הבנת היסודות הבסיסיים של קיומם של חיים בלתי אפשרית ללא הבנה ברורה של העברת מידע תורשתי ויישומו. אחסון הגנים של הגוף מתבצע באמצעות כרומוזומים, שבהם ארוזים מקטעים שונים של DNA, המקודדים את רצף חומצות האמינו הראשוני של חלבון מסוים. ומימוש המידע הגנטי והעברתו בהורשה מושגת באמצעות העתקתו. תהליך זה נקרא "תעתיק". בביולוגיה, זה אומר לקרוא את הקוד של קטע גנים וליצור תבנית לביו-סינתזה של חלבון על בסיסו.
בסיס מולקולרי של תמלול
תעתוק הוא תהליך אנזימטי שקודם לו "פירוק" של מולקולת DNA ומתן גישה לקריאת גן ספציפי. ואז במולקולת ה-DNA הדו-גדילי עלבקטע הראשוני, קשרי מימן בין נוקלאוטידים נשברים למשך 4 קדונים. מרגע זה, מתחיל שלב התחלת השעתוק בביולוגיה, הקשור להתקשרות של RNA פולימראז תלוי DNA למקרופולימר ה-DNA.
התוצאה הטבעית של ההתחלה היא סינתזה של אתר ההתחלה של RNA שליח, וברגע שהנוקלאוטיד המשלים הראשון נצמד אליו ומתרחשת טרנסלוקציה של RNA פולימראז תלוי DNA, צריך לדבר על ההתחלה של שלב ההתארכות. המהות שלו מצטמצמת לתנועה הדרגתית של פולימראז ה-RNA התלוי ב-DNA לאורך מולקולת ה-DNA בכיוון 3`-5`, חותך את קשרי המימן של ה-DNA מלפנים ומשחזרם מאחור, כמו גם הצמדת נוקלאוטיד משלים לצומח. שרשרת של תבנית ה-RNA.
פולימראז RNA תלוי אנזים מזרז הוספת נוקלאוטיד ל-RNA, בעוד שמערכות אנזימים אחרות אחראיות על קריאה, הפרדת קשרי מימן והפחתה שלהם. כולם ממוקמים במקום שבו מתבצע התמלול. ביולוגיה מאפשרת לך ליישם את השיטה של אטומים מסומנים ולאשר את עובדת הריכוז הגבוה ביותר שלהם בגרעיני התאים.
ציר הזמן של תמלול
בתנאי מעבדה הצליחו מדעני קבוצת המחקר "הגנום האנושי" לסנתז באופן מלאכותי את מולקולת ה-DNA בעצמה ולשמור בה את הקוד הגנטי. תהליך זה נמשך יותר מ-2 עשורים, לא סופרים את ההכנה הארוכה. מעניין באיזו מהירות תהליכים אלו מתקדמים בתא חי. שיטת מחקר עיקריתתרגום ותעתוק - ביולוגיה מולקולרית. ולמרות שהוא עדיין חווה קשיים הקשורים לחוסר האפשרות של הדגמה ויזואלית של תהליכים אלה, יש כמה עדויות לגבי זמן הביוסינתזה של חלבון.
בפרט, תהליך "פירוק" המידע הגנטי יכול לקחת 16-48 שעות, ותעתוק הגן הרצוי - כ-4-8 שעות. הסינתזה של מולקולת חלבון אחת קטנה המבוססת על RNA שליח תארך כ-4-24 שעות, ולאחר מכן מתחיל שלב ה"התבגרות" שלה. זה מתייחס לאריזה ספונטנית של חלבון למבנה משני ולאחר מכן למבנה שלישוני. אם החלבון דורש שינוי לאחר סינתטי, תהליך זה עשוי להימשך כשבוע או יותר.
מבנים תאיים, שבהם מתרחשים תעתיק ותרגום, נחקרים ביתר פירוט בביולוגיה. יחד עם זאת, ניתן היה לחשב שבתאים איקריוטיים בעלי קבוצה גדולה של חומר גנטי, הסינתזה של מולקולת אינסולין פשוטה אורכת כ-16 שעות. Escherichia coli מהונדס גנטית מסוגל לסנתז מולקולה כזו תוך 4 שעות. במקרה של חלבונים גדולים בעלי מבנה שלישוני ורבעוני, תהליך הסינתזה והיווצרותם הסופית יכולים להימשך כשבועיים.
לוקליזציה של אנזימי שעתוק
תהליך כמו תמלול (בביולוגיה) מתרחש במקום אחסון ישיר של מידע תורשתי. בתאים איקריוטיים זהו גרעין התא, ובצורות חיים פרה-גרעיניות זהו הציטופלזמה. אנזים ויראליטרנסקריפטאז הפוך פועל בגרעין של תאים נגועים. במקביל, חומצות גרעין מיטוכונדריאליות, שהן קבוצה של גנים, עוברות גם הן את שלב השעתוק. בביולוגיה ובגנטיקה, אופי התהליכים הללו עדיין לא ידוע.
אבל העובדה של נוכחותן של מחלות מיטוכונדריאליות אנושיות שעוברות בירושה לצאצאים מאשרת שכפול DNA, שעבורה שעתוק הוא צעד הכרחי. המשמעות היא שתהליך כזה יכול להתרחש במספר מבנים תאיים: באאוקריוטים אלו המיטוכונדריה וגרעין התא, ובפרוקריוטים בציטופלזמה ובפלסמידים.
לוקליזציה של תהליכים ביוסינתטיים
מיקומים שבהם מתרחשים שעתוק ותרגום (בביולוגיה) שונים, מכיוון שסינתזה של מולקולות חלבון פשוט לא יכולה להתרחש בגרעין התא. הרכבת המבנה הראשוני מתרחשת על המנגנון הריבוזומלי של התא, המרוכז בעיקר בציטופלזמה על גבי הממברנה של הרשת האנדופלזמית המחוספסת.
סינתזה בתאים מפותחים מאוד, המובחנים בשיעור גבוה של הרכבה של מולקולות חלבון חדשות, מתרחשת בעיקר על פוליריבוזומים. אבל בתאים חיידקיים ומתמחים מאוד, הביוסינתזה יכולה להתקדם על ריבוזומים שונים בציטופלזמה. לגופים ויראליים אין מנגנון ואברונים סינתטיים משלהם, ולכן מנצלים את המבנים של תאים נגועים.
