Fleksibilitas luar biasa protein sebagai molekul mesin dan switch, katalis seluler, dan komponen struktur seluler telah dijelaskan dalam Bab 3. Dalam bab ini kita mempertimbangkan asam nukleat. Makromolekul ini (1) berisi informasi untuk menentukan urutan asam amino dan karenanya struktur dan fungsi dari semua protein dari sel, (2) merupakan bagian dari struktur selular yang memilih dan menyelaraskan asam amino dalam urutan yang benar sebagai rantai polipeptida sedang disintesis, dan (3) mengkatalisasi sejumlah reaksi kimia fundamental dalam sel, termasuk pembentukan ikatan peptida antara asam amino selama sintesis protein. Asam deoksiribonukleat (DNA) berisi semua informasi diperlukan untuk membangun sel dan jaringan organisme. Replikasi yang tepat dari informasi ini dalam spesies menjamin kontinuitas genetik dari generasi ke generasi dan sangat penting untuk perkembangan normal dari individu. Informasi yang disimpan dalam DNA diatur dalam turun-temurun unit, sekarang dikenal sebagai gen, yang mengendalikan diidentifikasi sifat-sifat suatu organisme. Dalam proses transkripsi, informasi yang disimpan dalam DNA disalin ke ribonukleat acid (RNA), yang memiliki tiga peran berbeda dalam protein sintesis. Messenger RNA (mRNA) membawa petunjuk dari DNA yang menentukan urutan yang benar asam amino selama sintesis protein. The, perakitan sangat akurat stepwise asam amino menjadi protein terjadi dengan penjabaran mRNA. Dalam proses ini, informasi di dalam mRNA ditafsirkan dengan jenis kedua disebut RNA RNA transfer (tRNA) dengan bantuan dari ketiga jenis RNA, RNA ribosomal (rRNA), dan proteinyang terkait. Seperti yang benar amino asam dibawa ke dalam urutan oleh tRNA, mereka dihubungkan oleh ikatan peptida untuk membuat protein. Penemuan struktur DNA pada tahun 1953 dan selanjutnya penjelasan tentang bagaimana mengarahkan sintesis DNA RNA, yang kemudian mengarahkan penyusunan protein-yang disebut pusat dogma-adalah prestasi monumental yang menandai awal hari biologi molekuler. Namun, representasi yang disederhanakan dari dogma pusat sebagai DNAnRNAnprotein tidak tidak mencerminkan peran protein dalam sintesis asam nukleat. Selain itu, sebagaimana dijelaskan dalam bab-bab selanjutnya, sebagian besar protein bertanggung jawab untuk mengatur ekspresi gen, seluruh proses dimana informasi yang dikodekan dalam DNA diterjemahkan ke dalam protein yang mencirikan berbagai jenis sel. 101 Dalam bab ini, pertama-tama kita tinjau struktur dasar dan sifat DNA dan RNA. Dalam beberapa bagian berikutnya kita membahas proses dasar yang diringkas dalam Gambar 4-1: transkripsi DNA ke RNA prekursor, pengolahan

prekursor ini untuk membuat molekul RNA fungsional, terjemahan dari mRNA menjadi protein, dan replikasi DNA. Sepanjang jalan kita membandingkan struktur gen di prokariota dan eukariota dan menggambarkan bagaimana bakteri kontrol transkripsi, pengaturan panggung untuk lebih kompleks eukariotik mekanisme kontrol transkripsi dibahas di Bab 11. Setelah menguraikan peran individu mRNA, tRNA, dan rRNA dalam sintesis protein, kami menyajikan penjelasan rinci komponen dan langkah-langkah biokimia dalam terjemahan. Kami juga mempertimbangkan masalah molekuler yang terlibat dalam DNA ditiru dan

mesin seluler kompleks untuk memastikan akurat menyalin bahan genetik. Bagian akhir bab ini menyajikan informasi dasar tentang virus, yang adalah organisme model penting untuk mempelajari makromolekul sintesis dan proses selular lainnya. 4.1 Struktur Asam Nukleat DNA dan RNA secara kimiawi sangat mirip. Utama struktur polimer linear keduanya terdiri dari monomer yang disebut nukleotida. RNA seluler rentang panjang dari kurang dari satu ratus hingga ribuan nukleotida. Cellular molekul DNA bisa selama beberapa ratus juta nukleotida. Unit-unitDNA besar dalam pergaulan dengan protein dapat diwarnai dengan pewarna dan divisualisasikan dalam mikroskop cahaya sebagai kromosom, dinamakan demikian karena stainability mereka.

Strand Asam Nukleat Adalah Polimer Linear dengan End-to-End directionality DNA dan RNA masing-masing hanya terdiri dari empat nukleotida yang berbeda. Ingat kembali dari Bab 2 bahwa semua nukleotida terdiri dari basa organik terkait dengan gula lima-karbon yang telah fosfat kelompok yang melekat pada karbon 5. Pada RNA, gula ribosa; dalam DNA, deoksiribosa (lihat Gambar 2-14). The nukleotida digunakan dalam sintesis DNA dan RNA mengandung lima dasar yang berbeda. The basis adenin (A) dan guanin (G) adalah purin, tain sepasang cincin menyatu, sedangkan basa sitosin (C), timin (T), dan urasil (U) adalah pirimidin, yang berisi cincin tunggal (lihat Gambar 2-15). Baik DNA dan RNA mengandung tiga dari bases "A, G, dan C, namun, T hanya ditemukan dalam DNA, dan U hanya pada RNA. (Perhatikan bahwa singkatan huruf tunggal untuk dasar tersebut juga sering digunakan untuk menunjukkan seluruh nukleotida dalam polimer asam nukleat.) Sebuah asam urat tunggal nukleat memiliki tulang punggung terdiri dari

mengulangi unit pentosa-fosfat dari mana purin dan basa pirimidin memperpanjang sebagai kelompok samping. Seperti polipeptida, sebuah asam urat nukleat memiliki orientasi kimia end-to-end: ini 5 akhir memiliki gugus hidroksil atau fosfat pada karbon 5 gula terminal; akhir 3 biasanya memiliki gugus hidroksil pada karbon 3 gula terminal (Gambar 4-2). Directionality ini, ditambah fakta bahwa hasil sintesis 5-3, telah melahirkan konvensi bahwa urutan polynucleotide adalah ditulis dan dibaca dalam arah 5 n3 (dari kiri ke kanan), karena Misalnya, urutan Agustus diasumsikan (5) Agustus (3). Seperti kita akan lihat, directionality 5 n3 untai asam nukleat merupakan harta penting dari molekul. Hubungan kimia antara nukleotida yang berdekatan, yang lazim disebut fosfodiester obligasi, sebenarnya terdiri dari dua obligasi phosphoester, salah satu di sisi 5 fosfat dan satu lagi di sisi 3. Urutan linear nukleotida dihubungkan oleh fosfodiester obligasi merupakan struktur utama asam nukleat. Seperti polipeptida, polynucleotides dapat memutar dan melipat ke tiga-dimensi konformasi distabilkan oleh noncovalent obligasi. Meskipun struktur utama DNA dan RNA umumnya sama, konformasi mereka tiga dimensi sangat berbeda. Perbedaan-perbedaan struktural kritis dengan fungsi yang berbeda dari dua jenis asam nukleat.DNA Native Adalah Double Helix of Complementary Antiparalel Strands Era biologi molekuler modern dimulai pada tahun 1953 ketika James D. Watson dan Francis Crick mengusulkan HC DNA memiliki struktur heliks ganda. Proposal mereka, berdasarkan pada analisis pola difraksi x-ray digabungkan dengan hati-hati pembentukan model, terbukti benar dan membuka jalan bagi kita modern pemahaman tentang fungsi DNA bagaimana sebagai genetik material.

DNA terdiri dari dua helai polynucleotide terkait bahwa angin bersama-sama untuk membentuk sebuah helix ganda. The sugarphosphate dua tulang punggung berada di luar double helix, dan proyek dasar ke interior. The sebelah pangkalan di masing-masing untai tumpukan di atas satu sama lain dalam bidang sejajar (Gambar 4-3a). Orientasi dari kedua untai adalah antiparalel; yaitu, 5 n3 mereka arah yang berlawanan. Untai

diselenggarakan dalam register tepat dengan pembentukan pasangan basa antara dua untaian: A dipasangkan dengan T melalui dua hidrogen obligasi; G berpasangan dengan C melalui tiga hidrogen obligasi (Gambar 4-3b). Hal ini melengkapi dasar-pasangan adalah konsekuensi dari bentuk, ukuran, dan komposisi kimia dari dasar. Kehadiran ribuan hidrogen seperti obligasi dalam sebuah molekul DNA memberikan sumbangan besar terhadap stabilitas dari helix ganda. Hidrofobik dan interaksi van der Waals antara pasangan basa yang berdekatan ditumpuk lebih lanjut menstabilkan struktur heliks ganda. Dalam DNA alami, Sebuah ikatan hidrogen selalu dengan T dan G dengan C, membentuk A T dan G C pasangan basa seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4-3b. Asosiasi-asosiasi antara purin lebih besar dan pirimidin yang lebih kecil ini sering disebut pasangan basa Watson-Crick. Dua polynucleotide untai, atau daerah daripadanya, di mana semua dalam bentuk pasangan basa nukleotida tersebut dikatakan saling melengkapi. Namun, dalam teori dan dalam DNA sintetis lainnya pasangan basa dapat terbentuk. Misalnya, guanin (purin a) dapat teoritis membentuk ikatan hidrogen dengan timin (pirimidin a), hanya menyebabkan distorsi kecil dalam helix tersebut. Ruang tersedia dalam helix juga akan memungkinkan pasangan antara dua pirimidin sitosin dan timin. Meskipun tidak standar G T dan C T pasangan basa biasanya tidak ditemukan dalam DNA, G U pasangan basa yang cukup umum dalam heliks ganda daerah yang membentuk dalam dinyatakan tunggal RNA. Kebanyakan DNA dalam sel adalah heliks tangan kanan. Difraksi x-ray pola DNA menunjukkan bahwa dasar ditumpuk adalah teratur berjarak 0,36 nm terpisah sepanjang sumbu helix. heliks membuat lengkap setiap belokan 3,6 nm, dengan demikian ada sekitar 10,5 pasang per giliran. Hal ini disebut sebagai bentuk B DNA, bentuk normal hadir dalam peregangan paling DNA sel. Di bagian luar DNA B-bentuk, ruang antara helai terjalin membentuk dua alur heliks yang berbeda lebar digambarkan sebagai alur utama dan alur minor (lihat Gambar 4-3a). Sebagai konsekuensinya, atom di tepi setiap dasar dalam alur ini dapat diakses dari luar helix, membentuk dua jenis permukaan mengikat. DNAbinding protein dapat "membaca" urutan basa di duplex DNA dengan menghubungi atom di baik besar atau kecil

alur. Selain bentuk B utama, tiga DNA tambahan struktur telah dijelaskan. Dua di antaranya adalah dibandingkan DNA B dalam Gambar 4-4. Dalam kelembaban yang sangat rendah, kristal B perubahan struktur DNA untuk bentuk A; RNADNA dan RNA-RNA heliks ada dalam formulir ini dalam sel dan dalam vitro. Pendek molekul DNA terdiri dari bolak purinepyrimidine nukleotida (terutama Gs dan Cs) mengadopsi sebuah alternatif kidal konfigurasi bukan normal helix tangan kanan. Struktur ini disebut Z DNA karena basis tampaknyazigzag bila dilihat dari samping. Beberapa bukti menunjukkan bahwa Z DNA mungkin terjadi dalam sel, meskipun fungsinya tidak diketahui. Akhirnya, triple-stranded DNA struktur ini terbentuk ketika polimer sintetis poli (A) dan polydeoxy (U) dicampur dalam tabung tes. Selain itu, homopolymeric membentang DNA terdiri dari C dan T residu dalam satu untai dan residu A dan G yang lain dapat membentuk struktur triple-stranded oleh panjang pencocokan mengikat sintetis poli (C T). Struktur tersebut mungkin tidak terjadi secara alami dalam sel tetapi mungkin berguna sebagai terapi agen. Sejauh ini modifikasi yang paling penting dalam struktur DNA B-bentuk standar muncul sebagai akibat protein mengikat urutan DNA tertentu. Meskipun orang banyak obligasi hidrogen dan hidrofobik antara dasar pengenaan memberikan stabilitas DNA, double helix yang fleksibel tentang nya sumbu panjang. Berbeda dengan heliks dalam protein (lihat Gambar 3-3), ada ikatan hidrogen tidak sejajar dengan sumbu DNA helix. Properti ini memungkinkan DNA untuk membungkuk dikomplekskan ketika dengan DNA-binding protein (Gambar 4-5). Bending DNA sangat penting untuk kemasan padat DNA dalam kromatin, yang protein-DNA yang kompleks di mana DNA nuklir terjadi pada eukariot sel (Bab 10). DNA Bisa Menjalani Reversible Pemisahan Strand Selama replikasi dan transkripsi DNA, untaian helix ganda harus terpisah untuk memungkinkan tepi internal basis untuk memasangkan dengan basis dari nukleotida yang akan dipolimerisasi menjadi rantai polynucleotide baru. Pada bagian berikutnya, kita menggambarkan mekanisme selular yang terpisah dan selanjutnya reassociate untai DNA selama replikasi dan transkripsi. Di sini kita membahas faktor yang mempengaruhi in vitro pemisahan dan reassociation untai DNA. Pembalikan dan pemisahan untai DNA, disebut sebagai denaturasi, atau "mencair," dapat diinduksi eksperimen dengan meningkatkan suhu larutan DNA. Seperti meningkat energi panas, kenaikan sehingga molekul gerak akhirnya istirahat ikatan hidrogen dan kekuatan lain yang menstabilkan double helix, alur lalu terpisah, didorong terpisah oleh tolakan elektrostatik dari bermuatan negatif backbone deoksiribosa-fosfat dari masing-masing

untai. Dekat suhu denaturasi, peningkatan kecil suhu menyebabkan kerugian, cepat simultan dekat dari interaksi lemah beberapa helai bersama-sama memegang di sepanjang molekul DNA, yang menyebabkan perubahan mendadak dalam penyerapan ultraviolet (UV) sinar (Gambar 4-6a). Para Tm temperatur leleh di mana untai DNA akan terpisah tergantung pada beberapa faktor. Molekul yang mengandung proporsi yang lebih besar dari G C pasangan memerlukan suhu yang lebih tinggi untuk mengubah sifat sesuatu benda karena ikatan hidrogen tiga G C pasang membuat pasangan basa lebih stabil dari A pasangan T , yang hanya memiliki dua ikatan hidrogen. Memang, persentase G pasangan basa C dalam sampel DNA dapat diperkirakan dari yang Tm (Gambar 4-6b). Konsentrasi ion juga mempengaruhi Tm karena gugus fosfat bermuatan negatif di dua untai yang terlindung oleh ion bermuatan positif. Ketika konsentrasi ion rendah, perisai ini berkurang, sehingga meningkatkan kekuatan menjijikkan antara helai dan mengurangi yang Tm. Agen yang mengacaukan ikatan hidrogen, seperti sebagai formamida atau urea, juga lebih rendah Tm tersebut. Akhirnya, ekstrim pH mengubah sifat sesuatu benda DNA pada suhu rendah. Pada rendah (asam) pH, base menjadi terprotonasi dan dengan demikian bermuatan positif, memukul mundur satu sama lain. Pada tinggi (alkali) pH, dasar kehilangan proton dan menjadi bermuatan negatif, masing-masing memukul mundur lagi lain karena tuduhan serupa. Molekul DNA untai tunggal yang dihasilkan dari denaturasi bentuk gulungan acak tanpa struktur organisasi. Menurunkan suhu, meningkatkan ion konsentrasi, atau menetralkan pH menyebabkan kedua yang saling melengkapi untai untuk reassociate menjadi double helix yang sempurna. Tingkat renaturation tersebut tergantung pada waktu, DNA konsentrasi, dan konsentrasi ion. Dua DNA untai tidak terkait dalam urutan akan tetap menjadi gulungan acak dan tidak akan renature, yang paling penting, mereka tidak akan menghambat untai DNA komplementer mitra dari masing-masing menemukan lain dan renaturing. Denaturasi dan renaturation dari DNA merupakan dasar dari hibridisasi asam nukleat, yang kuat teknik yang digunakan untuk mempelajari keterkaitan dari dua sampel DNA dan untuk mendeteksi dan mengisolasi molekul DNA tertentu dalam campuran berbagai urutan DNA yang berbeda (lihat Gambar 9-16). Banyak molekul DNA Apakah Edaran Banyak virus DNA genom prokariotik DNA dan banyak melingkar molekul. Edaran molekul DNA juga terjadi pada mitokondria, yang hadir di hampir semua eukariot sel, dan kloroplas, yang

hadir pada tumbuhan dan beberapa uniseluler eukariota. Masing-masing dari dua helai dalam molekul DNA sirkular

membentuk struktur ditutup tanpa berakhir bebas. Localized unwinding molekul DNA sirkular, yang terjadi selama replikasi DNA, menginduksi stres torsi ke dalam sisa bagian dari molekul karena ujung helai tidak bebas untuk memutar. Akibatnya, molekul DNA twists kembali pada dirinya sendiri, seperti karet gelang bengkok, membentuk superkoil (Gambar 4-7b). Dengan kata lain, ketika bagian dari DNA helix adalah underwound, sisa molekul menjadi overwound. Bakteri dan sel eukariotik, bagaimanapun, mengandung topoisomerase saya, yang dapat meringankan setiap torsi stres yang berkembang dalam molekul DNA selular selama replikasi atau proses lainnya. Enzim ini mengikat DNA pada acak situs dan istirahat ikatan fosfodiester dalam satu untai. Seperti istirahat satu untai dalam DNA disebut nick. Akhir pecah, sehingga angin sekitar untai dipotong, terkemuka untuk kehilangan superkoil (Gambar 4-7a). Akhirnya, enzim yang sama bergabung (ligates) dua ujung untai rusak. Tipe lain dari enzim, topoisomerase II, membuat istirahat di kedua untai DNA beruntai ganda dan kemudian religates mereka. Akibatnya, topoisomerase II dapat baik meredakan torsi stres dan link bersama dua molekul DNA sirkular seperti dalam link rantai. Meskipun DNA nuklir eukariotik linear, loop panjang DNA adalah tetap di tempat dalam kromosom (Bab 10). Jadi torsi stres dan akibatnya pembentukan superkoil juga dapat terjadi selama replikasi DNA nuklir. Seperti dalam sel bakteri, topoisomerase melimpah I eukariot inti mengurangi stres apapun torsi dalam DNA nuklir yang akan berkembang karena ketiadaan enzim ini. replikasi DNA, menginduksi stres torsi ke dalam sisa bagian dari molekul karena ujung helai tidak bebas untuk memutar. Akibatnya, molekul DNA twists kembali pada dirinya sendiri, seperti karet gelang bengkok, membentuk superkoil (Gambar 4-7b). Dengan kata lain, ketika bagian dari DNA helix adalah underwound, sisa molekul menjadi overwound. Bakteri dan sel eukariotik, bagaimanapun, mengandung topoisomerase saya, yang dapat meringankan setiap torsi stres yang berkembang dalam molekul DNA selular selama replikasi atau proses lainnya. Enzim ini mengikat DNA pada acak situs dan istirahat ikatan fosfodiester dalam satu untai. Seperti istirahat satu untai dalam DNA disebut nick.

Akhir pecah, sehingga angin sekitar untai dipotong, terkemuka untuk kehilangan superkoil (Gambar 4-7a). Akhirnya, enzim yang sama bergabung (ligates) dua ujung untai rusak. Tipe lain dari enzim, topoisomerase II, membuat istirahat di kedua untai DNA beruntai ganda dan kemudian religates mereka. Akibatnya, topoisomerase II dapat baik meredakan torsi stres dan link bersama dua molekul DNA sirkular seperti dalam link rantai. Meskipun DNA nuklir eukariotik linear, loop panjang DNA adalah tetap di tempat dalam kromosom (Bab 10). Jadi torsi stres dan akibatnya pembentukan superkoil juga dapat terjadi selama replikasi DNA nuklir. Seperti dalam sel bakteri, topoisomerase melimpah I eukariot inti mengurangi stres apapun torsi dalam DNA nuklir yang akan berkembang karena ketiadaan enzim ini. Berbagai Jenis Bukti Berbagai RNA Konformasi Terkait dengan Fungsi mereka Sebagaimana disebutkan sebelumnya, struktur primer RNA umumnya mirip dengan DNA dengan dua pengecualian: komponen gula RNA, ribosa, memiliki gugus hidroksil pada 2? posisi (lihat Gambar 2-14b), dan timin pada DNA diganti dengan urasil pada RNA. Kelompok hidroksil pada ribosa membuat C2 RNA lebih kimia labil dari DNA dan menyediakan kimia reaktif kelompok yang mengambil bagian dalam RNA-mediated katalisis. Sebagai hasil dari lability ini, RNA dibelah menjadi mononucleotides dengan larutan alkali, sedangkan DNA tidak. Seperti DNA, RNA merupakan polynucleotide panjang yang dapat doublestranded atau untai tunggal, linier atau melingkar. Hal ini juga dapat berpartisipasi dalam heliks hibrida terdiri dari satu untai RNA dan satu untai DNA. Seperti disebutkan di atas, RNA-RNA dan RNADNA heliks ganda memiliki konformasi kompak seperti A bentuk DNA (lihat Gambar 4-4b). Tidak seperti DNA, yang ada terutama sebagai sangat panjang ganda helix, RNA yang paling selular beruntai tunggal dan pameran berbagai konformasi (Gambar 4-8). Perbedaan dalam ukuran dan konformasi dari berbagai jenis RNA izin mereka untuk melaksanakan fungsi-fungsi tertentu dalam sel. Paling sederhana struktur sekunder RNA beruntai tunggal yang dibentuk oleh pasangan dari basa komplementer. "jepit rambut" yang dibentuk oleh pasangan basis dalam nukleotida 5-10 satu sama lain, dan "batang-loop" oleh pasangan dari basa yang dipisahkan oleh> 10 sampaibeberapa ratus nukleotida. Lipatan ini sederhana dapat bekerja sama untuk membentuk struktur tersier yang lebih rumit, salah satu yang disebut sebagai "pseudoknot." Sebagaimana dibahas secara rinci nanti, molekul tRNA mengadopsi welldefined

arsitektur tiga-dimensi dalam larutan yang sangat penting dalam sintesis protein. RRNA molekul yang lebih besar juga memiliki lokal yang jelas tiga-dimensi struktur, dengan lebih fleksibel link di antara. Struktur sekunder dan tersier juga telah diakui di mRNA, khususnya di dekat ujung molekul. Jelas, kemudian, molekul RNA seperti protein dalam bahwa mereka telah terstruktur domain dihubungkan dengan kurang terstruktur, fleksibel membentang. Domain dilipat molekul RNA tidak hanya struktural analog dengan? heliks dan? helai ditemukan di protein, tetapi dalam beberapa kasus juga memiliki kapasitas katalitik. RNA katalitik seperti ini disebut ribozim. Meskipun ribozim biasanya berhubungan dengan protein yang menstabilkan struktur ribozyme, itu adalah RNA yang bertindak sebagai katalis. Beberapa ribozim dapat mengkatalisis splicing, sebuah proses yang luar biasa di mana sebuah urutan RNA internal dipotong dan dihapus, dan dua rantai yang dihasilkan kemudian diligasi. Proses ini terjadi selama pembentukan mayoritas molekul mRNA fungsional dalam sel eukariotik, dan juga terjadi pada bakteri dan archaea. Hebatnya, beberapa RNA melakukan self-splicing, dengan aktivitas katalitik yang berada di urutan yang dihapus. Mekanisme splicing dan self-splicing dibahas secara rinci dalam Bab 12. Seperti disebutkan selanjutnya dalam bab ini, rRNA memainkan peran katalisator dalam pembentukan ikatan peptida selama sintesis protein. Dalam bab ini, kita fokus pada fungsi mRNA, tRNA, dan rRNA dalam ekspresi gen. Dalam bab-bab selanjutnya kita akan bertemu RNA lain, sering dikaitkan dengan protein, yang berpartisipasi dalam fungsi sel lain. 4.2 Transkripsi Protein-Coding Gen dan Pembentukan Fungsional mRNA Definisi paling sederhana dari gen adalah kesatuan "DNA yang berisi informasi untuk menentukan sintesis dari polipeptida tunggal rantai atau RNA fungsional (seperti tRNA) "yang luas mayoritas gen membawa informasi untuk membangun molekul protein, dan itu adalah salinan RNA dari gen protein-coding seperti yang merupakan molekul mRNA sel. DNA molekul virus kecil yang hanya berisi beberapa gen, sedangkan molekul DNA tunggal di masing-masing kromosom hewan dan tumbuhan yang lebih tinggi mungkin berisi beberapa ribu gen. Selama sintesis RNA, bahasa empat-dasar DNA mengandung A, G, C, dan T hanya disalin, atau ditulis, ke dalam bahasa empat-dasar RNA, yang identik kecuali bahwa U menggantikan T. Sebaliknya, selama sintesis protein empat-dasar bahasa DNA dan RNA diterjemahkan ke dalam 20-bahasa asam amino protein. Pada bagian ini kita fokus pada pembentukan mRNA fungsional dari protein-coding gen (lihat Gambar 4-1, langkah 1). Sebuah proses yang sama menghasilkan precursor rRNA dan tRNA dikode oleh rRNA dan gen tRNA; prekursor ini kemudian lebih lanjut dimodifikasi untuk hasil rRNA dan tRNA fungsional (Bab 12).

Sebuah Template Strand DNA ditranskripsi menjadi sebuah Chain Pelengkap RNA oleh RNA Polimerase Selama transkripsi DNA, satu untai DNA bertindak sebagai template, menentukan urutan ribonucleoside trifosfat (RNTP) monomer yang dipolimerisasi membentuk komplementer RNA rantai. Basis pada DNA template pasangan basa-untai dengan rNTPs masuk komplementer, yang kemudian bergabung dalam reaksi polimerisasi dikatalisis oleh polimerase RNA. Polimerisasi melibatkan nukleofilik serangan oleh 3? oksigen dalam rantai RNA tumbuh di? fosfat dari prekursor nukleotida berikutnya yang akan ditambahkan, sehingga dalam pembentukan ikatan fosfodiester dan pelepasan dari pirofosfat (PPi). Sebagai konsekuensi dari mekanisme ini, molekul RNA selalu disintesis dalam 5? n3? arah (Gambar 4-9). Para energetika dari reaksi polimerisasi sangat nikmat penambahan ribonucleotides ke rantai RNA tumbuh karena ikatan energi tinggi antara? dan? fosfat monomer rNTP digantikan oleh energi-rendah fosfodiester ikatan antara nukleotida. kesetimbangan untuk reaksi didorong lebih lanjut terhadap perpanjangan rantai oleh pyrophosphatase, sebuah enzim yang mengkatalisis pembelahan dari dilepaskan PPi menjadi dua molekul fosfat anorganik. Seperti dua untai dalam DNA, untai DNA template dan tumbuh untai RNA yang merupakan dasar-dipasangkan untuk itu telah berlawanan 5? N3? directionality. Dengan konvensi, situs di mana RNA polymerase dimulai transkripsi diberi nomor? 1. Hilir menunjukkan arah di mana template untai DNA ditranskripsi (atau mRNA diterjemahkan), sehingga urutan hilir adalah menuju 3? akhir relatif ke situs memulai, mengingat DNA untai dengan polaritas yang sama dengan RNA ditranskrip. Ke hulu menunjukkan arah yang berlawanan. Posisi nukleotida dalam urutan DNA hilir dari situs awal ditandai dengan tanda positif (?), yang hulu, oleh tanda negatif.

Tahapan dalam Transkripsi Untuk melaksanakan transkripsi, RNA polimerase melakukan beberapa fungsi yang berbeda, seperti yang digambarkan pada Gambar 4-10. Selama inisiasi transkripsi, RNA polimerase mengakui dan mengikat untuk situs tertentu, yang disebut promotor, di double-stranded DNA (langkah 1). Nuklir RNA polimerase membutuhkan berbagai faktor protein, yang disebut umum faktor transkripsi, untuk membantu mereka menemukan promotor dan memulai transkripsi. Setelah mengikat ke promotor, RNA polimerase mencair untai DNA untuk membuat basis di untai template yang tersedia untuk dasar pasangan dengan dasar pengenaan dari ribonucleoside yang trifosfat bahwa itu akan polimerisasi bersama-sama.

Cellular RNA polimerase mencair sekitar 14 pasangan dasar DNA sekitar lokasi awal transkripsi, yang terletak pada untai cetakan dalam wilayah promotor (langkah 2). Inisiasi Transkripsi dianggap lengkap ketika dua pertama ribonucleotides dari sebuah rantai RNA dihubungkan oleh ikatan fosfodiester (langkah 3). Setelah beberapa ribonucleotides telah dipolimerisasi, Polimerase RNA memisahkan dari DNA promotor dan umum transkripsi faktor. Selama tahap perpanjangan Urat, RNA polimerase bergerak sepanjang template DNA satu dasar pada suatu waktu, membuka DNA-double stranded di depan nya arah gerakan dan hibridisasi untaian belakang itu (Gambar 4-10, langkah

4). Satu ribonucleotide pada suatu waktu akan ditambahkan ke 3? akhir rantai (baru lahir) tumbuh RNA selama untai perpanjangan oleh polimerase. Enzim mempertahankan daerah meleleh sekitar 14 pasangan basa, yang disebut gelembung transkripsi. Sekitar delapan nukleotida di 3? akhir untai RNA tetap tumbuh basis-dipasangkan ke template DNA untai dalam gelembung transkripsi. perpanjangan yang kompleks, yang terdiri dari RNA polimerase, template DNA, dan (baru lahir) tumbuh RNA untai, luar biasa stabil. Sebagai contoh, RNA polimerase mentranskripsi yang gen mamalia terpanjang dikenal, mengandung 2? 106 dasar pasang, tanpa memisahkan dari template DNA atau melepaskan hadirnya RNA. Sejak sintesis RNA terjadi pada tingkat sekitar 1000 nukleotida per menit pada 37 C,? perpanjangan kompleks harus tetap utuh selama lebih dari 24 jam untuk memastikan kontinyu RNA sintesis. Selama penghentian transkripsi, tahap akhir pada RNA sintesis, molekul RNA selesai, atau transkrip primer, dilepaskan daripolimerase RNA dan polimerase memisahkan dari DNA template (Gambar 4-10, langkah 5). Urutan khusus dalam DNA template sinyal terikat Polimerase RNA untuk mengakhiri transkripsi. Setelah dibebaskan, suatu polimerase RNA bebas untuk menuliskan gen yang sama lagi atau gen lain.

Struktur RNA polimerase The polimerase RNA bakteri, archaea, dan sel-sel eukariotik secara mendasar serupa dalam struktur dan fungsi. Polimerase RNA bakteri terdiri dari dua subunit besar terkait (dan), dua salinan dari subunit yang lebih kecil (), dan satu salinan dari subunit kelima () yang tidak penting untuk kelangsungan transkripsi atau sel tapi menstabilkan enzim dan membantu dalam perakitan

yang sub-unit. Archaea dan eukariotik RNA polimerase memiliki beberapa subunit kecil tambahan yang terkait dengan inti ini kompleks, yang kita jelaskan di Bab 11. Diagram skematik dari prosestranskripsi umum menunjukkan polimerase RNA terikat pada molekul DNA unbent, seperti dalam Gambar 4-10. Namun, menurut model saat interaksi antara polimerase RNA bakteri dan DNA promotor, DNA tikungan tajam menyusul masuknya ke enzim (Gambar 4-11).

Organisasi Gen Berbeda di prokariotik dan eukariotik DNA Setelah diuraikan proses transkripsi, sekarang kita singkat mempertimbangkan pengaturan skala besar informasi dalam DNA dan bagaimana pengaturan ini menentukan persyaratan sintesis RNA sehingga transfer informasi berjalan lancar. Dalam tahun terakhir, urutan genom seluruh dari beberapa organisme telah mengungkapkan tidak hanya variasi yang besar dalam jumlah protein-coding gen tetapi juga perbedaan dalam organisasi mereka di prokariota dan eukariota. Pengaturan yang paling umum protein-coding gen di semua prokariota memiliki logika yang kuat dan menarik: gen dikhususkan untuk tujuan metabolik tunggal, mengatakan, sintesis dari asam amino triptofan, yang paling sering ditemukan dalam bersebelahan array dalam DNA. Seperti pengaturan gen dalam fungsional kelompok disebut operon, karena beroperasi sebagai unit dari promotor tunggal. Transkripsi operon yang menghasilkan seuntai terus mRNA yang membawa pesan untuk terkait serangkaian protein (Gambar 4-12a). Setiap bagian dari mRNA merupakan unit (atau gen) yang mengkodekan salah satu protein dalam seri. Dalam DNA prokariotik gen-gen yang erat dengan kesenjangan noncoding dikemas sangat sedikit, dan DNA ditranskripsi langsung ke mRNA colinear, yang kemudian diterjemahkan menjadi protein.Ini pengelompokan gen Ekonomi dikhususkan untuk Satu fungsi metabolisme regular tidak terjadi PADA eukariota, bahkan Sederhana Yang ragi Pembongkaran, Yang dapat metabolik serupa Artikel Baru bakteri. Sebaliknya, gen eukariotik dikhususkan untuk Satu berlipat tunggal Yang Sering pagar Secara Fisik DNA KESAWAN terpisah; Pembongkaran Memang biasanya gen terletak di kromosom berbeda yang. Terkait masih berlangsung gen ditranskripsi Dari promotor Sendiri, Yang Satu memproduksi mRNA, Yang umumnya diterjemahkan untuk menghasilkan polipeptida tunggal (Gambar 4-12b).

Ketika Peneliti Pertama kali membandingkan chronology nukleotida Dari mRNA Dari biota eukariotik multiseluler Artikel Baru chronology pengkodean DNA mereka, mereka terkejut untuk menemukan bahwa chronology Dari penyandi protein terganggu Putus mRNA adalah Yang diberikan (kontinu) sesuai Yang di Dari Name of DNA. Mereka menyimpulkan bahwa eukariotik gen ADA di chronology potongan coding, ekson, Oleh dipisahkan non-protein-coding segmen, Yang intron. Ini temuan menakjubkan tersirat bahwa transkrip primer Panjang akhirSalinan RNA DNA seluruh ditranskripsikan chronology-Harus dipotong dan terpisah untuk menghapus intron hati-hati kemudian dijahit Dilaporkan Bersama untuk menghasilkan BANYAK eukariotik mRNA. Meskipun intron Yang Umum di eukariota multiseluler, Sangat jarang terjadi mereka PADA bakteri dan archaea dan jarang di eukariota uniseluler banyak seperti tukang roti ragi. Namun, intron hadir dalam DNA virus yang menginfeksi sel eukariotik. Memang, keberadaan intron pertama kali ditemukan pada virus tersebut, yang DNA ditranskripsi oleh enzim host-sel.

Eukariotik Prekursor mRNA Apakah Diproses untuk mRNA Formulir Fungsional Pada prokariotik sel, yang tidak memiliki nuklei, terjemahan dari mRNA menjadi protein dapat mulai dari ujung 5 dari mRNA bahkan ketika akhir 3 masih disintesis oleh RNA polimerase. Dengan kata lain, transkripsi dan translasi dapat terjadi secara bersamaan di prokariota. Pada sel eukariotik, bagaimanapun, tidak hanya merupakan inti dipisahkan dari sitoplasma mana terjemahan terjadi, tetapi juga transkrip utama gen penyandi protein adalah mRNA prekursor (pre-mRNA) yang harus menjalani beberapa modifikasi, secara kolektif disebut Pemrosesan RNA, untuk menghasilkan mRNA fungsional (lihat Gambar 4-1, langkah 2). MRNA ini kemudian harus diekspor ke sitoplasma sebelumdapat diterjemahkan menjadi protein. Demikian transkripsi dan translasi tidak dapat terjadi bersamaan dalam sel eukariotik. Semua eukariotik pre-mRNA awalnya dimodifikasi di dua berakhir, dan modifikasi ini dipertahankan dalam mRNA. Sebagai 5? akhir rantai RNA yang baru lahir muncul dari permukaan RNA polimerase II, maka segera bertindak oleh beberapa enzim yang bersama-sama mensintesis 5? topi, sebuah 7-methylguanylate yang terhubung ke terminal nukleotida

dari RNA oleh 5 biasa?, 5? trifosfat linkage (Gambar 4-13). Tutup akan melindungi sebuah mRNA dari enzim degradasi dan membantu dalam ekspor ke sitoplasma. The tutup juga terikat dengan faktor protein yang diperlukan untuk memulai terjemahan dalam sitoplasma. Pengolahan di 3? akhir pra-mRNA melibatkan pembelahan oleh endonuklease untuk menghasilkan 3 gratis kelompok-hidroksil? untuk yang string residu asam adenylic ditambahkan satu per satu oleh enzim yang disebut poli (A) polimerase. Yang dihasilkan poli (A) ekor berisi 100-250 basis, yang lebih pendek dalam ragi dan invertebrata dibandingkan dengan vertebrata. Poli (A) polimerase adalah

bagian dari suatu kompleks protein yang dapat menemukan dan membelah sebuah transkrip di lokasi tertentu dan kemudian menambahkan nomor yang benar A residu, dalam suatu proses yang tidak memerlukan template. Langkah terakhir dalam pengolahan banyak berbeda eukariotik molekul mRNA adalah RNA splicing: internal pembelahan transkrip untuk cukai intron, diikuti oleh ligasi dari ekson coding. Gambar 4-14 merangkum dasar langkah-langkah dalam pengolahan mRNA eukariot, menggunakanglobin? gen sebagai contoh. Kami memeriksa mesin selular untuk melaksanakan pengolahan mRNA, serta tRNA dan rRNA, dalam Bab 12. The eukariotik mRNA fungsional yang diproduksi oleh RNA pengolahan mempertahankan daerah noncoding, disebut sebagai 5? dan 3? RNA splicing Alternatif Meningkatkan Jumlah yang Protein Disajikan dari sebuah Single Eukariotik Gene Berbeda dengan gen bakteri dan archaea, sebagian besar gen dalam lebih tinggi, eukariota multiseluler berisi beberapa intron. Seperti tercantum dalam Bab 3, banyak protein dari eukariota lebih tinggi memiliki struktur multidomain tersier (lihat Gambar 3-8). Masing-masing diulang domain protein sering dikodekan oleh satu ekson atau sejumlah kecil ekson bahwa kode untuk identik atau hampir identik sekuens asam amino. Seperti ekson berulang akan diperkirakan telah berevolusi oleh disengaja beberapa duplikasi panjang DNA terletak di antara dua situs di intron yang berdekatan, sehingga penyisipan serangkaian mengulangi ekson, dipisahkan oleh intron, antara asli

dua intron. Keberadaan intron beberapa di banyak eukariot ekspresi gen izin ganda, protein terkait dari sebuah gen tunggal dengan cara splicing alternatif. Dalam eukariota lebih tinggi, splicing alternatif merupakan mekanisme penting untuk produksi berbagai bentuk protein, yang disebut isoform, oleh berbagai jenis sel. Fibronektin, protein ekstraseluler perekat multidomain ditemukan pada mamalia, memberikan contoh yang baik alternatif splicing (Gambar 4-15). Gen fibronektin berisi banyak ekson, dikelompokkan menjadi beberapa daerah sesuai ke domain spesifik dari protein. Fibroblas menghasilkan fibronektin mRNA yang mengandung ekson EIIIA dan EIIIB; ekson ini mengkodekan sekuens asam amino yang mengikat erat dengan protein dalam membran plasma fibroblast. Akibatnya, ini isoform fibronektin mematuhi fibroblas ke ekstraselular matriks. Alternatif splicing dari fibronektin yang transkrip primer di hepatosit, utama jenis sel dalam hati, menghasilkan mRNA yang kekurangan EIIIA dan EIIIB ekson. Akibatnya, fibronektin yang dikeluarkan oleh hepatosit ke dalam darah tidak menempel erat fibroblas atau jenis sel yang paling lainnya, yang memungkinkan untuk beredar. Selama pembentukan bekuan darah, namun fibrinbinding domain dari fibronektin hepatosit mengikat fibrin, salah satu unsur utama gumpalan. The fibronektin terikat kemudian berinteraksi dengan integrins pada selaput yang lewat, trombosit diaktifkan, sehingga memperluas bekuan dengan penambahan trombosit. Lebih dari 20 isoform berbeda fibronektin telah diidentifikasi, masing-masing dikodekan oleh yang berbeda, sebagai alternatif disambung mRNA terdiri dari kombinasi unik fibronektin gen ekson. Urutan terakhir sejumlah besar mRNA diisolasi dari berbagai jaringan dan perbandingan urutan mereka dengan DNA genom telah mengungkapkan bahwa hampir 60 persen dari semua gen manusia dinyatakan sebagai alternatif disambung mRNA. Jelas, RNA splicing alternatif sangat memperluas jumlah protein yang disandikan oleh genom yang lebih tinggi, organisme multisel. 4.3 Kontrol Ekspresi Gendi Prokariota Karena struktur dan fungsi sel ditentukan oleh protein yang dikandungnya, kontrol ekspresi gen adalah fundamental aspek biologi sel molekuler. Paling sering,

"keputusan" untuk memulai transkripsi pengkodean gen protein tertentu adalah mekanisme utama bagi mengendalikan produksi protein yang dikodekan dalam sel. Dengan inisiasi transkripsi pengendalian, sel bisa mengatur yang protein yang memproduksi dan seberapa cepat. Ketika transkripsi gen adalah direpresi, mRNA sesuai dan dikodekan protein atau protein disintesis pada tingkat rendah. Sebaliknya, ketika transkripsi gen diaktifkan, baik mRNA dan protein dikodekan atau protein yang diproduksi di banyak tingkat lebih tinggi. Di sebagian besar bakteri dan organisme bersel tunggal lainnya, gen ekspresi sangat diatur untuk menyesuaikan sel enzimatik mesin dan komponen struktural untuk perubahan gizi dan lingkungan fisik. Jadi, setiap diberikan waktu, sel bakteri biasanya hanya mensintesis protein dari seluruh proteome diperlukan untuk kelangsungan hidup di bawah tertentu kondisi. Pada organisme multiseluler, kontrol gen ekspresi sebagian besar diarahkan ke memastikan bahwa hak gen diekspresikan dalam sel yang tepat pada waktu yang tepat selama embriologis pengembangan dan diferensiasi jaringan. Di sini kita menggambarkan fitur dasar kontrol transkripsi pada bakteri, menggunakan lac operon pada E. coli sebagai contoh utama kami. Banyak proses yang sama, serta yang lain, yang terlibat dalam pengendalian transkripsi eukariotik, yang dibahas dalam Bab 11. Pada E. coli, sekitar setengah gen ini terkelompok ke dalam operon masing-masing yang mengkode enzim yang terlibat dalam tertentu jalur metabolik atau protein yang berinteraksi untuk membentuk satu multisubunit protein. Misalnya, operon trp disebutkan sebelumnya encode lima enzim yang diperlukan dalam biosintesis triptofan (lihat Gambar 4-12). Demikian pula, encode operon lac tiga enzim yang dibutuhkan untuk metabolisme laktosa, gula hadir dalam susu. Karena operon bakteri menjelaskan dari satu situs awal ke dalam mRNA tunggal, semua gen dalam suatu operon yang terkoordinasi diatur, yaitu, mereka semua diaktifkan atau ditekan pada tingkat yang sama. Transkripsi operon, serta gen terisolasi, adalah dikendalikan oleh interaksi antara polimerase RNA dan spesifik represor dan protein penggerak. Untuk memulai transkripsi, bagaimanapun, E. coli RNA polimerase harus dikaitkan dengan salah satu dari sejumlah kecil (sigma) faktor, yang berfungsi sebagai faktor inisiasi. Yang paling umum

dalam sel bakteri 70.

Inisiasi Transkripsi operon lac Bisa dapat ditekan dan Diaktifkan Ketika E. coli berada dalam lingkungan yang kurang laktosa, sintesis mRNA lac ditekan, sehingga energi selular tidak sia-sia sintesa enzim sel tidak dapat menggunakan. Dalam lingkungan yang mengandung laktosa dan glukosa, E. coli sel preferentially memetabolisme glukosa, molekul pusat metabolisme karbohidrat. Laktosa dimetabolisme di tingkat tinggi hanya bila laktosa hadir dan sebagian besar glukosa habis dari medium. Ini penyesuaian metabolik dicapai dengan represi transkripsi operon lac sampai laktosa hadir, dan sintesis hanya tingkat rendah lac mRNA sampai konsentrasi sitosol glukosa jatuh ke rendah. Transkripsi operon lac bawah berbeda kondisi yang dikendalikan oleh represor lac dan penggerak katabolit protein (CAP), yang masing-masing mengikat tertentu DNA urutan di wilayah kontrol transkripsi-lac (Gambar 4-16, atas). Untuk transkripsi operon lac untuk memulai, yang 70 subunit dari RNA polimerase harus mengikat promotor lac, yang terletak hanya hulu dari lokasi awal. Bila tidak ada laktosa sekarang, pengikatan represor lac untuk urutan yang disebut lac operator, yang tumpang tindih awal transkripsi, blok transkripsi inisiasi oleh polimerase (Gambar 4-16a). Bila laktosa hadir, ia mengikat untuk mengikat tertentu situs di setiap subunit dari represor lac tetrameric, menyebabkan perubahan konformasi protein yang membuat terdisosiasi dari operator lac. Akibatnya, polimerase dapat memulai transkripsi operon lac. Namun, ketika glukosa juga hadir, tingkat inisiasi transkripsi (yaitu, jumlah kali per menit molekul polimerase yang berbeda memulai transkripsi) sangat rendah, sehingga sintesis hanya rendah lac tingkat mRNA dan protein yang dikodekan dalam lac operon (Gambar 4-16b).

Setelah glukosa habis dari media dan intraselular konsentrasi glukosa jatuh, E. coli sel menanggapi dengan sintesis AMP siklik, cAMP (lihat Gambar 3-27b). Sebagai konsentrasi cAMP meningkat, ia mengikat ke situs di masing-masing subunit protein CAP dimer, menyebabkan konformasi perubahan yang memungkinkan protein mengikat ke situs CAP

di wilayah kontrol transkripsi-lac. Terikat CAPcAMP kompleks berinteraksi dengan polimerase terikat pada promotor, sangat merangsang tingkat inisiasi transkripsi. Aktivasi Hal ini menyebabkan sintesis tingkat tinggi lac mRNA dankemudian dari enzim dikodekan oleh lac operon (Gambar 4-16c). Meskipun promotor untuk berbagai pameran E. coli gen homologi yang cukup besar, urutan yang tepat mereka berbeda. promotor menentukan urutan tingkat intrinsik di mana sebuah RNA polimerasekompleks inisiasi transkripsi gen dalam tidak adanya protein represor atau penggerak. Promotor yang mendukung tingkat tinggi inisiasi transkripsi disebut promotor kuat. Mereka yang mendukung rendahnya tingkat transkripsi inisiasi disebut promotor lemah. The lac operon, misalnya, memiliki promotor yang lemah; nya rendah intrinsikinisiasi tingkat selanjutnya dikurangi dengan represor lac dan meningkat secara substansial pengaktif cAMP-CAP. Molekul Kecil Mengatur Ungkapan Banyak Gen bakteri melalui represor DNA-Binding Transkripsi gen E. coli kebanyakan diatur oleh proses mirip dengan yang dijelaskan untuk operon lac. Umum mekanisme melibatkan represor tertentu yang mengikat operator wilayah suatu gen atau operon, sehingga menghalangi transkripsi inisiasi. Sebuah molekul kecil (atau molekul), disebut inducer, mengikat represor, pengawasan yang DNA-binding kegiatan dan akibatnya tingkat transkripsi yang sesuai untuk kebutuhan sel. Misalnya, ketika konsentrasi triptofan dalam menengah dan sitosol tinggi, sel tidak mensintesis beberapa enzim dikodekan dalam operon trp. Pengikatan tryptophan ke represor trp menyebabkan perubahan konformasi yang memungkinkan protein mengikat kepada operator trp, sehingga merepresi ekspresi dari enzim yang mensintesis triptofan. Sebaliknya, jika konsentrasi triptofan dalam sedang dan sitosol rendah, memisahkan triptofan dari trp represor, menyebabkan perubahan konformasi dalam protein yang menyebabkan itu untuk memisahkan dari operator trp, memungkinkan transkripsi operon trp. Dalam kasus operon lac, mengikat dari laktosa inducer ke represor lac mengurangi pengikatan represor untuk operator, sehingga meningkatkan transkripsi. Khusus penggerak protein, seperti CAP dalam operon lac, juga mengendalikan transkripsi beberapa tapi tidak semua gen bakteri. Ini mengikat aktivator untuk bersama-sama dengan DNA polimerase RNA,

merangsang transkripsi dari promotor tertentu. Aktivitas DNA-pengikatan penggerak dimodulasi dalam respon kebutuhan seluler dengan terikatnya molekul kecil khusus (Misalnya, cAMP) yang mengubah konformasi dari penggerak.

Transkripsi oleh 54-RNA Polymerase Apakah Dikendalikan oleh Aktivator Itu Bind Jauh dari Promotor Kebanyakan E. coli promotor berinteraksi dengan 70 polimerase-RNA, bentuk utama dari enzim bakteri. Transkripsi tertentu kelompok gen, bagaimanapun, adalah dilakukan oleh E. coli RNA polimerase mengandung salah satu dari beberapa faktor sigma alternatif yang mengakui urutan konsensus promoter yang berbeda dari 70 tidak. Semua kecuali satu dari ini terkait dengan 70 secara berurutan. Inisiasi transkripsi oleh RNA polimerase mengandung ini 70-faktor-faktor seperti diatur oleh represor dan aktivator yang mengikat DNA di dekat daerah lokasi polimerase mengikat, mirip dengan inisiasi oleh 70-RNA polimerase sendiri. Urutan satu faktor sigma E. coli, 54, adalah jelas berbeda dari semua 70-seperti faktor. Turunan gen dengan RNA polimerase mengandung 54 diatur semata-mata oleh aktivator yang mengikat situs dalam DNA, disebut sebagai peningkat, umumnya terletak 80-160 pasangan basa hulu dari situs awal. Bahkan ketika enhancer dipindahkan lebih dari kilobase jauh dari situs awal, 54-aktivator dapat mengaktifkan transkripsi. Yang terbaik-ditandai 54-penggerak-protein NtrC (Nitrogen protein regulator C)-menstimulasi transkripsi dari promotor dari gen glnA. gen ini mengkodekan enzim glutamin sintetase, yang mensintesis amino asam glutamin dari asam glutamat dan amonia. The

54 RNA polimerase mengikat promotor glnA tetapi tidak melelehkan untai DNA dan memulai transkripsi sampai diaktifkan oleh NtrC, protein dimer. NtrC, pada gilirannya, diatur oleh protein yang disebut kinase NtrB. Menanggapi rendahnya tingkat glutamin, NtrB phosphorylates NtrC dimer, yang kemudian mengikat enhancer sebuah hulu p glnA promotor NtrCterfosforilasi Enhancer-terikat lalu merangsang yang 54-polimerase terikat pada promotor untuk memisahkan untai DNA dan memulai transkripsi. Elektron mikroskop penelitian telah menunjukkan bahwa NtrC terfosforilasi terikat pada peningkat dan 54-polimerase terikat pada promotor langsung berinteraksi, membentuk sebuah loop dalam DNA antara pengikatan situs (Gambar 4-17). Sebagaimana dibahas dalam Bab 11, mekanisme aktivasi agak mirip dengan dominan mekanisme aktivasi transkripsi di eukariota. NtrC memiliki aktivitas ATPase, dan hidrolisis ATP diperlukan untuk aktivasi terikat 54-polimerase oleh terfosforilasi NtrC. Bukti untuk ini adalah bahwa mutan dengan NtrC cacat dalam hidrolisis ATP yang selalu rusak dalam merangsang yang 54-polimerase untuk mencairkan DNA untai di situs transkripsi dimulai. Hal ini mendalilkan bahwa hidrolisis ATP pasokan energi yang dibutuhkan untuk melelehkan untai DNA. Sebaliknya, 70-polimerase tidak memerlukan hidrolisis ATP untuk memisahkan untaian di situs awal. Tanggapan Banyak Bakteri Apakah Terkendali oleh Sistem Pengatur Dua-Komponen Seperti yang baru saja kita lihat, kontrol gen E. coli glnA tergantung pada dua protein, NtrC dan NtrB. Seperti dua komponen regulasi sistem kontrol tanggapan banyak bakteri perubahan dalam lingkungan mereka. Contoh lain melibatkan E. coli protein Luang dan PhoB, yang mengatur transkripsi dalam menanggapi konsentrasi fosfat bebas. Luang adalah transmembran protein, terletak di membran (plasma) batin, yang mengikat domain periplasmic fosfat dengan afinitas moderat dan yang sitosol domain memiliki protein aktivitas kinase; PhoB adalah protein sitosol. protein besar pori-pori di membran luar E. coli memungkinkan ion untuk meredakan bebas antara lingkungan eksternal dan ruang periplasmic. Akibatnya, ketika fosfat

konsentrasi di lingkungan jatuh, juga jatuh di ruang periplasmic, menyebabkan fosfat untuk memisahkan dari domain Luang periplasmic, seperti digambarkan pada Gambar 4-18. Ini menyebabkan perubahan konformasi dalam domain Luang sitoplasmik yang mengaktifkan proteinnya aktivitas kinase. The diaktifkan Luang awalnya transfer a-fosfat? Dari ATP untuk histidin sebuah sisi rantai dalam domain kinase Luang sendiri. Hal yang sama fosfat kemudian dipindahkan ke sisi asam aspartat spesifik rantai di PhoB, mengubah PhoB dari aktif ke aktif transkripsi penggerak. Terfosforilasi, aktif PhoB lalu menginduksi transkripsi dari beberapa gen yang membantu sel mengatasi kondisi fosfat yang rendah. Banyak tanggapan bakteri lainnya diatur oleh dua protein dengan homologi untuk Luang dan PhoB. Dalam masing-masing peraturan sistem, satu protein, disebut sensor, berisi pemancar domain homolog terhadap protein kinase Luang domain. Domain pemancar dari protein sensor diatur oleh domain protein kedua yang unik (misalnya, periplasmic domain Luang) bahwa perubahan indra lingkungan. Protein yang kedua, disebut regulator respon, berisi penerima domain

homolog ke daerah PhoB yang terfosforilasi oleh Luang diaktifkan. Domain penerima regulator respon dikaitkan dengan domain kedua yang menentukan fungsi protein tersebut. Kegiatan ini domain fungsional kedua diatur oleh fosforilasi domain penerima. Meskipun semua domain pemancar yang homolog (seperti juga domain penerima), domain pemancar protein sensor tertentu akan phosphorylate hanya spesifik penerima domain regulator penanganan khusus, memungkinkan tanggapan khusus untuk lingkungan yang berbeda perubahan. Perhatikan bahwa NtrB dan NtrC, dibahas di atas, fungsi sebagai protein sensor dan respon regulator, masing-masing, dalam sistem peraturan dua komponen yang mengontrol transkripsi dari glnA. Mirip dua-komponen histidyl-Aspartyl sistem peraturan phosphorelay juga ditemukan pada tumbuhan. 4.4 Tiga Peran RNAin Translation Meskipun DNA menyimpan informasi untuk sintesis protein dan mRNA menyampaikan instruksi dikodekan dalam DNA, sebagian besar kegiatan biologis dilakukan oleh protein. Seperti yang kita lihat dalam Bab 3, urutan linear asam amino pada protein masing-masing menentukan struktur tiga-dimensi dan aktivitas. Untuk alasan ini, perakitan asam amino dalam urutan yang benar mereka, seperti yang dikodekan dalam DNA, sangat penting untuk produksi fungsional protein dan karenanya berfungsinya sel dan

organisme. Terjemahan adalah seluruh proses dimana nukleotida urutan mRNA yang digunakan untuk ketertiban dan untuk bergabung dengan amino asam dalam rantai polipeptida (lihat Gambar 4-1, langkah 3). Dalam eukariotik sel, sintesis protein terjadi pada sitoplasma, di mana tiga jenis molekul RNA datang bersama-sama untuk melakukan berbeda namun koperasi fungsi (Gambar 4-19): 1. Messenger RNA (mRNA) membawa informasi genetik ditranskripsi dari DNA dalam bentuk rangkaian threenucleotide urutan, disebut kodon, yang masing-masing menetapkan asam amino tertentu. 2. Transfer RNA (tRNA) adalah kunci untuk menguraikan kodon di mRNA. Setiap jenis asam amino sendiri subset dari tRNA, yang mengikat asam amino dan membawanya ke akhir tumbuh dari sebuah rantai polipeptida jika kodon berikutnya dalam mRNA panggilan untuk itu. The tRNA yang benar dengan dipasang nya asam amino dipilih pada setiap langkah karena masing-masing spesifik molekul tRNA mengandung urutan tiga nukleotida, sebuah antikodon, yang bisa basa-pasangan dengan kodon pelengkap di mRNA. 3. Ribosomal RNA (rRNA) asosiasi dengan satu set protein untuk membentuk ribosom. Struktur kompleks ini, yang secara fisik bergerak sepanjang molekul mRNA, mengkatalisasi perakitan asam amino ke rantai polipeptida. Mereka juga mengikat protein tRNA dan berbagai aksesori yang diperlukan untuk sintesis protein. Ribosom terdiri dari yang besar dan subunit kecil, masing-masing berisi rRNA sendiri molekul atau molekul.

Ketiga jenis RNA berpartisipasi dalam terjemahan dalam semua sel. Memang, pengembangan tiga fungsional yang berbeda RNA mungkin kunci molekuler asal usul kehidupan. Bagaimana struktur dari setiap RNA berhubungan dengan tugas tertentu adalah diuraikan dalam bagian ini, bagaimana ketiga jenis bekerja sama, bersama dengan faktor protein yang diperlukan, untuk mensintesis protein rinci pada bagian berikut. Karena terjemahan penting untuk sintesis protein, dua proses yang biasa disebut untuk bergantian. Namun demikian, rantai polipeptida yang timbul dari penjabaran menjalani lipat pasca-translasi dan sering perubahan lain (misalnya, modifikasi kimia, asosiasi dengan rantai lainnya) yang dibutuhkan untuk produksi dewasa, fungsional protein (Bab 3).

Messenger RNA Gelar Informasi dari DNA dalam Tiga Huruf Kode genetik Seperti disebutkan di atas, kode genetik yang digunakan oleh sel adalah triplet kode, dengan setiap urutan tiga nukleotida, atau kodon, yang "Membaca" dari titik awal yang ditetapkan dalam mRNA. Dari 64 kodon mungkin dalam kode genetik, 61 tentukan individu asam amino dan tiga kodon stop. Tabel 4-1 menunjukkan bahwa asam amino yang paling dikodekan oleh lebih dari satu kodon. Hanya dua-metionin dan triptofan-memiliki satukodon; di ekstrim yang lain, leusin, serin, dan arginin yang masing-masing ditetapkan oleh enam kodon yang berbeda. Perbedaan kodon untuk asam amino yang diberikan dikatakan sinonim. Kode sendiri disebut merosot, yang berarti bahwa lebih dari satu kodon dapat menentukan asam amino yang sama. Sintesis semua rantai polipeptida di prokariotik dan eukariotik sel dimulai dengan asam amino metionin. Di sebagian besar mRNA, start (inisiator) kodon menentukan ini aminoterminal metionin adalah Agustus Dalam beberapa bakteri mRNA, Gug digunakan sebagai kodon inisiator, dan kadang-kadang CUG digunakan sebagai kodon inisiator untuk metionin pada eukariota. Ketiga kodon UAA, UGA, UAG dan tidak menentukan asam amino tetapi merupakan menghentikan (terminasi) kodon yang menandai ujung karboksil rantai polipeptida di hampir semua sel. Urutan kodon yang berjalan dari tertentu mulai kodon ke kodonstop disebut reading frame. Ini tepat linear array ribonucleotides dalam kelompok tiga di mRNA menentukan urutan linier yang tepat dari asam amino pada rantai polipeptida dan juga sinyal di mana sintesis dari rantai mulai dan berhenti. Karena kode genetik koma-kurang, tidak tumpang tindih kode triplet, sebuah mRNA tertentu secara teoritis dapat diterjemahkan dalam tiga frame pembacaan yang berbeda. Memang beberapa mRNA telah ditunjukkan untuk mengandung informasi tumpang tindih yang dapat diterjemahkan dalam bingkai membaca yang berbeda, menghasilkan berbeda polipeptida (Gambar 4-20). Sebagian besar mRNA, Namun, dapat dibaca hanya dalam satu frame karena kodon stop ditemui di dua frame bacaan lainnya mungkin mengakhiri terjemahan sebelum protein fungsional diproduksi. Lain pengaturan coding yang tidak biasa terjadi karena frame-pergeseran. Dalam hal ini mesin sintesis protein mungkin membaca empat nukleotida sebagai satu asam amino dan kemudian melanjutkan membaca kembar tiga, atau mungkin kembali ke atas satu dasar dan membaca

semua berhasil kembar tiga dalam bingkai baru sampai berakhirnya rantai terjadi. Frameshifts ini bukan peristiwa biasa, tetapi beberapa lusin contoh tersebut diketahui. Arti dari masing-masing kodon adalah sama di paling dikenal organisme-argumen yang kuat bahwa kehidupan di bumi berevolusi hanya sekali. Namun, kode genetik telah ditemukan untuk berbeda untuk beberapa kodon di mitokondria banyak, protozoa bersilia, dan dalam Acetabularia, tanaman bersel satu. Seperti yang ditunjukkan pada Tabel 4-2, sebagian besar perubahan ini melibatkan pembacaan normal stop kodon sebagai asam amino, bukan pertukaran satu asam amino yang lain. Ini pengecualian untuk kode umum mungkin kemudian perkembangan evolusi, yaitu, tanpa waktu tunggal kode selamanya disimpan tetap, meskipun besar perubahan tidak ditolerir sekali kode umum mulai fungsi awal dalam evolusi. Yang Dilipat Struktur tRNA Meningkatkan Its Decoding Fungsi Terjemahan, atau decoding, dari bahasa empat nukleotida DNA dan mRNA ke dalam bahasa asam amino 20-protein membutuhkan tRNA dan enzim yang disebut aminoasil-tRNA synthetases. Untuk berpartisipasi dalam sintesis protein, molekul tRNA harus menjadi kimia dihubungkan dengan amino tertentu asam melalui ikatan energi tinggi, membentuk sebuah-tRNA aminoasil; yang antikodon di tRNA kemudian dasar-pasang dengan kodon di mRNA sehingga asam amino diaktifkan dapat ditambahkan ke tumbuh rantai polipeptida (Gambar 4-21). Beberapa 30-40 tRNA yang berbeda telah diidentifikasi dalam sel bakteri dan sebanyak 50-100 pada hewan dan tumbuhan sel. Dengan demikian jumlah tRNA dalam sel kebanyakan lebih dari jumlah asam amino yang digunakan dalam sintesis protein (20) dan juga berbeda dari jumlah asam amino kodon dalam kode genetik (61). Akibatnya, banyak asam amino memiliki lebih dari satu tRNA yang mereka dapat melampirkan (menjelaskan bagaimana bisa ada lebih dari tRNA asam amino), di samping itu, banyak tRNA dapat memasangkan dengan lebih dari satu kodon (menjelaskan bagaimana bisa ada lebih kodon dari tRNA). Fungsi dari molekul tRNA, yang 70-80 nukleotida panjang, tergantung pada mereka tepat tiga dimensi struktur. Dalam larutan, semua molekul tRNA lipat menjadi serupa batang-loop pengaturan yang menyerupai daun semanggi ketika ditarik dalam dua dimensi (Gambar 4-22a). Empat batang pendek heliks ganda distabilkan oleh Watson-Crick base pasangan; tiga dari empat batang telah loop berisi tujuh atau delapan basis di tujuan mereka, sementara batang, sisa unlooped berisi

bebas 3? dan 5? ujung rantai. Tiga nukleotida menyusun antikodon yang berada di pusat dari lingkaran tengah, dalam posisi yang dapat diakses yang memfasilitasi kodon-antikodon basis pasangan. Dalam semua tRNA, 3? akhir batang asam amino akseptor unlooped urutan CCA, yang dalam banyak kasus ditambahkan setelah sintesis dan pengolahan dari tRNA adalah lengkap. Beberapa basis di sebagian besar tRNA juga dimodifikasi setelah sintesis. Dilihat dalam tiga dimensi, molekul

tRNA dilipat memiliki bentuk L dengan loop antikodon dan akseptor membentuk batang ujung dua lengan (Gambar 4-22b). Base tidak standar Memasangkan Sering Terjadi Antara Kodon dan Anticodons Jika sempurna Watson-Crick base pasangan dituntut antara kodon dan anticodons, sel-sel harus berisi tepat 61 tRNA yang berbeda spesies, satu untuk setiap kodon yang menentukan sebuah asam amino. Seperti disebutkan di atas, bagaimanapun, banyak mengandung sel-sel kurang dari 61 tRNA. Penjelasan untuk jumlah yang lebih kecil terletak pada kemampuan suatu antikodon tRNA tunggal untuk mengenali lebih dari satu, tetapi belum tentu setiap kodon yang sesuai untuk asam amino yang diberikan. Pengakuan yang lebih luas dapat terjadi karena dari pasangan tidak standar antara dasar dalam apa yang disebut goyangan posisi: yaitu, yang ketiga (? 3) dasar dalam suatu kodon mRNA dan dasar yang sesuai pertama (5?) dalam antikodon tRNA nya. Yang pertama dan kedua basis dari kodon hampir selalu membentuk pasangan basa Watson-Crick standar dengan ketiga dan kedua basis, masing-masing, dari antikodon yang sesuai, tapi empat interaksi yang tidak standar dapat terjadi antara dasar dalam posisi bergetar. Terutama penting adalah GA U pasangan basa, yang secara struktural hampir cocok serta standar GA C pasangan. Jadi, antikodon diberikan dalam tRNA dengan G di posisi (goyangan) pertama dapat dasar-pasangan dengan dua terkait kodon yang telah baik pirimidin (C atau U) dalam ketiga posisi (Gambar 4-23). Misalnya, fenilalanin yang kodon UUU dan UUC (5 n3) keduanya diakui oleh tRNA yang memiliki GAA (5 n3) sebagai antikodon tersebut. Bahkan, setiap dua kodon dari jenis NNPyr (N dasar apapun; PYR pirimidin) menyandikan asam amino tunggal dan yang diterjemahkan oleh

sebuah tRNA tunggal dengan G dalam posisi (goyangan) pertama dari antikodon. Meskipun adenin jarang ditemukan dalam antikodon yang bergetar posisi, tRNA banyak tanaman dan hewan mengandung inosin (I), produk deaminated dari adenin, pada posisi ini. Inosin dapat membentuk pasangan basa tidak standar dengan A, C, dan U. A tRNA dengan inosin dalam posisi goyangan sehingga dapat mengenali kodon mRNA yang sesuai dengan A, C, atau U di ketiga (Goyangan) posisi (lihat Gambar 4-23). Untuk alasan ini, inosinecontaining tRNA yang banyak digunakan dalam terjemahan kodon sinonim yang menentukan asam amino tunggal. Misalnya, empat dari enam kodon untuk leusin (CUA, CUC, Cuu, dan UUA) semua diakui oleh tRNA yang sama dengan yang antikodon ? 3-GAI-5, inosin dalam bentuk posisi bergetar? tidak standar dasar pasangan dengan dasar ketiga dalam empat kodon. Dalam kasus kodon UUA, tidak standar G U juga pasangan bentuk antara posisi 3 dari antikodon dan posisi 1 dari kodon tersebut.Aminoasil-tRNA Synthetases Aktifkan Amino Asam oleh kovalen Menghubungkan Mereka untuk tRNA Pengakuan dari kodon atau kodon menentukan diberikan amino asam oleh tRNA tertentu sebenarnya langkah kedua di decoding pesan genetik. Langkah pertama, lampiran asam amino yang tepat untuk tRNA, adalah dikatalisis oleh tertentu aminoasil-tRNA sintetase. Masing-masing dari 20 synthetases berbeda mengakui satu asam amino dan semua yang kompatibel, atau kognitif, tRNA. Enzim ini kopling link asam amino ke 2 gratis? atau 3? hidroksil dari adenosin di 3? ujung penghabisan molekul tRNA oleh reaksi-ATP yang membutuhkan. Dalam reaksi ini, asam amino yang dikaitkan dengan tRNA dengan sebuah berenergi tinggi obligasi dan demikian dikatakan diaktifkan. Energi obligasi ini kemudian drive pembentukan ikatan peptida menghubungkan asam amino yang berdekatan dalam rantai polipeptida yang sedang tumbuh. Keseimbangan reaksi aminoacylation didorong lebih lanjut terhadap aktivasi asam amino oleh hidrolisis dari energi tinggi phosphoanhydride ikatan di pirofosfat dirilis (Lihat Gambar 4-21). Karena beberapa asam amino yang sangat mirip secara struktural, synthetases aminoasil-tRNA terkadang membuat kesalahan. Ini adalah dikoreksi, namun, oleh enzim sendiri, yang mempunyai aktivitas proofreading yang memeriksa mereka sesuai dengan di mengikat asam amino saku. Jika asam amino yang salah menjadi

menempel pada tRNA, yang mengkatalisis sintetase terikat penghapusan asam amino dari tRNA tersebut. Fungsi ini penting membantu menjamin bahwa tRNA memberikan yang benar amino asam ke mesin sintesis protein. Kesalahan keseluruhan tarif terjemahan dalam E. coli sangat rendah, sekitar 1 per 50.000 kodon, bukti pentingnya proofreading oleh synthetases aminoasil-tRNA.

Ribosom Apakah Protein-Mesin Usaha menghasilkan Jika banyak komponen yang berpartisipasi dalam menerjemahkan mRNA harus berinteraksi dalam larutan bebas, kemungkinan simultan tabrakan yang terjadi akan sangat rendah sehingga tingkat polimerisasi asam amino akan sangat lambat. The efisiensi terjemahan sangat meningkat pengikatan mRNA dan aminoasil individu-tRNA yang paling berlimpah RNA-proteinkompleks dalam sel, ribosom, yang mengarahkan pemanjangan polipeptida di tingkat tiga sampai lima asam amino tambah per detik. Kecil protein 100-200 asam amino sehingga menjadi dalam satu menit atau kurang. Di sisi lain, dibutuhkan 2-3 jam untuk membuat yang terbesar dikenal protein, Titin, yang ditemukan dalam otot dan mengandung sekitar 30.000 residu asam amino. Mesin seluler yang menyelesaikan tugas ini harus tepat dan gigih. Dengan bantuan mikroskop elektron, ribosom yang pertama kali ditemukan sebagai kecil, diskrit, partikel RNA-kaya akan sel bahwa jumlah besar mengeluarkan protein. Namun, mereka berperan dalam sintesis protein tidak diakui sampai cukup murni persiapan ribosom diperoleh. In vitro radiolabeling percobaan dengan preparat seperti itu menunjukkan bahwa radioaktif asam amino pertama dimasukkan ke dalam tumbuh polipeptida rantai yang berhubungan dengan ribosom sebelum muncul dalam rantai selesai. ribosom adalah terdiri dari tiga (pada bakteri) atau empat (dalam eukariota) molekul rRNA yang berbeda dan sebanyak 83 protein, diatur dalam sebuah subunit besar dan subunit kecil (Gambar 4-24). Para ribosomal subunit dan molekul rRNA biasanya ditunjuk dalam satuan Svedberg (S), sebuah mengukur laju sedimentasi dari partikel-cen trifuged dalam kondisi standar.

Kecil ribosom subunit berisi molekul rRNA tunggal, disebut sebagai kecil rRNA. Subunit besar berisi molekul rRNA besar dan satu molekul 5S rRNA, ditambah dengan molekul tambahan dari 5.8S rRNA di vertebrata. Panjang dari molekul rRNA, jumlah protein dalam setiap subunit, dan akibatnya ukuran dari subunit berbeda dalam bakteri dan sel eukariotik. Ribosom 70S yang dirakit pada bakteri

dan 80S dalam vertebrata. Tapi yang lebih menarik daripada perbedaanperbedaan ini adalah kesamaan struktural dan fungsional besar antara ribosom dari semua spesies. konsistensi Ini adalah satu lagi refleksi dari asal evolusi umum dari paling mendasar konstituen sel hidup. Urutan dari rRNA kecil dan besar dari beberapa ribu organisme yang sekarang dikenal. Meskipun utama urutan nukleotida rRNA ini sangat bervariasi, yang bagian yang sama dari masing-masing jenis rRNA secara teoritis dapat membentuk basepaired batang-loop, yang akan menghasilkan tiga dimensi yang sama struktur untuk setiap rRNA dalam semua organisme. The sebenarnya tiga-dimensi struktur rRNA bakteri dari Thermopolis Thermus baru-baru ini telah ditentukan oleh Xray kristalografi dari ribosom 70S. Multiple, banyak ribosomal protein yang lebih kecil untuk sebagian besar berkaitan dengan permukaan rRNA. Meskipun jumlah protein molekul dalam ribosom sangat melebihi jumlah molekul RNA, RNA merupakan sekitar 60 persen dari mass dari ribosom. Selama terjemahan, bergerak ribosom sepanjang mRNA rantai, berinteraksi dengan berbagai faktor protein tRNA dan sangat mungkin mengalami perubahan konformasi besar. Meskipun kompleksitas ribosom, kemajuan besar telah telah dibuat dalam menentukan struktur keseluruhan bakteri ribosom dan dalam mengidentifikasi berbagai situs reaktif. Sinar X Studi kristalografi pada T. thermophilus ribosom 70S, misalnya, tidak hanya telah mengungkapkan dimensi dan bentuk keseluruhan dari subunit ribosomal tetapi juga memiliki lokal posisi tRNA terikat pada ribosom selama mulur rantai protein tumbuh. Selain itu, kuat kimia teknik seperti footprinting, yang dijelaskan di Bab 11, telah digunakan untuk mengidentifikasi spesifik urutan nukleotida pada rRNA yang mengikat protein atau yang lain RNA. Sekitar 40 tahun setelah penemuan awal ribosom, mereka keseluruhan struktur dan berfungsi selama sintesis protein akhirnya menjadi jelas, seperti yang kita menjelaskan di seksi berikutnya. 4.5 Stepwise Sintesis Protein pada Ribosom Bagian-bagian sebelumnya telah memperkenalkan peserta utama

dalam sintesis protein-mRNA, tRNA aminoacylated, dan ribosom mengandung rRNA besar dan kecil. Kami sekarang mengambil rinci melihat bagaimana komponen ini dibawa bersama-sama untuk melaksanakan peristiwa biokimia yang mengarah ke pembentukan polipeptida rantai pada ribosom. Mirip dengan transkripsi, proses kompleks terjemahan dapat dibagi menjadi tiga tahap-inisiasi, elongasi, dan terminasi-yang kita dipertimbangkan dalam rangka. Kami fokus deskripsi kami pada terjemahan dalam eukariotik sel, tetapi mekanisme terjemahan secara fundamental sama pada semua sel. Methionyl-tRNAi Met Mengakui Agustus yang Mulai Codon Sebagaimana dicatat sebelumnya, Agustus kodon untuk fungsi metionin sebagai kodon start di sebagian besar mRNA. Sebuah kritis aspek inisiasi terjemahan adalah untuk memulai sintesis protein di kodon awal, sehingga membentuk bacaan yang benar frame untuk seluruh mRNA. Baik prokariota dan eukariota mengandung dua tRNA metionin yang berbeda: tRNAi Met dapat memulai sintesis protein, dan tRNAMet dapat menggabungkan metionin hanya menjadi sebuah rantai protein tumbuh. Hal yang sama sintetase aminoasil-tRNA (MetRS) biaya baik tRNA dengan metionin. Tapi hanya Met-tRNAi Met (yakni, metionin diaktifkan melekat pada tRNAi Met mengikat) dapat di sesuai situs pada subunit ribosom kecil, situs P, untuk memulai sintesis dari rantai polipeptida. The Met biasa-tRNAMet dan semua tRNA mengikat lainnya yang dikenakan hanya ke situs lain ribosom, situs A, seperti dijelaskan kemudian.

Inisiasi Terjemahan Biasanya Terjadi Dekat Pertama Agustus terdekat ke 5? Akhir dari suatu mRNA Selama tahap pertama dari terjemahan, ribosom yang merakit, dikomplekskan dengan mRNA dan tRNA inisiator diaktifkan, yang benar diposisikan pada kodon start. Besar dan subunit ribosomal kecil tidak secara aktif terlibat dalam terjemahan disimpan terpisah dengan mengikat dua faktor inisiasi, ditunjuk

eIF3 dan eIF6 pada eukariota. Sebuah preinitiation terjemahan kompleks terbentuk ketika subunit kompleks-eIF3 40S terikat oleh eIF1A dan kompleks terner dari MettRNAi Met, eIF2, dan GTP (Gambar 4-25, langkah 1). Sel dapat mengatur sintesis protein oleh phosphorylating residu serin pada eIF2 terikat PDB; kompleks terfosforilasi adalah tidak dapat menukar PDB terikat untuk GTP dan tidak dapat mengikat Met-tRNAi Met, sehingga menghambat sintesis protein. Selama inisiasi terjemahan, 5? tutup mRNA untuk menjadi diterjemahkan terikat oleh subunit eIF4E dari eIF4 capbinding kompleks. MRNA-eIF4 kompleks kemudian asosiasi dengan kompleks preinitiation melalui interaksi antara eIF4G subunit dan eIF3, membentuk kompleks inisiasi (Gambar 4-25, langkah 2). Kompleks inisiasi maka mungkin slide bersama, atau scan, mRNA diasosiasikan sebagai kegiatan helikase dari eIF4A menggunakan energi dari hidrolisis ATP untuk melepas lelah struktur sekunder RNA. Memindai berhenti ketika tRNAi Met antikodon mengakui kodon start, yang merupakan hilir dari 5 pertama Agustus? akhir di sebagian eukariot mRNA (langkah 3). Pengakuan dari kodon mulai mengarah ke hidrolisis dari GTP terkait dengan eIF2, langkah tidak dapat diubah yang mencegah lebih lanjut pemindaian. Pemilihan Agustus memulai difasilitasi oleh nukleotida sekitarnya khusus disebut Urutan Kozak, untuk Marilyn Kozak, yang didefinisikan itu: (? 5) ACCAUGG (3?). A sebelum Agustus (digarisbawahi) dan G segera setelah itu adalah nukleotida yang paling penting mempengaruhi efisiensi terjemahan inisiasi. Setelah kecil ribosom subunit dengan terikatnya Met-tRNAi Met benar diposisikan pada kodon start, persatuan dengan yang besar (60s) subunit ribosomal melengkapi pembentukan ribosom 80S. Hal ini memerlukan tindakan faktor lain (eIF5) dan hidrolisis dari GTP terkait

dengan itu (langkah 4). Kopling bergabung reaksi hidrolisis GTP membuat hal ini merupakan langkah tidak dapat diubah, sehingga bahwa subunit ribosom tidak memisahkan sampai seluruh mRNA diterjemahkan dan sintesis protein berakhir. Seperti dijelaskan kemudian, selama perpanjangan rantai, yang tumbuh polipeptida tetap melekat pada tRNA di situs ini P dalam ribosom. Mesin sintesis protein eukariotik dimulai terjemahan mRNA seluler yang paling dalam waktu sekitar 100 nukleotida dari 5? capped akhir hanya sebagai dijelaskan. Namun, beberapa mRNA seluler berisi situs entri internal ribosom

(IRES) terletak jauh hilir dari 5? akhir. Selain itu, terjemahan dari beberapa mRNA virus, yang tidak memiliki 5? topi, dimulai di IRESs oleh mesin host-sel eukariotik yang terinfeksi sel. Beberapa faktor inisiasi terjemahan yang sama yang membantu dalam ribosom memindai dari 5? topi diperlukan untuk mencari sebuah kodon Agustus mulai internal, tapi persis bagaimana IRES diakui kurang jelas. Hasil terbaru menunjukkan bahwa beberapa IRESs lipat menjadi struktur RNA yang mengikat sepertiga situs pada ribosom, situs E, sehingga posisi yang dekat Agustus internal mulai kodon di situs P. Pemanjangan Selama Rantai Setiap masuk Aminoasil-tRNA Moves Melalui Tiga ribosomal Situs The eukariotik posisi yang benar 80S ribosom-MettRNAi Met kompleks sekarang siap untuk memulai tugas stepwise penambahan asam amino oleh terjemahan di-bingkai mRNA. Seperti halnya dengan inisiasi, satu set protein khusus, faktor elongasi disebut (EF), diperlukan untuk melaksanakan proses panjang rantai. Langkah-langkah kunci dalam perpanjangan yang masuknya tiap-aminoasil berhasil tRNA, pembentukan ikatan peptida, dan gerakan, atau translokasi, dari ribosom satu kodon pada waktu sepanjang mRNA. Pada penyelesaian inisiasi penerjemahan, seperti dicatat sudah, Met-tRNAi Met terikat ke situs P di dirakit Ribosom 80S (Gambar 4-26, atas). Kawasan ini ribosom disebut situs P karena tRNA yang kimia terkait dengan rantai polipeptida tumbuh adalah terletak di sini. Yang kedua aminoasiltRNA dibawa ke dalam ribosom sebagai terner kompleks dalam hubungan dengan EF1? GTP? dan menjadi terikat ke situs A, dinamakan demikian karena itu adalah tempat aminoacylated tRNA mengikat (langkah 1). Jika antikodon dari masuk (kedua) aminoasil-tRNA benar base-pasangan dengan kedua kodon pada mRNA, yang GTP di EF1 terkait?? GTP terhidrolisis. Hidrolisis dari GTP mempromosikan konformasi perubahan dalam ribosom yang mengarah ke ketat mengikat tRNA-aminoasil di situs A dan pelepasan yang dihasilkan EF1? PDB kompleks (langkah 2)?. Perubahan konformasi juga posisi 3 aminoacylated? akhir tRNA di A lokasi di dekat ke 3? akhir-Met tRNAi Bertemu di

P situs. hidrolisis GTP, dan karenanya ketat mengikat, tidak terjadi jika antikodon dari tRNA aminoasil masuk-tidak bisa base-pasangan dengan kodon di situs A. Dalam hal ini, kompleks terner berdifusi pergi, meninggalkan sebuah situs yang kosong A dapat mengaitkan dengan lainnya aminoacyltRNA-EF1? kompleks? GTP sampai tRNA dengan benar dasar-dipasangkan terikat. Fenomena ini memberikan kontribusi untuk kesetiaan dengan yang benar aminoasil-tRNA dimuat ke dalam situs A. Dengan memulai Met-tRNAi Ditemui di lokasi P dan kedua aminoasil-tRNA terikat erat di tempat A,? gugus amino dari asam amino kedua bereaksi dengan "diaktifkan" (Ester-linked) metionin pada tRNA inisiator, membentuk ikatan peptida (Gambar 4-26, langkah 3; Angka lihat 4-19 dan 4-21). Reaksi ini dikatalisis peptidyltransferase oleh rRNA besar, yang justru berorientasi berinteraksi dengan atom, memungkinkan reaksi untuk melanjutkan. Kemampuan katalitik dari rRNA besar di bakteri telah ditunjukkan oleh hati-hati mengeluarkan sebagian besar protein dari ribosom subunit besar. The 23S bakteri hampir murni rRNA dapat mengkatalisis reaksi peptidyltransferase antara analog aminoacylated-tRNA dan peptidil-tRNA. Lebih lanjut dukungan untuk peran katalitik dari rRNA besar dalam sintesis protein berasal dari studi kristalografi menunjukkan bahwa tidak ada protein terletak dekat lokasi sintesis peptida ikatan dalam kristal struktur subunit besar bakteri.

Setelah sintesis ikatan peptida, ribosom translokasi sepanjang mRNA jarak yang sama dengan satu kodon. Langkah translokasi dipromosikan oleh hidrolisis dari GTP di EF2 eukariotik? GTP. Sebagai hasil dari translokasi, tRNAi Met, sekarang tanpa metionin aktif nya, dipindahkan ke situs (exit) E pada ribosom; bersamaan, tRNA kedua, sekarang kovalen terikat sebuah dipeptida (a-peptidil tRNA), dipindahkan ke situs P (Gambar 4-26, langkah 4). Translokasi sehingga mengembalikan ribosom konformasi ke negara di mana situs A adalah terbuka dan dapat menerima lain tRNA aminoacylated dikomplekskan dengan EF1? GTP?, awal siklus lain rantai perpanjangan. Pengulangan siklus elongasi digambarkan pada Gambar 4-26 menambahkan satu asam amino pada suatu waktu untuk C-terminus dari polipeptida yang sedang tumbuh sebagaimana diarahkan oleh urutan mRNA sampai kodon stop ditemui. Pada siklus berikutnya,

perubahan konformasi yang terjadi pada langkah 2 akan mengeluarkan unacylated tRNA dari situs E. Sebagai polipeptida baru lahir rantai menjadi lebih panjang, itu benang melalui saluran dalam ribosom subunit besar, keluar pada posisi sebaliknya samping yang berinteraksi dengan subunit kecil (Gambar 4-27). Lokasi tRNA terikat di lokasi A, P, dan E terlihat dalam struktur kristal baru-baru ini ditentukan dari bakteri ribosom (Gambar 4-28). pasangan Base juga jelas antara tRNA di lokasi A dan P dengan masing-masing kodon di mRNA (lihat Gambar 4-28, sisipan). Sebuah RNA-RNA hibrida hanya tiga pasangan basa tidak stabil di bawah kondisi fisiologis.Namun, beberapa interaksi antara besar dan kecil rRNA dan umum domain dari tRNA (misalnya, D dan T Loop CG) menstabilkan tRNA di A dan situs P, sementara lainnya RNA-RNA interaksi rasa yang benar kodon-antikodon basis pasangan, memastikan bahwa kode genetik dibaca dengan benar.

Terjemahan Apakah Diberhentikan oleh Faktor Release Ketika Codon Berhenti Apakah Tercapai Tahap akhir terjemahan, seperti inisiasi dan elongasi, membutuhkan sinyal molekul yang sangat spesifik yang menentukan nasib kompleks mRNA-ribosom-tRNA-peptidil. Dua jenis faktor rilis protein spesifik (RFS) telah ditemukan. Eukariotik eRF1, yang bentuknya mirip dengan tRNA, tampaknya bertindak dengan mengikat ribosom situs A dan mengakui kodon berhenti langsung. Seperti beberapa inisiasi dan faktor elongasi dibahas sebelumnya, yang kedua eukariotik rilis faktor, eRF3, adalah protein GTP-mengikat. The eRF3? GTP bertindak dalam konser dengan eRF1 untuk mempromosikan pembelahan the-peptidil tRNA, sehingga melepaskan protein selesai rantai (Gambar 429). Bakteri memiliki dua faktor rilis (RF1 dan RF2) yang secara fungsional analog dengan eRF1 dan Mengikat GTP-faktor (RF3) yang analog dengan eRF3. Setelah dibebaskan dari ribosom, yang baru disintesis lipatan protein ke dalam konformasi asli tiga-dimensi, proses difasilitasi oleh protein lain yang disebut chaperone (Bab 3). faktor rilis tambahan kemudian mempromosikan disosiasi ribosom, membebaskan sub-unit, mRNA, dan terminal tRNA untuk putaran lain terjemahan. Kita sekarang bisa melihat bahwa satu atau lebih protein GTP-binding

berpartisipasi dalam setiap tahap penerjemahan. Protein ini milik ke superfamili GTPase protein saklar yang siklus antara bentuk aktif GTP-terikat dan PDB-terikat tidak aktif bentuk (lihat Gambar 3-29). Hidrolisis dari GTP terikat diduga menyebabkan perubahan konformasi dalam GTPase sendiri atau lainnya yang terkait protein yang sangat penting untuk berbagai kompleks molekul proses. Dalam inisiasi penerjemahan, misalnya, hidrolisis GTP eIF2 untuk eIF2? PDB mencegah? lebih lanjut pemindaian mRNA sekali situs mulai yang dihadapi dan memungkinkan pengikatan ribosom subunit besar ke kecil subunit (lihat Gambar 4-25, step 3). Demikian pula, hidrolisis EF2 GTP untuk EF2 PDB selama elongasi rantai menyebabkan translokasi ribosom sepanjang mRNA (lihat Gambar 4-26, langkah 4).Polysomes dan Daur Ulang Ribosom cepat Meningkatkan Efisiensi Terjemahan Seperti disebutkan sebelumnya, terjemahan dari mRNA eukariotik tunggal molekul untuk menghasilkan protein yang khas berukuran membutuhkan 30-60 detik. Dua fenomena secara signifikan meningkatkan tingkat keseluruhan di mana sel-sel dapat mensintesis protein: yang simultan terjemahan molekul mRNA tunggal dengan beberapa ribosom dan cepat daur ulang subunit ribosomal setelah mereka melepaskan diri dari

3? akhir sebuah mRNA. Terjemahan simultan dari suatu mRNA dengan ribosom multiple mudah diamati di mikrograf elektron dan dengan analisis sedimentasi, mRNA melekat pada ribosom mengungkapkan beberapa bantalan mulai lahir rantai polipeptida yang sedang tumbuh. Struktur ini, dimaksud sebagai polyribosomes atau polysomes, dianggap tidak melingkar mikrograf elektron dalam beberapa jaringan. Berikut penelitian dengan sel-sel ragi menjelaskan bentuk melingkar polyribosomes dan menyarankan mode dimana ribosom daur ulang efisien. Studi ini mengungkapkan bahwa beberapa salinan dari sitosol protein yang ditemukan di semua sel eukariotik protein, poli (A)-mengikat (PABPI), dapat berinteraksi dengan mRNA ekor poli (A) dan subunit 4G ragi eIF4. Selain itu, subunit 4E dari ragi eIF4 mengikat ke 5? akhir sebuah mRNA. Sebagai hasil dari interaksi ini, kedua ujung sebuah molekul mRNA dapat dijembatani oleh protein intervensi, membentuk sebuah "lingkaran" mRNA (Gambar 4-30). Karena kedua ujung sebuah polysome

relatif berdekatan, subunit ribosomal bahwa melepaskan dari 3? akhir diposisikan di dekat 5? akhir, memfasilitasi ulang-inisiasi oleh interaksi dari subunit 40S dengan eIF4 terikat pada 5? topi. Jalur melingkar digambarkan dalam Gambar 4-31, yang dapat beroperasi dalam sel eukariotik banyak, ribosom akan meningkatkan daur ulang dan dengan demikian meningkatkan efisiensi sintesis protein. 4.6 Replikasi DNASekarang kita telah melihat bagaimana genetik informasi yang dikodekan dalam urutan nukleotida dari DNA diterjemahkan ke dalam struktur protein yang melakukan sebagian besar fungsi sel, kita dapat menghargai perlunya penyalinan tepat DNA urutan selama replikasi DNA (lihat Gambar 4-1, langkah 4). Pasangan teratur basa dalam struktur DNA heliks ganda disarankan untuk Watson dan Crick yang baru DNA untai disintesis dengan menggunakan (orang tua) helai yang ada template dalam pembentukan baru, putri untai komplementer ke untaian orangtua. Model template base-pasangan secara teoritis dapat melanjutkan baik oleh konservatif atau mekanisme semikonservatif. Dalam mekanisme konservatif, dua putri alur akan membentuk double-stranded baru (dupleks) molekul DNA dan duplex orangtua akan tetap utuh. Dalam semikonservatif mekanisme, alur orangtua secara permanen terpisah dan masing-masing membentuk molekul dupleks dengan putri dasar untai-dipasangkan untuk itu. Definitif bukti bahwa dupleks DNA direplikasi oleh mekanisme semikonservatif datang dari percobaan sekarang klasik yang dilakukan oleh M. Meselson dan W. F. Stahl, diuraikan pada Gambar 4-32. Menyalin dari untai cetakan DNA menjadi komplementer untai dengan demikian merupakan fitur umum dari replikasi DNA dan transkripsi DNA ke RNA. Dalam kedua kasus, informasi dalam template yang diawetkan. Pada beberapa virus, singlestranded molekul RNA berfungsi sebagai template untuk sintesis RNA komplementer atau untai DNA. Namun, luas dominan RNA dan DNA dalam sel-sel disintesis dari dupleks DNA yang sudah ada sebelumnya. DNA polimerase Perlu sebuah Primer untuk Memulai Replikasi Analog dengan RNA, DNA disintesis dari deoxynucleoside 5-trifosfat prekursor (dNTP). Juga seperti sintesis RNA, Sintesis DNA selalu dana dalam 5 n3 132 BAB 4 Mekanisme Dasar Genetika Molekuler arah karena hasil rantai pertumbuhan dari pembentukan

phosphoester ikatan antara oksigen 3 dari tumbuh untai dan fosfat dari dNTP (lihat Gambar 4-9). Seperti dibahas sebelumnya, sebuah polimerase RNA dapat menemukan yang tepat transkripsi memulai situs pada DNA dupleks dan melakukan sintesis dari RNA komplementer dengan DNA template untai (lihat Gambar 4-10). Sebaliknya, DNA polimerase tidak dapat rantai memulai sintesis de novo, melainkan, mereka memerlukan pendek, sudah ada sebelumnya untai RNA atau DNA, yang disebut primer, untuk mulai pertumbuhan rantai. Dengan primer basis-pasangan ke template Urat, DNA polimerase menambahkan deoxynucleotides untuk kelompok hidroksil gratis di 3? akhir primer seperti yang diarahkan oleh urutan untai template; Ketika RNA primer, untai putri yang terbentuk adalah RNA di 5? akhir dan DNA di 3? akhir.

Duplex DNA Apakah dibatalkan, dan Putri Strands Apakah Dibentuk di Fork Replikasi DNA Agar DNA dupleks berfungsi sebagai template selama replikasi, kedua untai terjalin harus dibatalkan, atau meleleh, untuk membuat dasar yang tersedia untuk basis pasangan dasar dari dNTP yang dipolimerisasi menjadi yang baru sintesis untai putri. Ini Pembalikan dari untai DNA orang tua adalah dengan helicases khusus, yang dimulai di segmen unik dalam molekul DNA yang disebut asal replikasi, atau hanya asal. Urutan nukleotida asal dari organisme yang berbeda sangat bervariasi, meskipun mereka biasanya Sebuah berisi urutan T-kaya. Setelah helicases telah dibatalkan DNA orang tua di asal, sebuah polimerase RNA khusus Primase disebut membentuk primer RNA pendek yang saling melengkapi ke untai template dibatalkan. Primer, masih dasar-dipasangkan untuk untai DNA komplementer, adalah kemudian memanjang oleh polimerase DNA, sehingga membentuk anak baru untai. Daerah DNA di mana semua protein datang bersama-sama untuk melaksanakan sintesis untai putri disebut garpu replikasi, atau tumbuh garpu. Sebagai hasil replikasi, garpu tumbuh dan protein yang terkait menjauh dari asal. Seperti disebutkan sebelumnya, lokal unwinding DNA dupleks menghasilkan tegangan torsional, yang lega oleh topoisomerase I. Agar DNA polimerase bergerak sepanjang dan salinan DNA dupleks, helikase berurutan harus bersantai dupleks dan topoisomerase harus menghapus superkoil yang membentuk. Sebuah komplikasi utama dalam pengoperasian replikasi DNA

garpu timbul dari dua sifat: dua untai dari duplex DNA parental antiparalel, dan DNA polimerase (Seperti polimerase RNA) dapat menambahkan nukleotida ke untai baru berkembang hanya dalam 5? n3? arah. Perpaduan satu untai putri, disebut untai terkemuka, dapat dilanjutkan terus menerus dari sebuah primer RNA tunggal dalam 5? n3? arah, arah yang sama dengan gerakan replikasi fork (Gambar 4-33). Masalah muncul di sintesis dari untai putri lain, yang disebut untai tertinggal.

Karena pertumbuhan untai tertinggal harus terjadi dalam 5? N3? arah, menyalin untai cetakan yang entah bagaimana harus terjadi pada arah yang berlawanan dari pergerakan garpu replikasi. Sebuah sel menyelesaikan prestasi ini oleh sintesis primer baru setiap beberapa ratus basa atau lebih di kedua untai orangtua, sebagai lebih dari untai terkena oleh Pembalikan. Masing-masing primer, dasar-dipasangkan ke template mereka untai, yang memanjang di 5? n3? arah, membentuk segmen yang disebut fragmen Okazaki terputus-putus setelah mereka penemu Reiji Okazaki (lihat Gambar 4-33). RNA primer setiap fragmen Okazaki akan dihapus dan diganti dengan DNA rantai pertumbuhan dari fragmen Okazaki tetangga; akhirnya sebuah enzim yang disebut DNA ligase bergabung dengan berdekatan fragmen.Helikase, primase, polimerase DNA, dan Lainnya Protein Berpartisipasi dalam Replikasi DNA Detil pemahaman tentang protein eukariotik yang berpartisipasi dalam replikasi DNA telah datang sebagian besar dari studi dengan DNA virus kecil, terutama SV40 DNA, melingkar genom dari virus yang menginfeksi monyet kecil. Gambar 4-34 menggambarkan beberapa protein yang mengkoordinasikan menyalin SV40 DNA pada garpu replikasi. Protein yang berkumpul di garpu replikasi lebih menggambarkan konsep molekul mesin diperkenalkan pada Bab 3. multikomponen ini kompleks sel izin untuk melaksanakan urutan memerintahkan peristiwa yang menyelesaikan fungsi sel penting. Dalam mesin molekul yang mereplikasi SV40 DNA, heksamer protein virus yang disebut unwinds besar T-antigen orangtua helai pada garpu replikasi. Semua lain protein yang terlibat dalam replikasi DNA SV40 disediakan oleh tuan rumah sel. Primer untuk memimpin dan lagging putri-untai DNA disintesis oleh kompleks Primase, yang mensintesis pendek primer RNA, dan

DNA polimerase? (Pol?), Yang

memperluas primer RNA dengan deoxynucleotides, membentuk RNA-DNA campuran primer. primer tersebut diperpanjang menjadi anak-untai DNA oleh DNA polimerase? (Pol?), Yang kecil kemungkinannya untuk membuat kesalahan selama menyalin template untai daripada Pol?. Pol? membentuk kompleks dengan RFC (replikasi faktor C) dan PCNA (berkembang biak sel antigen nuklir), yang menggantikan yangPrimase-Pol? kompleks primer sintesis berikut. Seperti diilustrasikan pada Gambar 4-34b, PCNA adalah protein homotrimeric yang memiliki lubang pusat melalui mana duplex putri DNA berlalu, sehingga mencegah PCNA-RFC-Pol? kompleks dari memisahkan dari template. Setelah DNA orangtua dipisahkan menjadi beruntai tunggal template pada garpu replikasi, itu pasti oleh beberapa salinan RPA (replikasi protein A), sebuah heterotrimeric protein (Gambar 4-34c). Pengikatan RPA mempertahankan template dalam konformasi optimal seragam untuk menyalin oleh DNA polimerase. Bound RPA protein copot dari para orangtua untai oleh Pol? dan Pol? karena mereka mensintesis dasar untai komplementer-dipasangkan dengan orangtua helai. Beberapa eukariotik protein yang berfungsi dalam replikasi DNA tidak digambarkan pada Gambar 4-34. Sebuah asosiasi topoisomerase dengan DNA orang tua menjelang helikase untuk menghilangkan stres torsi diperkenalkan oleh Pembalikan dari orangtua helai. Ribonuklease H dan FEN saya menghapus ribonucleotides di 5? ujung fragmen Okazaki; ini digantikan oleh deoxynucleotides ditambahkan oleh DNA polimerase? karena memperluas fragmen Okazaki hulu. Berturut-turut fragmen Okazaki yang digabungkan dengan ligase DNA melalui standar 5? N3? phosphoester obligasi.

Replikasi DNA Umumnya Terjadi bidireksional dari Setiap Asal Sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 4-33 dan 4-34, kedua orang tua DNA helai yang terpapar oleh lokal unwinding di ulangan garpu akan disalin ke dalam untai putri. Secara teori, replikasi DNA dari asal tunggal bisa melibatkan satu replikasi garpu yang bergerak dalam satu arah. Atau, dua garpu replikasi mungkin berkumpul di asal tunggal dan kemudian bergerak ke arah berlawanan, mengarah ke pertumbuhan dua arah dari kedua untai putri. Beberapa jenis percobaan, termasuk yang ditunjukkan pada Gambar 4-35, memberikan bukti awal mendukung pertumbuhan untai dua arah. Konsensus umum adalah bahwa semua prokariotik dan eukariotik

sel menggunakan mekanisme dua arah DNA replikasi. Dalam kasus SV40 DNA, replikasi dimulai oleh helicases hexameric mengikat dua antigen T besar ke SV40 asal tunggal dan perakitan protein lain untuk membentuk dua garpu replikasi. Ini kemudian pindah dari SV40 yang asal dalam arah yang berlawanan dengan memimpin-dan lagging-untai sintesis terjadi pada garpu keduanya. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4-36, garpu replikasi kiri meluas sintesis DNA dalam ke kiri arah; sama, garpu replikasi benar meluas Sintesis DNA ke arah kanan. Tidak seperti SV40 DNA, molekul DNA eukariotik kromosom berisi asal-usul beberapa replikasi dipisahkan oleh puluhan ke ratusan kilobases. Sebuah protein yang disebut subunit enam-ORC, untuk kompleks asal pengakuan, mengikat setiap asal dan asosiasi dengan protein lain yang diperlukan untuk memuat selular hexameric helicases terdiri dari enam homolog protein MCM. Dua menentang MCM helicases memisahkan helai orangtua pada asal, dengan RPA mengikat protein yang dihasilkan tunggal terdampar DNA. Sintesis primer dan selanjutnya langkah-langkah dalam replikasi DNA seluler dianggap analog kepada mereka dalam replikasi DNA SV40 (lihat Gambar 4-34 dan 4-36). Replikasi DNA selular dan acara lain yang mendahuluinya proliferasi sel yang diatur secara ketat, sehingga yang sesuai jumlah sel-sel yang merupakan jaringan masing-masing dihasilkan selama pengembangan dan sepanjang kehidupan organisme. Seperti dalam transkripsi gen yang paling, kontrol inisiasi langkah adalah mekanisme utama untuk mengatur DNA selular replikasi. Aktivasi keg