Apa itu transkripsi DNA?

transkripsi dari DNA adalah proses dimana informasi yang terdapat dalam asam deoksiribonukleat disalin sebagai molekul yang sama, RNA, baik sebagai langkah untuk sintesis protein atau untuk pembentukan molekul RNA yang terlibat dalam proses seluler beberapa penting (Peraturan ekspresi gen, pensinyalan, dll.).

Meskipun tidak benar bahwa semua gen suatu organisme mengkode protein, namun benar bahwa semua protein sel, apakah eukariotik atau prokariotik, dikodekan oleh satu atau lebih gen, di mana setiap asam amino diwakili oleh satu set asam amino. tiga basa DNA (kodon).

Pemrosesan gen eukariotik (Sumber: Leonid 2 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) melalui Wikimedia Commons)

Sintesis rantai polipeptida milik protein seluler apa pun terjadi berkat dua proses mendasar: transkripsi dan translasi; keduanya sangat diatur, karena mereka adalah dua proses yang sangat penting untuk berfungsinya organisme hidup apa pun.

Apa itu transkripsi DNA?

Transkripsi melibatkan pembentukan “templat” untuk molekul RNA yang dikenal sebagai “messenger RNA” (mRNA) dari urutan “master” yang dikodekan di wilayah DNA yang sesuai dengan gen yang akan ditranskripsi.

Proses ini dilakukan oleh enzim yang disebut RNA polimerase, yang mengenali tempat khusus dalam urutan DNA, mengikatnya, membuka untai DNA dan mensintesis molekul RNA menggunakan salah satu untai DNA komplementer ini sebagai templat atau pola, bahkan ketika itu bertemu dengan urutan pemberhentian khusus lainnya.

Terjemahan, di sisi lain, adalah proses di mana sintesis protein terjadi. Ini terdiri dari “pembacaan” informasi yang terkandung dalam mRNA yang ditranskripsi dari gen, “penerjemahan” kodon DNA menjadi asam amino dan pembentukan rantai polipeptida.

Terjemahan dari urutan nukleotida mRNA dilakukan oleh enzim yang dikenal sebagai sintetase aminoasil-tRNA, berkat partisipasi molekul RNA lainnya yang dikenal sebagai “RNA transfer” (tRNA), yang anticodons dari kodon yang terkandung dalam AKPER, yang merupakan salinan setia urutan DNA dari gen.

Transkripsi eukariotik (proses)

Selama transkripsi pada eukariota, DNA digunakan sebagai cetakan untuk membuat untaian messenger RNA dengan bantuan enzim RNA polimerase.

Pada sel eukariotik, proses transkripsi terjadi di dalam nukleus, yang merupakan organel intraseluler utama di mana DNA terkandung dalam bentuk kromosom. Ini dimulai dengan “salinan” wilayah pengkodean gen yang ditranskripsi menjadi molekul pita tunggal yang dikenal sebagai messenger RNA (mRNA).

Karena DNA terkurung dalam organel tersebut, molekul mRNA berfungsi sebagai perantara atau pengangkut dalam transmisi pesan genetik dari nukleus ke sitosol, di mana translasi RNA terjadi dan seluruh mesin biosintetik untuk sintesis protein ( ribosom ). .

Seperti apa gen eukariotik?

Gen terdiri dari urutan DNA yang karakteristiknya menentukan fungsinya, karena urutan nukleotida dalam urutan tersebut adalah yang menentukan transkripsi dan terjemahan selanjutnya (dalam kasus yang mengkode protein).

Ketika sebuah gen ditranskripsi, yaitu ketika informasinya disalin dalam bentuk RNA, hasilnya dapat berupa RNA non-coding (cRNA), yang memiliki fungsi langsung dalam regulasi ekspresi gen, dalam pensinyalan sel, dll. , atau dapat berupa messenger RNA (mRNA), yang kemudian akan diterjemahkan ke dalam urutan asam amino dalam suatu peptida.

Representasi struktur gen eukariotik (Sumber: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) melalui Wikimedia Commons)

Apakah gen memiliki produk fungsional dalam bentuk RNA atau protein tergantung pada unsur atau daerah tertentu yang ada dalam urutannya.

Gen, eukariotik atau prokariotik, memiliki dua untai DNA, satu dikenal sebagai untai “sense” dan yang lainnya “antisense.” Enzim-enzim yang bertanggung jawab untuk transkripsi urutan-urutan ini “membaca” hanya satu dari dua untai, biasanya untai “sense” atau “coding”, yang “diarahkan” 5′-3′.

Setiap gen memiliki urutan pengaturan di ujungnya:

  • Jika urutannya sebelum wilayah pengkodean (yang akan ditranskripsi) mereka dikenal sebagai “promotor”.
  • Jika mereka dipisahkan oleh banyak kilobase, mereka dapat “membungkam” atau “meningkatkan”.
  • Urutan yang paling dekat dengan wilayah gen 3 ‘biasanya adalah urutan terminator, yang memberi tahu polimerase untuk menghentikan dan mengakhiri transkripsi (atau replikasi, tergantung kasusnya).

Wilayah promotor dibagi menjadi distal dan proksimal, menurut kedekatannya dengan wilayah pengkodean. Itu berada di ujung 5 gen dan merupakan situs yang dikenali oleh enzim RNA polimerase dan protein lain untuk memulai transkripsi dari DNA ke RNA.

Di bagian proksimal daerah promotor, faktor transkripsi dapat mengikat, yang memiliki kemampuan untuk memodifikasi afinitas enzim terhadap urutan yang akan ditranskripsi, oleh karena itu mereka bertugas mengatur transkripsi gen secara positif atau negatif.

Daerah penambah dan peredam juga bertanggung jawab untuk mengatur transkripsi gen dengan memodifikasi “aktivitas” daerah promotor dengan penyatuannya dengan unsur aktivator atau represor “hulu” dari urutan pengkodean gen.

Dikatakan bahwa gen eukariotik selalu “mati” atau “ditekan” secara default , sehingga mereka membutuhkan aktivasi mereka oleh unsur promotor untuk diekspresikan (ditranskripsi).

Siapa yang bertanggung jawab atas transkripsi?

Apapun organisme, transkripsi dilakukan oleh sekelompok enzim yang disebut RNA polimerase, yang mirip dengan enzim yang bertanggung jawab untuk replikasi DNA ketika sel akan membelah, mengkhususkan diri dalam sintesis rantai RNA dari salah satu untai DNA gen yang ditranskripsi.

RNA polimerase adalah kompleks enzim besar yang terdiri dari banyak subunit. Ada berbagai jenis:

  • RNA polimerase I (Pol I): ditranskripsi oleh gen yang mengkodekan subunit ribosom “besar”.
  • RNA polimerase II (Pol II): yang mentranskripsikan gen yang mengkode protein dan menghasilkan RNA mikro.
  • RNA polimerase III (Pol III): diproduksi oleh RNA transfer yang digunakan selama translasi dan juga RNA yang sesuai dengan subunit kecil ribosom.
  • RNA polimerase IV dan V (Pol IV dan Pol V): khas tanaman dan bertanggung jawab atas transkripsi RNA kecil yang mengganggu.

Apa prosesnya?

Transkripsi gen eukariotik (Sumber: Erinp.5000 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) melalui Wikimedia Commons)

Transkripsi genetik adalah proses yang dapat dipelajari yang dibagi menjadi tiga fase: inisiasi, elongasi, dan terminasi.

Inisiasi

Selama inisiasi wilayah promotor, wilayah promotor gen berfungsi sebagai situs pengenalan untuk RNA polimerase. Di sinilah sebagian besar ekspresi genetik dikendalikan.

RNA polimerase (katakanlah RNA polimerase II) berikatan dengan urutan daerah promotor, yang terdiri dari 6-10 pasangan basa yang meregang di ujung 5 gen, biasanya sekitar 35 pasangan basa jauhnya dari lokasi awal transkripsi.

Penyatuan RNA polimerase mengarah pada “pembukaan” heliks ganda DNA, memisahkan untaian komplementer. Sintesis RNA dimulai di tempat yang dikenal sebagai “situs inisiasi” dan terjadi dalam arah 5′-3′, yaitu, “hilir” atau dari kiri ke kanan (berdasarkan konvensi).

Inisiasi transkripsi yang dimediasi oleh RNA polimerase tergantung pada kehadiran faktor transkripsi protein yang dikenal sebagai faktor transkripsi umum, yang berkontribusi pada “lokasi” enzim di wilayah promotor.

Setelah enzim mulai berpolimerisasi, ia “dilepaskan” dari urutan promotor dan faktor transkripsi umum.

Pemanjangan

Selama pemanjangan, RNA polimerase meluncur ke bawah rantai yang berfungsi sebagai cetakan.

Ini terjadi ketika RNA polimerase “bergerak” di sepanjang urutan DNA dan menambahkan ribonukleotida yang melengkapi untai DNA yang berfungsi sebagai “templat” untuk RNA yang sedang tumbuh. Saat RNA polimerase “melewati” untai DNA, ia bergabung kembali dengan untai antisense-nya.

Polimerisasi yang dilakukan oleh RNA polimerase terdiri dari serangan nukleofilik oksigen pada posisi 3 ‘dari rantai RNA yang sedang tumbuh ke “alfa” fosfat dari prekursor nukleotida berikutnya yang akan ditambahkan, dengan konsekuensi pembentukan ikatan fosfodiester dan pelepasan pirofosfat molekul (PPi).

Himpunan yang terdiri dari untai DNA, RNA polimerase dan untai RNA yang baru lahir dikenal sebagai gelembung transkripsi atau kompleks.

Penghentian

Ketika RNA polimerase mencapai daerah terminal gen, RNA pembawa pesan transkripsi selesai. Kemudian RNA polimerase, untai DNA, dan RNA messenger transkripsi berdisosiasi

Pengakhiran terjadi ketika polimerase mencapai urutan terminasi, yang secara logis terletak “hilir” dari situs inisiasi transkripsi. Ketika ini terjadi, baik enzim dan RNA yang disintesis menjadi “terlepas” dari urutan DNA yang sedang ditranskripsi.

Daerah terminasi biasanya terdiri dari urutan DNA yang mampu “melipat” pada dirinya sendiri, membentuk struktur tipe “loop jepit rambut” (dari loop jepit rambut bahasa Inggris ).

Setelah penghentian, untai RNA yang disintesis dikenal sebagai transkrip primer, yang dilepaskan dari kompleks transkripsi, setelah itu mungkin atau mungkin tidak diproses pasca-transkripsi (sebelum diterjemahkan menjadi protein, jika berlaku) melalui proses yang disebut ” penyambungan”.

Transkripsi pada prokariota (proses)

Karena sel prokariotik tidak memiliki nukleus yang tertutup membran, transkripsi terjadi di sitosol, khususnya di wilayah “nuklir”, di mana DNA kromosom terkonsentrasi (bakteri memiliki kromosom melingkar).

Dengan cara ini, peningkatan konsentrasi sitosol dari protein yang diberikan secara substansial lebih cepat pada prokariota daripada pada eukariota, karena proses transkripsi dan translasi terjadi di kompartemen yang sama.

Seperti apa gen prokariotik?

Organisme prokariotik memiliki gen yang sangat mirip dengan eukariota: yang pertama juga menggunakan daerah promotor dan pengatur untuk transkripsi mereka, meskipun perbedaan penting berkaitan dengan fakta bahwa wilayah promotor seringkali cukup untuk mencapai ekspresi gen yang “kuat”. .

Dalam pengertian ini, penting untuk disebutkan bahwa, secara umum, gen prokariotik selalu “aktif” secara default.

Wilayah promotor berasosiasi dengan wilayah lain, biasanya “hulu”, yang diatur oleh molekul represor dan dikenal sebagai “wilayah operator”.

Representasi struktur gen prokariotik (Sumber: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) melalui Wikimedia Commons)

Perbedaan transkripsi antara prokariota dan eukariota adalah bahwa biasanya RNA pembawa pesan dari eukariota adalah monokistronik, yaitu, masing-masing berisi informasi untuk mensintesis protein tunggal, sedangkan pada prokariota ini dapat monokistronik atau polisistronik, di mana hanya satu MRNA yang dapat berisi informasi untuk dua atau lebih protein.

Dengan demikian, diketahui bahwa gen prokariotik yang mengkode protein dengan fungsi metabolisme yang serupa, misalnya, ditemukan dalam kelompok yang dikenal sebagai operon, yang secara simultan ditranskripsikan ke dalam bentuk molekul tunggal dari messenger RNA.

Gen prokariotik dikemas secara padat, tanpa banyak daerah nonkode di antara mereka, sehingga setelah ditranskripsi menjadi molekul RNA pembawa pesan linier, mereka dapat segera diterjemahkan menjadi protein (mRNA eukariotik sering membutuhkan pemrosesan lebih lanjut).

Seperti apa RNA polimerase prokariotik?

Organisme prokariotik seperti bakteri, misalnya, menggunakan enzim RNA polimerase yang sama untuk mentranskripsikan semua gen mereka, yaitu gen yang mengkode subunit ribosom dan gen yang mengkode protein seluler yang berbeda.

Pada bakteri E. coli , RNA polimerase terdiri dari 5 subunit polipeptida, dua di antaranya identik. Subunit , , , ‘ terdiri dari bagian tengah enzim dan merakit dan membongkar selama setiap peristiwa transkripsi.

Subunit adalah subunit yang memungkinkan penyatuan antara DNA dan enzim; subunit berikatan dengan ribonukleotida trifosfat yang akan dipolimerisasi menurut cetakan DNA pada molekul mRNA yang baru lahir dan subunit ‘mengikat pada untai DNA cetakan tersebut.

Subunit kelima, yang dikenal sebagai , berpartisipasi dalam inisiasi transkripsi dan memberikan spesifisitas pada polimerase.

Apa prosesnya?

Transkripsi pada prokariota sangat mirip dengan pada eukariota (juga dibagi menjadi inisiasi, elongasi, dan terminasi), dengan beberapa perbedaan dalam identitas daerah promotor dan faktor transkripsi yang diperlukan untuk RNA polimerase untuk menjalankan fungsinya.

Meskipun wilayah promotor dapat bervariasi antara spesies prokariotik yang berbeda, ada dua urutan “konsensus” yang dapat dengan mudah diidentifikasi di wilayah -10 (TATAAT) dan di wilayah -35 (TTGACA) di bagian hulu dari urutan pengkodean.

Inisiasi

Itu tergantung pada subunit dari RNA polimerase, karena memediasi interaksi antara DNA dan enzim, membuatnya mampu mengenali urutan promotor. Inisiasi berakhir ketika beberapa transkrip abortifacient dari sekitar 10 nukleotida diproduksi dan dilepaskan.

Pemanjangan

Ketika subunit terlepas dari enzim, fase elongasi dimulai, yang terdiri dari sintesis molekul mRNA dalam arah 5′-3′ (sekitar 40 nukleotida per detik).

Penghentian

Pemutusan pada prokariota tergantung pada dua jenis sinyal yang berbeda, dapat bergantung pada Rho dan tidak bergantung pada Rho.

Ketergantungan pada Rho dikendalikan oleh protein ini yang “mengikuti” polimerase saat ia maju dalam sintesis RNA sampai yang terakhir, yang mencapai urutan kaya guanin (G), berhenti dan bersentuhan dengan protein Rho. mRNA.

Terminasi Rho-independen dikendalikan oleh urutan gen tertentu, biasanya kaya akan pengulangan guanin-sitosin (GC).