DNAren bikoizketa, transkripzioa eta itzulpena: gene-espresioaren erregulazioa

DNAren Bikoizketa eta Hipotesiak

1. DNAren bikoizketa erdikontserbakorra da.

DNAren bikoizketan, suposatzen zen elkarri lotuta dauden bi kate osagarriak entzima espezifiko baten bidez banatzen direla, eta kateetako bakoitzak molde gisa balio duela, gero hari osagarri berri bat sintetizatzeko. Baina ez zekiten lehendik dauden kateak eta kate berriak elkarri lotuta jarraitzen duten edota banandu egiten diren. Hiru hipotesi nagusi zeuden:

• Erdikontserbakorra: Watson eta Crickek proposatua: harizpi bakoitzak beste bat eratzeko balio du, eta bi helize bikoitz eratzen dira. Bakoitza moldearekin eta kopiarekin osatua.
• Kontserbakorra: Bikoizketaren ondoren, jatorrizko harizpiak eta bi harizpi berriak elkarri lotuta geratzen dira, helize bikoitz bat eratuz.
• Sakabanakorra: Bikoizketaz eratutako harizpiek jatorrizko DNAren helize bikoitzaren zatiak eta DNA sintetizatu berriaren helize bikoitzarenak dituzte.

DNAren Bikoizketa Zelula Eukariotetan

2. DNAren bikoizketa zelula eukariotetan.

Eukariotoetan ez da berdin gertatzen; hona hemen aldeak:

• Zelula eukarioten DNA histonekin elkartuta dago eta nukleosomak eratzen dituzte.
• Kromosoma eukariotiko baten DNA askoz luzeagoa da bakteriakoa baino. Gainera, eukariotoetan bikoizketa motelagoa da, tartean histonak daudelako.
• Kromosoma baten bikoizketa-abiapuntua ez da bakarra; 100 inguru dituzte. Burbuilak eratzen dira, modu koordinatuan aktibatzen dira, eta erreplikonak eratzen dituzte. Erreplikon bat erreplikazio-unitatea da; erreplikazio-abiapuntu bat eta amaiera bat daukan DNA-luzera. Kromosoma zirkular bakteriano guztia erreplikon bakar bat da.
• Okazaki zatiak txikiagoak dira eta erreplikazioa interfaseko S aldian gertatzen da.

DNA Transkripzioa eta Itzulpena

3. DNA mRNAn transkribatzen da, mezu genetikoa espresatzeko.

DNAren nukleotido-sekuentzia batetik proteina baten aminoazido-sekuentzia batera iristeko urratsean, bi prozesu hauek bereizten dira:

• Transkripzioa: Gene baten nukleotido-sekuentzia (DNA) batetik abiatuta, mRNA bat sintetizatzen da, RNA-nukleotido osagarriak elkartuz. DNA zelularra dagoen lekuan egiten da: eukariotoetan, nukleoan, mitokondrioetan eta kloroplastoetan; eta prokariotoetan zitoplasman.
• Itzulpena: Transkripzioan sintetizatu den mRNA horren erribonukleotido-sekuentziak adierazitako aminoazidoak elkartuz proteina bat sintetizatzean datza. Zitoplasmako erribosometan egiten da.

Crickek proposatu zuen hau eta biologia molekularraren dogma nagusia da, baina erretrobirusak dogmaren salbuespenak dira.

3.1. Transkripzio-mekanika

DNA-sekuentzia batetik mRNA-sekuentzia batera iristea da transkripzioa. Sintetizatzen den RNA molekula bakoitzak hasierako muturrean 5´ karbonoa libre dauka eta bukaerako muturrean 3´ karbonoa dauka libre, erribonukleotidoak eransteko prozesua hazten ari den RNA katearen 5´→ 3´ noranzkoan katalizatzen baitu RNA polimerasak. DNAren bikoizketa betetzen den baseen osagarritasunaren printzipio hari berari jarraitzen dio, baita RNA molekulak ere bai adeninaren kasuan izan ezik (Uraziloa erabiliz).

3.2. Transkripzioa Prokariotoetan

• Hastea: Transkripzio-unitate bakoitzak promotore bat dauka. Promotorea zenbait kontsentsu-sekuentziaz eratuta dago, eta haietara elkartzen dira RNA polimerasa eta transkribatutako nukleotidoa. Promotoreak zein kate transkribatu behar den zehazten du. RNA polimerasa promotorearen gainean finkatzean, helize-bira bat desbiribilkatzen du eta RNAren polimerizazioari hasiera ematen dio DNAren harizpi patroian jarraituz.
• Luzatzea: RNA polimerasa DNAren harizpi patroian aurrera doan heinean, RNA-hari bat sintetizatzen da 5´→ 3´ noranzkoan. Segundoko berrogei nukleotido transkribatzen dira.
• Amaitzea: RNA polimerasa amaitzaile deritzon sekuentziara iristen denean, prozesua amaitzen da. Sekuentzia guaninaz, zitosinaz eta timinaz osatuta dago.
• Heltzea: Prozesu hau ez da beti gertatzen. Sintetizatzen dena mRNA bada ez da gertatzen, eta tRNA edo rRNA bada, eratzen den RNA, transkripto primari deritzona, aldatu eta heldu beharra dago.

3.3. Transkripzioa Eukariotoetan

Ezaugarri hauek ditu:

• Hiru RNA polimerasa mota daude; mRNA sintetizatzen duena RNA polimerasa II da.
• Geneak zatikatuak daude, horregatik heltzeko prozesua ezinbestekoa da, intronak kendu eta exonak itsasteko. Gene batzuek ez dute intronik (adibidez, histonetakoek).
• Etengabe transkribatzen diren geneetan DNA hedatuta egoten da; gene batzuetan nukleosomak eratzen egoten da, eta beste batzuetan transkripzioak irauten duen bitartean hedatzen da.

Hauek dira transkripzioaren lau faseak eukariotoetan:

• Hastea: Promotorearen eremuan RNA polimerasa II finkatzen da. Gene askotan, bi kontsentsu sekuentzia dauzka: CAAT eta TATA. RNA polimerasa finkatzeko sekuentzietan transkripzio-faktore orokorrak finkatu behar dira. Multzoari transkripzioa hasteko konplexua esaten zaio. Hasiera-faktore orokorrek askotan transkripzio-faktore espezifikoak egotea behar dute.
• Luzatzea: Sintesi-prozesuak 5´3´noranzkoa jarraitzen du. 30 nukleotido transkribatu ondoren, 5´ muturrean txano bat eransten zaio, metil-guanosina-trifosfato alderantzikatu batez eratua; hari esker exonukleasa entzimek ez dute suntsitzen.
• Amaitzea: RNA nuklear heterogeneoaren sintesia DNAren TTATTT sekuentziara iristen denean amaitzen da; horrek poliadenilazio-seinalearen sekuentzia eratzea eragiten du. Aurrera jarraitzean, pre-mRNA eta RNA polimerasa banandu egiten dira. Gero, poli-A polimerasa entzimak amaierako 3´muturrari adeninazko erribonukleotidoak eranzten dizkio, poli-A buztana deritzona.
• Heltzea: Erribonukleoproteina nuklear txikia izeneko entzimak egiten du, nukleoan. Zenbait snRNP proteinekin elkartu eta esplizeosoma eratzen dute: egitura bat, zentzurik gabeko intronak edo nukleotido-sekuentziak banantzen dituena. Gero, RNA ligasa espezifikoek exonak itsasten dituzte.

4. Kode Genetikoa

• Kode genetikoa unibertsala da eta izaki bizidunek erabiltzen dute, mitokondriak eta legamiak izan ezik.
• Kode degeneratua da; hau da, kodon gehiago daude aminoazido baino.
• Zentzurik gabeko kodonak daude: “sin sentido”, “stop” eta “paro”.
• Hasierako kodona AUG da eta aminoazido metionina kodifikatzeko ere balio du.

5. mRNA Itzuli eta Aminoazido-sekuentzia Bihurtzen da

mRNA-n kodeatuta dagoen mezuari jarraituz proteina bat osatuko duen aminoazido-sekuentzia sintetizatzea da itzulpena. Hauek hartzen dute parte:

• RNA mezularia (mRNA): DNAtik transkribatutako informazio genetikoa erribosometaraino eramaten du.
• RNA erribosomikoa (rRNA): Erribosomaren beraren funtsezko osagai da.
• Transferentziako RNA (tRNA): Aminoazidoak erribosometara garraiatzen ditu.

Itzulpen prozesuan hiru etapa bereizten dira:

• Aktibazioa: Itzulpena hasi baino lehen, aminoazidoak aktibatu behar dira.
• Itzulpena: Hiru fase ditu: sintesia hastea, kate polipeptidikoa luzatzea eta amaitzea.
• Elkarketa: Proteinak eratzeko, zenbait kate polipeptidiko elkartu behar dira, eta, batzuetan, talde prostetikoak ere bai.

5.1. Sintesia Hastea

Proteinen sintesia hasteko prozesua ez da berdina prokariotoetan eta eukariotoetan:

• Zelula eukariotoetan, pre-mRNA nukleoan sintetizatzen da, eta irten aurretik heltze-prozesu bat egin behar du. 5´ muturrean txano bat dauka eta haren ondoren eremu aintzindaria dago.
• Zelula prokariotoetan, mRNAk ez du heltze-prozesurik egiten, eta sintesia amaitu baino lehen itzulpena hasten da.

6. Zelulek Gene-Espresioa Erregulatzeko Zenbait Sistema Dituzte

Zelulek ez dituzte etengabe proteina guztiak sintetizatzen; horretarako erregulazio-sistema bat dago. Zenbat proteina sintetizatuko den, zitoplasman dagoen mRNA kantitatearen araberakoa da.

6.1. Operoia

1961ean, Jacob eta Monod-ek operon deritzon eredua proposatu zuten, proteinen biosintesiaren kontrola esplikatzeko. DNA zati bat zen, bi gene mota zituena:

• Egiturazkoak: Egiturazko proteinak eta entzimatikoak kodetzen dituzte.
• Erregulatzaileak: Errepresore deritzen proteinak kodetzen dituzte; horiek kontrolatzen dituzte egitura-geneak.

Lehen egitura-genearen aurrean bi eremu espezifiko daude:

• Eremu promotorea: Hor finkatzen da RNA polimerasa.
• Eremu operadorea: Hor finkatzen da errepresorea. RNA polimerasak egitura-geneak transkribatzea eragozten du.

6.2. Proteinen Biosintesiaren Kontrola, AMP Zikliko Bidez

Operoiaren ereduaz gain, beste kontrol modu bat ere aurkitu da, AMP ziklikoak erregulatua. Molekula hori ATPtik abiatuta eratzen da, adenilato ziklasa entzimaren eraginpean. AMP ziklikoak, eragiteko, katabolitoak aktibatzeko proteina (CAP) behar du. CAP-cAMP konplexuak afinitate handia du eremu promotoreko eskualde batekin: RNA polimerasa jartzen den lekuaren aurrekoarekin. Zelulan glukosa maila handitzen denean, AMP ziklikoaren maila txikitu egiten da.