Transkripsi DNA: Proses dan Mekanisme Transkripsi DNA



Baca artikel ini untuk mempelajari tentang Transkripsi DNA: Proses dan Mekanisme Transkripsi DNA

Proses penyalinan informasi genetik dari antisense atau untai cetakan DNA menjadi RNA disebut transkripsi. Ini dimaksudkan untuk membawa informasi yang dikodekan dari DNA ke situs yang diperlukan untuk sintesis protein. Prinsip saling melengkapi digunakan bahkan dalam transkripsi.

Pengecualian adalah bahwa (i) Urasil dimasukkan sebagai pengganti timin berlawanan dengan adenin cetakan, (ii) Hanya untai cetakan DNA yang ditranskripsi. Kedua untai DNA tidak dapat disalin dalam transkripsi karena itu akan menghasilkan dua jenis protein, satu dengan urutan asam amino yang benar dan yang lainnya dengan urutan asam amino terbalik.

Selanjutnya, jika dua RNA komplementer diproduksi secara bersamaan, mereka akan memiliki kecenderungan untuk membentuk RNA beruntai ganda yang mengakibatkan nontranslasi informasi kode ­menjadi protein. Seluruh latihan transkripsi akan tampak sia-sia.

Satuan Transkripsi:

Segmen DNA yang berperan dalam transkripsi disebut unit transkripsi (Gambar 6.16). Ini memiliki tiga komponen (i) promotor, (ii) gen struktural dan (iii) terminator. Selain promotor, eukariota juga membutuhkan enhancer. Pro ­moter terletak di hulu gen struktural. Dengan konvensi itu disebut 5′ ujung (untai pengkodean yang merupakan ujung 3′ dari untai templat). Wilayah terminator hadir di hilir gen struktural pada ujung 3′ (untai pengkodean yang sebenarnya adalah ujung 5′ dari untai templat). Promotor memiliki bagian yang berbeda untuk menempel pada berbagai faktor transkripsi.

Dalam banyak kasus, promotor memiliki wilayah kaya AT yang disebut kotak TATA. Area tersebut memiliki alur yang dapat digabungkan oleh komponen protein tertentu. Daerah yang mengandung TATA disebut juga kotak Pribnow sesuai dengan nama penemunya.

Gen struktural adalah komponen untaian DNA yang memiliki polaritas 3’→ 5′ (karena transkripsi hanya dapat terjadi dalam arah 5’→ 3′). Untai DNA ini disebut untai cetakan atau untai master atau antisense, atau (-) untai. Untai lainnya yang memiliki polaritas 5’→ 3′ dipindahkan selama transkripsi. Untai nontemplate yang tidak mengambil bagian dalam transkripsi ini juga disebut sense atau coding strand atau plus (+) strand karena kode genetik yang ada pada untaian ini mirip dengan kode genetik (berdasarkan mRNA) kecuali urasil digantikan oleh timin.

 

Mekanisme Transkripsi:

Pada eukariota, transkripsi terjadi sepanjang fase-I dalam sel yang berdiferensiasi tetapi lebih pada fase G1 , dan G2 dari siklus sel di dalam nukleus. Bergantung pada kebutuhan, gen struktural dapat menyalin satu molekul RNA menjadi banyak. Produk transkripsi pindah ke sitoplasma untuk diterjemahkan.

Pada prokariota, transkripsi ­terjadi dalam kontak dengan sitoplasma karena DNA mereka terletak di sitoplasma. Transkripsi membutuhkan RNA polimerase yang bergantung pada DNA. Eukariota memiliki tiga polimerase RNA, Pol I (Pol A) (untuk ribosom atau rRNA kecuali 5S rRNA), Pol II (untuk mRNA, snRNS) dan Pol III (untuk transfer atau tRNA, 5S rRNA, dan beberapa snRNA). Polimerase RNA eukariotik juga membutuhkan faktor transkripsi untuk inisiasi.

Berbagai bagian DNA terlibat dalam transkripsi berbagai asam ribonukleat. Prokariota ­hanya memiliki satu RNA-polimerase yang mensintesis semua jenis RNA. Rna polimerase Escherichia coli memiliki lima rantai polipeptida β, β’, α, α’ dan faktor σ (sigma). Holoenzim memiliki berat molekul 4,50.000. Sigma atau faktor mengenali sinyal awal atau wilayah promotor (kotak TATA) DNA.

Bagian enzim polimerase minus faktor Ñ disebut enzim inti (Gambar 6.17). α dan α’-polipeptida bersifat protektif sementara β dan β’ bersifat katalitik.

Faktor terminasi yang disebut faktor Rho (p) diperlukan untuk terminasi transkripsi. Sejumlah faktor lain juga diperlukan—untuk pelepasan dupleks DNA, stabilisasi untai DNA yang dilepaskan, pasangan basa, pemisahan dan pemrosesan RNA yang ditranskripsi.

1. Aktivasi Ribo-nukleotida:

Ribonukleotida berbeda dari deoksiribonukleotida karena memiliki gula ribosa, bukan gula deoksiribosa. Timidin monofosfat digantikan oleh uridin monofosfat. Empat jenis ribonukleotida adalah adenosin monofosfat (AMP), guanosin monofosfat (GMP), uridin monofosfat (UMP) dan cytidine monophosphate (CMP). Mereka terjadi secara bebas di nukleoplasma. Sebelum transkripsi, nukleotida diaktifkan melalui fosforilasi. Enzim fosforilase diperlukan bersama dengan energi. Ribonukleotida teraktivasi atau terfosforilasi adalah adenosin trifosfat (ATP), guanosin trifosfat (GTP), uridin trifosfat (UTP) dan sitidin trifosfat (CTP).

2. Templat DNA:

Pada sinyal tertentu, segmen DNA yang sesuai dengan satu atau lebih sistron menjadi tidak tertekan dan siap untuk ditranskripsi. Setiap segmen transkripsi DNA tersebut memiliki wilayah promotor, situs inisiasi, wilayah pengkodean, dan wilayah terminator. Transkripsi dimulai di situs inisiasi dan berakhir di wilayah terminator. Daerah promotor memiliki situs pengenalan RNA polimerase dan situs pengikatan RNA polimerase.

Pembukaan rantai terjadi di wilayah yang ditempati oleh nukleotida TATAATG (kotak TATA) di sebagian besar prokariota. Enzim yang diperlukan untuk pemisahan rantai adalah unwindases, gyrases dan protein pengikat beruntai tunggal. Wilayah terminator memiliki urutan basa poli A atau urutan palindromik (urutan basa ­identik yang berjalan berlawanan arah dalam dua rantai DNA).

RNA polimerase (umum pada prokariota dan spesifik pada eukariota) mengikatkan diri ke daerah promotor. Kedua untai DNA mengurai secara progresif dari tempat pengikatan polimerase. Salah satu dari dua untai DNA (3’—» 5′) berfungsi sebagai cetakan untuk transkripsi RNA. Ini disebut master, template atau antisense strand. Pembentukan transkrip terjadi pada arah 5’—>3’.

3. Pasangan Basis:

Ribonucleoside triphosphates hadir di media sekitarnya datang untuk berbaring berlawanan dengan basa nitrogen dari cetakan DNA (untai Antisense). Mereka membentuk pasangan komplementer, U berlawanan dengan A, A berlawanan dengan T, С berlawanan dengan G, dan G berlawanan dengan C. Sebuah pirofosfat dilepaskan dari setiap ribonukleosida trifosfat untuk membentuk ribonukleotida. Pirofosfat dihidrolisis dengan bantuan enzim pirofosfatase. Ini melepaskan energi.

4. Formasi Rantai:

Dengan bantuan RNA polimerase, ribo-nukleotida yang berdekatan yang berada di atas templat DNA bergabung untuk membentuk rantai RNA. Pada prokariota, satu polimerase mengenali daerah promotor dan inisiasi. Pada eukariota, ada faktor transkripsi terpisah dan RNA polimerase untuk aktivasi transkripsi. Saat pembentukan rantai RNA dimulai, faktor sigma (a) RNA polimerase prokariotik terpisah. RNA polimerase (enzim inti) bergerak di sepanjang cetakan DNA menyebabkan pemanjangan rantai RNA dengan kecepatan sekitar 30 nukleotida per detik. Sintesis RNA berhenti segera setelah polimerase mencapai daerah terminator. Faktor Rho (p) diperlukan untuk ini. Wilayah terminator memiliki sinyal berhenti. Ia juga memiliki 4-8 A-nukleotida.

5. Pemisahan RNA:

Pemutusan atau faktor rho memiliki aktivitas ATP-ase (Roberts, 1976). Ini membantu dalam pelepasan rantai RNA yang telah selesai. RNA yang dirilis disebut ­skrip trans primer. Ini diproses untuk membentuk RNA fungsional. Pada banyak prokariota, beberapa gen struktural dari fungsi terkait dikelompokkan bersama dalam operon. Sebuah operon ditranskripsi sebagai satu unit. Unit transkripsi tersebut menghasilkan mRNA polikistronik. Pada eukariota, unit transkripsi menghasilkan mRNA mono-kistronik.

  1. Formasi Dupleks. Setelah ­rilis transkrip primer, dua untai DNA membentuk hubungan antara pasangan basa komplementer. Gyrases, unwindases dan protein SSB dilepaskan. Akibatnya bentuk heliks ganda DNA dilanjutkan.

7. Pemrosesan Pasca Transkripsi ­:

Transkrip primer seringkali lebih besar dari RNA fungsional. Transkrip primer ini disebut RNA nuklir heterogen atau hnRNA, terutama dalam kasus mRNA. Pemrosesan pasca transkripsi ­diperlukan untuk mengubah transkrip primer dari semua jenis RNA menjadi RNA fungsional (Gambar 6.18). Ini terdiri dari empat jenis:

(i) Belahan:

Prekursor RNA yang lebih besar dibelah untuk membentuk RNA yang lebih kecil. Transkrip primer rRNA adalah 45 S pada eukariota. Itu dibelah untuk membentuk yang berikut:

Transkrip primer juga dibelah oleh rfoonuclease-P (enzim RNA). Transkrip primer dapat membentuk 5-7 prekursor tRNA.

(ii) Penyambungan:

Transkrip eukariotik memiliki segmen tambahan yang disebut intron atau urutan intervensi ­atau urutan nonkode. Mereka tidak muncul dalam RNA yang matang atau diproses. Urutan pengkodean fungsional disebut ekson. Penyambungan adalah penghilangan intron dan fusi ekson untuk membentuk RNA fungsional. Setiap intron dimulai dengan dinukleotida GU dan diakhiri dengan dinukleotida AG (aturan GU-AG).

Mereka dikenali oleh komponen alat penyambung Sn-RNPs (diucapkan sebagai snurps) atau ribonucleoprotein nuklir kecil (viz-Ul, U2, U4, U5, U6). Kompleks yang disebut spliceosome terbentuk antara ujung 5′ (GU) dan ujung 3′ (AG) intron. Energi diperoleh dari ATR Ini menghilangkan intron. Ekson yang berdekatan disatukan. Ujungnya disegel oleh RNA ligase (Gambar 6.18).

Intron bukanlah perkembangan terbaru. Mereka muncul ketika mesin genetik RNA-sentris ­berada di tempatnya. Oleh karena itu, gen terbelah dan transkripsi terbelah adalah fitur kuno dari sistem genetik. Penyambungan terus menjadi fungsi katalitik yang dimediasi RNA. Banyak lagi proses yang bergantung pada RNA seperti itu yang terungkap.

(iii) Penambahan Terminal (Capping dan Tailing):

Nukleotida tambahan ditambahkan ke ujung RNA untuk fungsi tertentu, misalnya segmen CCA di tRNA, tutup nukleotida di ujung 5′ mRNA atau segmen poli-A (200-300 residu) di ujung 3′ mRNA. Cap dibentuk oleh modifikasi GTP menjadi 7-methyl guanosin atau 7mG.

(iv) Modifikasi Nukleotida:

Mereka paling umum dalam metilasi tRNA (misalnya, metil sitosin, metil guanosin), deaminasi (misalnya, inosin dari adenin), dihydrouracil, pseudouracil, dll.

Pada prokariota, mRNA tidak memerlukan pemrosesan yang rumit untuk menjadi aktif. Selanjutnya, transkripsi dan terjemahan terjadi di wilayah yang sama. Ini menghasilkan awal terjemahan bahkan sebelum mRNA terbentuk sepenuhnya.

Sintesis in vitro RNA pertama kali dilakukan oleh Ochoa (1967).

Related Posts