procariótica en las mitocondrias eucariotas), que están compuestas por 8 a 12 subunidades y tienen un peso molecular de 800.000. Los estudios preliminares sugieren que también pueden tener una composición de subunidades σ similar a la de los procariotas.
[Editar este párrafo] Proceso de transcripción
Durante el proceso de transcripción, la dirección de transcripción de la plantilla de ADN es desde el extremo 3' hasta el extremo 5'; la cadena de ARN va desde el extremo 5' hasta el extremo 3'. El proceso de síntesis de transcripción de ARN generalmente se divide en dos pasos: el primer paso es sintetizar el producto de la transcripción original (el proceso incluye el inicio, el alargamiento y la terminación de la transcripción; el segundo paso es el posprocesamiento de la transcripción a realizar); la transcripción originalmente inactiva se convierte en ARN maduro con funciones biológicas. La transcripción original del ARNm procariótico se puede utilizar directamente como plantilla para la traducción de proteínas sin posprocesamiento.
[Editar este párrafo] Texto original completo
Inicio
La ARN polimerasa reconoce correctamente el promotor en la plantilla de ADN para formar un núcleo compuesto por enzima, ADN y trifosfato Complejo ternario de iniciación compuesto de glucósidos (NTP) a partir del cual comienza la transcripción. La región promotora de la plantilla de ADN a menudo contiene la secuencia TATAATG, que se denomina caja Purib o caja P. El nucleósido trifosfato del complejo es generalmente GTP, y algunos son ATP, por lo que el extremo 5' del transcrito original suele ser trifosfato de guanosina (pppG) o trifosfato de adenosina (pppA). La región de inicio de la transcripción en el ADN eucariótico también tiene una estructura similar a la del ADN procariótico, alrededor de -30 pb (es decir, 30 nucleótidos aguas arriba del punto de unión entre la enzima y el ADN, a menudo expresado como -30 pb es el par de bases). Abreviatura) también contiene una estructura TATA, llamada caja Hogness o caja TATA. Después de que el primer nucleósido trifosfato se condensa con el segundo nucleósido trifosfato para formar un enlace fosfodiéster 3'-5', la fase de iniciación termina y entra la fase de elongación.
Expandir
Cuando la subunidad σ se separa de la molécula de enzima, la enzima central queda ligeramente unida al ADN, lo que facilita su avance. Las ribozimas no tienen especificidad de plantilla y pueden transcribir cualquier secuencia en la plantilla, incluidas las inserciones que se eliminan durante el procesamiento postranscripcional. La subunidad σ aislada de la ribozima también se puede combinar con otra ribozima para participar en otro proceso de transcripción. A medida que la transcripción continúa extendiéndose, el ADN bicatenario se abre a su vez para aceptar nuevos pares de bases. Una vez sintetizado el nuevo enlace fosfodiéster, la ribozima avanza y la plantilla usada se cierra nuevamente, restaurando la estructura bicatenaria original. Normalmente, las cadenas de ARN sintetizadas son muy fieles a la plantilla de ADN. La velocidad de síntesis de ARN de los procariotas es de 25 a 50 nucleótidos/segundo, y la de los eucariotas es de 45 a 100 nucleótidos/segundo.
Detener
La terminación de la transcripción implica detener el alargamiento y liberar la ARN polimerasa y el ARN sintetizado. Los procariotas suelen tener un terminador al final de sus genes u operones. Aquí termina la síntesis de ARN. La terminación de la transcripción en células procarióticas requiere la ayuda del factor de terminación ρ, una proteína compuesta por cuatro subunidades. El ADN eucariota también puede tener señales de terminación de la transcripción. Se sabe que todas las unidades de transcripción de ADN eucariótico contienen una secuencia rica en at (como AATAA(A) o ATTAA(A)) en el extremo 3', con una secuencia TTTT (generalmente 3-5 T) que ocurre después de un 0-30 intervalo de pb. Estas estructuras pueden estar relacionadas con la terminación de la transcripción o la adición de secuencias poli(A) en el extremo 3'.
[Editar este párrafo] Postprocesamiento de transcritos
Postprocesamiento de pre-ARNm
El transcrito original del ARNm procariótico (excepto algunos fagos) puede ser directamente Para la traducción, el ARNm eucariota generalmente tiene precursores correspondientes que deben ser postprocesados para traducirse en proteínas. En general, se cree que el producto de transcripción original del ARNm eucariota (también llamado precursor de la transcripción original), es decir, HNRNA (ARN nuclear heterólogo), finalmente se procesa en ARNm maduro. El posprocesamiento del pre-ARNm incluye los siguientes cuatro aspectos: ① Tapa del extremo 5': el extremo 5' del transcrito generalmente necesita ser tapado con metilación. Algunos transcritos tienen secuencias redundantes en el extremo 5', que deben ser tapadas; Se retira y luego se tapa.
(2) Instale una cola de poli(A) terminal 3': el extremo 3' de la transcripción generalmente es catalizado por la poli(A) polimerasa agregando una sección de poli(A). la cola tiene de 20 a 200 nucleótidos; algunas transcripciones tienen secuencias redundantes en el extremo 3' y es necesario cortar la cola. El ensamblaje de la tapa del extremo de 5' y la cola del extremo de 3' se puede completar antes de realizar el empalme. ③Empalme: corte la secuencia de inserción en el precursor de ARNm y luego conecte las regiones codificantes de proteínas separadas. El proceso de empalme se completa con un pequeño ARN nuclear (como el ARN U1) y la secuencia intermedia escindida forma un lazo (intermedio de ARN de lazo). ④Modificación: la N6-metiladenosina a menudo existe en ciertas partes de la molécula de ARNm, es producida por la metilasa y se modifica durante el procesamiento postranscripcional. Debido a diferencias en el posprocesamiento, algunos precursores de ARNm eucariotas pueden producir dos o más ARNm (como las transcripciones del gen de la calcitonina humana) y, por lo tanto, pueden traducirse en dos o más cadenas polipeptídicas.
Postprocesamiento de precursores de tRNA
Actualmente existen dos tipos de precursores de tRNA aislados: ① El precursor de tRNA que contiene un único tRNA tiene una redundancia en el extremo 5' y en el 3'. final. Secuencia (2) El precursor de ARNt que contiene dos ARNt tiene secuencias redundantes diferentes en el extremo 5' y en el extremo 3', y hay diferentes números de espaciadores de nucleótidos entre los dos ARNt. Algunos precursores de ARNt eucariotas contienen una secuencia de inserción en la región del bucle del anticodón. Los pasos de posprocesamiento de los precursores de ARNt procarióticos y eucariotas son similares: ① Modificación: modificar ciertos nucleótidos en la molécula de ARNt (incluidas metilación, acilación, tiolación y reordenamiento, etc.) (2) Escisión de 5' y nucleótidos adicionales en el extremo; extremo 3'; ③ los precursores de ARNt sin secuencias CCA en el extremo 3' deben cargarse con secuencias CCA. El procesamiento de precursores de ARNt procarióticos y eucariotas también tiene diferentes situaciones: ① El precursor de ARNt policistrónico procariótico se escinde cuando es necesario procesarlo ② El precursor de ARNt eucariótico que contiene la secuencia intermedia debe eliminarse durante el procesamiento; Primero, la secuencia media del precursor del ARNt es escindida por una endonucleasa, produciendo una media molécula en 5' con un fosfato cíclico en 2',3' y una media molécula en 3' con un grupo hidroxilo en 5'. Luego, bajo la acción de la fosfodiesterasa cíclica 2', 3' y la polinucleótido quinasa, la media molécula 5' contacta con el grupo hidroxilo y el grupo fosfato 2', y la media molécula 3' lleva el grupo fosfato 5'. Estas dos medias moléculas pasan secuencialmente a través de la ligasa y la fosfomonoesterasa (eliminación del grupo fosfato 2'), produciendo finalmente ARNt maduro.
Postprocesamiento de precursores de rRNA
El posprocesamiento de precursores de rRNA suele incluir los siguientes pasos: ①Modificación: además del 5SrRNA, suelen existir nucleótidos modificados (principalmente nucleótidos metilados), que se modifican durante el posprocesamiento. Generalmente se cree que la metilación del grupo 2' hidroxilo de la ribosa precede a la metilación de la base (2) cizallamiento: corte en la secuencia redundante de la molécula precursora del ARNr para producir muchos precursores intermedios y luego los extremos del intermedio; los precursores son Secuencias redundantes cortadas; ③ Empalme: algunos precursores de ARNr eucariotas con secuencias insertadas deben eliminarse durante el procesamiento. En 1982, T.R. Cech descubrió que en el precursor de Tetrahymena, la eliminación de una secuencia de inserción que contenía 413 nucleótidos estaba catalizada por el propio precursor. Bajo la promoción de 5'-guanilato, la secuencia insertada se elimina mediante autocatálisis, y las dos partes antes y después de la secuencia insertada se vuelven a unir para producir ARNr maduro (5'-UpU-3'), una molécula de ARN circular y un 15 -núcleo Pequeños fragmentos de residuos de nucleótidos. La autocatálisis de los precursores del ARNr indica que el ARN tiene una actividad similar a la de una enzima. Este descubrimiento rompe con el concepto de que sólo las proteínas pueden catalizar macromoléculas biológicas. Al mismo tiempo, también tendrán gran importancia las investigaciones sobre la evolución biológica y el origen de la vida.
[Editar este párrafo] Diferencias
El proceso de transcripción del ARN eucariota es básicamente el mismo que el del ARN procariótico, pero el proceso es mucho más complicado, con las siguientes diferencias principales: 1. La transcripción del ARN eucariota se produce en el núcleo, mientras que la síntesis de proteínas se produce en el citoplasma. Por lo tanto, una vez transcrito el ARN, debe transportarse desde el núcleo al citoplasma para guiar la síntesis de proteínas. 1. Generalmente, una molécula de ARNm en los eucariotas solo contiene un gen, mientras que una molécula de ARNm en los procariotas suele contener múltiples genes. A excepción de unos pocos eucariotas inferiores, una molécula de ARNm generalmente contiene un solo gen que codifica una cadena polipeptídica. 3. Hay muchas ARN polimerasas en los eucariotas. En los procariotas, sólo existe una ARN polimerasa, que cataliza la síntesis de todo el ARN.
En los eucariotas, hay tres enzimas diferentes, a saber, la ARN polimerasa I, la ARN polimerasa II y la ARN polimerasa III, que catalizan respectivamente la síntesis de diferentes tipos de ARN. Las tres ARN polimerasas son enzimas complejas compuestas por más de 10 subunidades. La ARN polimerasa I existe en el núcleo y cataliza la síntesis de todos los ARNr, excepto el ARNr 5S; la ARN polimerasa II cataliza la síntesis de precursores de ARNm, es decir, la síntesis de ARN nuclear heterólogo (ARNhn) cataliza el ARNt y el ARN de núcleos pequeños; síntesis. 4. La ARN polimerasa eucariota no puede transcribir el ARN de forma independiente. La ARN polimerasa en procariotas puede iniciar directamente la transcripción y síntesis de ARN, pero los eucariotas no. En los eucariotas, las tres enzimas ARN polimerasa sólo pueden transcribir el ARN con la ayuda de factores de transcripción de proteínas. Además, el reconocimiento de los promotores de la transcripción por la ARN polimerasa es más complejo que en los procariotas. Por ejemplo, para la ARN polimerasa II, al menos tres secuencias de ADN conservadas están asociadas con el inicio de la transcripción. La primera se llama caja TATA, con la secuencia TATAAAA* *, situada unos 25 nucleótidos aguas arriba del punto de inicio de la transcripción, y su función en procariotas puede ser -10*. La segunda secuencia se llama caja CCAAT, que tiene la secuencia GGAACCTCT y está ubicada aproximadamente entre 50 y 500 nucleótidos aguas arriba del sitio de inicio de la transcripción. Si se elimina esta secuencia, los niveles de transcripción del organismo se reducirán considerablemente. La tercera región generalmente se denomina potenciador y su ubicación puede estar en sentido ascendente, descendente o dentro del gen. Aunque no se une directamente al complejo de transcripción, puede mejorar significativamente la eficiencia de la transcripción.
[Editar este párrafo] Regulación y control de la transcripción
La regulación de la transcripción es una parte importante de la regulación de la expresión génica. La promoción de la transcripción genética se denomina regulación positiva y la inhibición de la transcripción genética se denomina regulación negativa. En procariotas, la teoría del operón propuesta por F. Jacob y J. Mono en 1961 ha sido verificada y enriquecida por muchas personas. Los métodos reguladores habituales de los operones incluyen: ① inducción y represión de CAMP y debilitamiento de la proteína activadora del producto de degradación (CAP); Actualmente se sabe poco sobre la regulación de la transcripción de genes eucariotas. Cada célula de cada individuo en el mismo organismo superior tiene un conjunto de los mismos genes, pero la regulación de la expresión genética (incluida la regulación de la transcripción) durante el desarrollo es diferente, por lo que se desarrolla en varios tejidos y órganos. Actualmente se cree que todos los animales (incluidos los humanos) contienen oncogenes, pero algunos son cancerígenos y otros no, lo que también puede deberse a una regulación diferente de la transcripción y la traducción. Además, los genes estructurales del ADN eucariota sólo representan alrededor del 10% del total, y la mayoría de las secuencias de ADN pueden desempeñar un papel regulador. Los eucariotas también tienen enzimas y proteínas inducibles. Por ejemplo, el interferón es una proteína inducida por virus o ARN bicatenario.
[Editar este párrafo] Inhibidores de la transcripción
La transcripción puede ser inhibida por algunos inhibidores específicos, algunos de los cuales son medicamentos para tratar ciertas enfermedades y otros son reactivos importantes para estudiar el mecanismo de transcripción. . Los inhibidores de la transcripción se pueden dividir en dos categorías principales según sus mecanismos de acción. La primera clase de inhibidores se une específicamente a la cadena de ADN e inhibe la actividad del molde, imposibilitando la transcripción. Estos inhibidores pueden inhibir la replicación del ADN al mismo tiempo, como la actinomicina D, la fusimicina, la distamicina, el bromuro de etidio y las aflatoxinas. El segundo tipo de inhibidor actúa sobre la ARN polimerasa, cambiando o perdiendo la actividad de la ARN polimerasa, inhibiendo así la transcripción. Este tipo de inhibidor sólo inhibe la transcripción y no afecta la replicación. Es una herramienta importante para estudiar el mecanismo de transcripción y las propiedades de las ARN polimerasas (como la rifampicina).