PendahuluanTranskripsi melibatkan sintesis rantai RNA merupakan salah satu untai DNA dupleks. RNA identik secara berurutan dengan satu untai DNA, yang disebut coding strand. Hal ini melengkapi untai lainnya, yang menyediakan template strand untuk sintesisnya. GAMBAR 11.1 merangkum hubungan antara DNA untai ganda dan RNA transkrip single stranded.

Gambar 11.1 Fungsi dari RNA polimerase untuk menyalin satu strand dari duplek DNA kedalam RNA.

Sintesis RNA dikatalisis oleh enzim RNA polimerase. Transkripsi dimulai ketika RNA polimerase mengikat wilayah khusus, promotor, startpoint gen. Promotor mengelilingi pasangan basa pertama yang ditranskripsi menjadi RNA, pada ujung awal tersebut. Dari titik ini, RNA polimerase bergerak sepanjang template, sintesis RNA, sampai mencapai urutan terminator (t). Tindakan ini mendefinisikan unit transkripsi yang memanjang dari promotor terminator. Fitur penting dari unit transkripsi, digambarkan dalam Gambar 11 2, adalah bahwa hal itu merupakan bentangan DNA diekspresikan melalui produksi dari molekul RNA tunggal. Sebuah unit transkripsi dapat mencakup lebih dari satu gen.

Gambar 11.2 Unit transkripsi adalah urutan dari transkrip DNA ke dalam RNA tunggal, dimulai pada promoter dan diakhiri pada terminator.Urutan sebelum startpoint yang digambarkan sebagai hulu dari itu; setelah stanpoint (dalam urutan ditranskripsi) yang hilir itu. Urutan secara konvensional ditulis sehingga hasil transkripsi dari kiri (hulu) ke kanan (hilir). Hal ini sesuai dengan menulis mRNA biasanya dari arah 5' 3'.Urutan DNA sering ditulis untuk menunjukkan hanya coding strand, yang memiliki urutan yang sama seperti RNA. Posisi dasar diberi nomor di kedua arah jauh dari startpoint, yang ditugaskan nilai 1; angka meningkat saat mereka pergi hilir. Dasar sebelum startpoint yang diberi nomor -1, dan angka negatif meningkat kearah hulu. (Tidak ada dasar yang menetapkan angka 0.)Produk langsung dari transkripsi disebut transkrip primer. Ini terdiri dari RNA memanjang dari promoter ke terminator dan memiliki keaslian yaitu 5 'dan 3'. Transkrip primer, hampir selalu tidak stabil. Pada prokariota, dengan cepat terdegradasi (mRNA) atau dibelah untuk memberikan produk dewasa (rRNA dan tRNA). Pada eukariota, hal itu diubah pada ujung-ujung (mRNA) dan/atau dibelah untuk memberikan produk dewasa (semua RNA).Transkripsi adalah tahap pertama dalam ekspresi gen dan langkah utama di mana ia dikendalikan. Protein regulator menentukan apakah gen tertentu yang tersedia untuk disalin oleh RNA polimerase. Langkah awal dalam peraturan adalah keputusan tentang apakah iya atau tidak untuk mentranskrip gen. Kebanyakan peristiwa regulasi terjadi pada inisiasi transkripsi, meskipun tahap berikutnya dalam transkripsi (atau tahap lain dari ekspresi gen) kadang-kadang diatur.Dalam konteks ini, ada dua pertanyaan mendasar dalam ekspresi gen: Bagaimana RNA polimerase menemukan promotor pada DNA? Ini adalah contoh khusus dari pertanyaan yang lebih umum: Bagaimana protein membedakan tempat untuk mengikat spesifik dalam DNA dari urutan lain? Bagaimana protein regulator berinteraksi dengan RNA polimerase (dan dengan satu sama lain) untuk mengaktifkan atau menekan langkah-langkah spesifik dalam inisiasi, elongasi, atau penghentian transkripsi?

Transkripsi Terjadi oleh Basis pasangan dalam "bubble" DNA BerpasanganKonsep kunci: RNA polimerase memisahkan dua helai DNA dalam "bubble sementara dan menggunakan satu untai sebagai template untuk sintesis langsung dari urutan komplementer RNA. Panjang gelembung tersebut -12 sampai 14 bp, dan panjang hibrida RNA-DNA di dalamnya adalah -8 sampai 9 bp.Transkripsi berlangsung dengan proses biasa pasangan basa komplementer. Gambar 11.3 mengilustrasikan prinsip umum transkripsi. Sintesis RNA berlangsung dalam "bubble transkripsi," di mana DNA transien dipisahkan menjadi untai tunggal dan untai cetakan yang digunakan untuk mengarahkan sintesis untai RNA.

Gambar 11.3 DNA strands terpisah dari bentuk bubble transkripsi.

Rantai RNA disintesis dari 5 'berakhir ke arah ujung 3'. 3'-OH kelompok nukleotida terakhir ditambahkan ke rantai bereaksi dengan masuk nucleoside 5'-trifosfat. Nukleotida masuk kehilangan dua kelompok fosfat terminal ( dan ); Contohnya kelompok yang digunakan dalam ikatan fosfodiester menghubungkan ke rantai. Laju reaksi keseluruhan adalah -40 nukleotida / detik pada 37 C (untuk RNA polimerase bakteri); ini hampir sama dengan tingkat terjemahan (15 asam amino/detik), tetapi jauh lebih lambat dibandingkan laju replikasi DNA (800 bp / detik).RNA polimerase menciptakan gelembung transkripsi ketika mengikat promotor. Gambar 11.4 menunjukkan bahwa RNA polimerase bergerak sepanjang DNA, bubble bergerak dengan itu dan rantai RNA tumbuh lagi. Proses dasar pasangan dan penambahan basa dalam gelembung dikatalisis dan diteliti oleh enzim.

Gambar 11.4 Transkripsi terjadi dalam bubble, yang mana RNA disintesis oeh basis pasangan dengan satu strand DNA dalam daerah pelepasan sementara.

Struktur dari bubble dalam RNA polimerase ditampilkan dalam tampilan dijelaskan pada Gambar 11.5. Sebagai RNA polimerase bergerak sepanjang template DNA dan duplex terurai di depan bubble (titik penguraian), dan menggulung DNA di belakang (titik rewinding). Panjang gelembung transkripsi adalah -12 sampai 14 bp, tapi panjang dari wilayah hibrida RNA-DNA di dalamnya lebih pendek.

Gambar 11.5 Selama transkripsi, bubble dipertahankan dengan RNA polymerase bakteri, yang mana penguraian dan rewinds DNA dan sintesis RNA.

Ada perubahan besar dalam topologi dari DNA memperpanjang lebih dari ~1, tetapi tidak jelas berapa banyak dari daerah ini sebenarnya mendasarkan dipasangkan dengan RNA pada saat tertentu. Hibrida RNA-DNA pendek dan sementara. Enzim bergerak, reformasi duplex DNA, dan RNA yang dipindahkan sebagai rantai polinukleotida. Kira-kira dua puluh lima ribonucleotides ditambahkan ke rantai perkembangan yang kompleks dengan DNA dan/atau enzim setiap saat.

Reaksi Transkripsi Memiliki Tiga TahapanKonsep kunci: RNA polimerase memulai transkripsi setelah mengikat ke tempat promotor pada DNA. Selama elongasi bergerak sepanjang bublle transkripsi DNA dan rantai RNA diperpanjang di arah 5'-3. Ketika transkripsi berhenti, reformasi duplek DNA dan RNA polimerase memisahkan di situs terminator.Reaksi transkripsi dapat dibagi menjadi tahap diilustrasikan dalam Gambar 11 6, di mana gelembung yang dibuat, sintesis RNA dimulai, bubble bergerak di sepanjang DNA, dan akhirnya bubble diakhiri:

Gambar 11.6. 4 Tahapan Transkripsi

Pengenalan Template dimulai dengan pengikatan RNA polimerase DNA beruntai ganda di promotor untuk membentuk "kompleks tertutup". Untaian DNA yang kemudian dipisahkan untuk membentuk "kompleks terbuka" yang membuat untai cetakan yang tersedia untuk basis pasangan dengan ribonukleotida. Bubble transkripsi dibuat oleh penguraian lokal yang dimulai di lokasi terikat oleh RNA polimerase. Inisiasi menggambarkan sintesis obligasi nukleotida pertama dalam RNA. Enzim tetap pada promotor sementara itu mensintesis obligasi pertama -9 nukleotida. Tahap inisiasi berkepanjangan dengan terjadinya peristiwa yang gagal, di mana enzim membuat transkrip pendek, melepaskan mereka, dan kemudian mulai sintesis RNA lagi. Tahap inisiasi berakhir ketika enzim berhasil memperluas rantai dan membersihkan promotor. Urutan DNA yang diperlukan untuk RNA polimerase untuk berikatan dengan template dan mencapai reaksi inisiasi mendefinisikan promotor. Inisiasi abortif mungkin melibatkan sintesis rantai RNA itu mengisi tempat aktif. Jika RNA dilepaskan, inisiasi ini dibatalkan dan harus mulai lagi. Inisiasi dicapai jika dan ketika enzim berhasil bergerak sepanjang template untuk memindahkan daerah berikutnya DNA ke dalam situs aktif. Selama perpanjangan enzim bergerak sepanjang DNA dan memperluas rantai RNA tumbuh. Sebagai bergerak enzim, itu terurai helix DNA untuk membuka segmen baru dari template dalam kondisi beruntai tunggal. Nukleotida kovalen ditambahkan ke ujung 3' perkembangan rantai RNA, membentuk hibrida RNA-DNA diuraikan . Di balik wilayah dibatalkan, pasangan untai cetakan DNA dengan pasangan aslinya untuk mereformasi helix ganda. RNA muncul sebagai untai tunggal bebas. Pemanjangan melibatkan gerakan tersebut yang gelembung transkripsi oleh gangguan struktur DNA, di mana untai cetakan daerah secara sementara dibatalkan dipasangkan dengan RNA baru lahir pada titik tumbuh. Penghentian melibatkan pengenalan titik di mana tidak ada basis lebih lanjut harus ditambahkan ke rantai. Untuk mengakhiri transkripsi, pembentukan ikatan fosfodiester harus berhenti, dan kompleks transkripsi harus datang terpisah. Ketika basis terakhir ditambahkan ke rantai RNA, gagasan transkripsi runtuh sebagai hibrida RNA-DNA terganggu, reformasi DNA dalam keadaan duplex, dan enzim dan RNA keduanya dirilis. Urutan DNA yang diperlukan untuk reaksi ini mendefinisikan terminator.Pandangan tradisional elongasi adalah proses monoton, di mana enzim bergerak maju 1 bp sepanjang DNA untuk setiap nukleotida ditambahkan ke rantai RNA. Perubahan pola ini terjadi pada keadaan tertentu, khususnya ketika RA polimerase berhenti. Salah satu jenis pola adalah untuk "front end" enzim untuk tetap diam sementara "back end" terus bergerak, sehingga menekan jejak di DNA. Setelah pergerakan beberapa pasangan basa, "front end" dilepaskan, memulihkan jejak panjang penuh. Hal ini memunculkan "inch worm" model transkripsi, di mana enzim hasil terputus-putus, alternatif menekan dan melepaskan jejak DNA. Mungkin, bagaimanapun, menjadi kasus bahwa peristiwa ini menggambarkan situasi menyimpang daripada transkripsi normal.Fag T7 RNA Polymerase Adalah Sistem Model yang bergunaKonsep kunci: 13 dan T7 fag RNA polimerase adalah polipeptida tunggal dengan kegiatan minimal dalam mengenali sejumlah kecil promotor fag. Struktur kristal dari T7 RNA polimerase dengan DNA mengidentifikasi wilayah DNA-mengikat dan tempat aktif.Keberadaan RNA polimerase yang sangat kecil, yang terdiri dari rantai polipeptida tunggal kode oleh fag tertentu, memberikan beberapa ide tentang "minimal" aparatus yang diperlukan untuk transkripsi. Polimerase RNA ini mengenal hanya beberapa promotor pada fag DNA, dan mereka tidak memiliki kemampuan untuk mengubah set promotor yang merespon. Mereka menyediakan sistem model sederhana untuk karakteristik pengikatan RNA polimerase DNA dan reaksi inisiasi.Kode RNA Polimerase oleh terkait fag T3 dan T7 adalah rantai polipeptida tunggal masing-masing 12 jauh dari situs aktif, tapi dalam posisi di mana blok jalur RNA elongating. Dengan mencegah perpanjangan rantai RNA melebihi 2-3 nukleotida, blok transkripsi ini.Awalnya didefinisikan hanya dengan kemampuannya untuk menggabungkan nukleotida dalam RNA di bawah arahan template DNA, RNA polimerase enzim sekarang dipandang sebagai bagian dari aparat yang lebih kompleks yang terlibat dalam transkripsi. Kemampuan untuk mengkatalisasi sintesis RNA mendefinisikan komponen minimum yang dapat digambarkan sebagai RNA polimerase. Ini mengawasi pasangan dasar ribonucleotides substrat dengan DNA dan mengkatalisis pembentukan ikatan fosfodiester antara mereka.E. coli RNA polymerase can transcribe any one of many (> 1000) transcription units. The enzyme therefore requires the ability to interact with a variety of host and phage functions that modify its intrinsic transcriptional activities. The complexity of the enzyme therefore, at least in part, reflects its need to interact with regu1atory factors, rather than any demand inherent in its catalytic activity.E. coli RNA polimerase dapat menuliskan salah satu dari banyak (> 1000) unit transkripsi. Enzim karena itu memerlukan kemampuan untuk berinteraksi dengan berbagai host dan fag fungsi yang memodifikasi kegiatan transkripsi intrinsik. Kompleksitas enzim karena itu, setidaknya sebagian, mencerminkan kebutuhan untuk berinteraksi dengan faktor pengartur, bukan karena permintaan yang melekat dalam aktivitas katalitik.RNA Polymerase Terdiri dari Core Enzim dan Sigma FactorKonsep-konsep kunci Bakteri RNA polimerase dapat dibagi menjadi enzim inti 2 'yang mengkatalisis transkripsi dan sigma subunit yang diperlukan hanya untuk inisiasi. Faktor Sigma mengubah sifat DNA-pengikatan RNA polimerase sehingga afinitas untuk DNA umumnya berkurang dan afinitas untuk promotor meningkat. Konstanta pengikatan RNA polimerase untuk promotor yang berbeda bervariasi lebih dari enam kali lipat, sesuai dengan frekuensi yang transkripsi dimulai pada setiap promotor.Holoenzim (2') dapat dipisahkan menjadi dua komponen, enzim inti (2 ') dan faktor sigma (polipeptida ). Hanya holoenzyme dapat memulai transkripsi. Faktor Sigma memastikan bahwa bakteri RNA polimerase mengikat secara stabil untuk DNA hanya pada promotor. Sigma "Faktor" biasanya dilepaskan ketika rantai RNA mencapai delapan sampai sembilan basis, meninggalkan enzim inti untuk melakukan perpanjangan. Enzim inti memiliki kemampuan untuk mensintesis RNA pada template DNA, tetapi tidak dapat melakukan transkripsi di tempat yang tepat.Enzim inti memiliki afinitas umum untuk DNA, di mana daya tarik elektrostatik antara protein dasar dan asam nukleat asam memainkan peran utama. Setiap (random) urutan DNA yang terikat oleh inti polimerase reaksi mengikat umum ini digambarkan sebagai situs mengikat longgar. Tidak ada perubahan terjadi dalam DNA, yang tetap dupleks. Kompleks di situs tersebut stabil, dengan waktu paruh untuk pemisahan enzim dari DNA -60 menit. Enzim inti tidak membedakan antara promotor dan urutan lainnya DNA.Gambar 11.18 menunjukkan bahwa faktor sigma memperkenalkan perubahan besar dalam afinitas RNA polimerase DNA. Holoenzim memiliki kemampuan berkurang drastis untuk mengenali situs mengikat longgar yaitu, mengikat setiap urutan umum DNA. Asosiasi konstan untuk reaksi berkurang dengan faktor -104, dan kompleks half-life adalah