Смысловая цепь днк синоним

И транскрипция, и трансляция относятся к матричным биосинтезам. Матричным биосинтезом называется синтез
биополимеров (нуклеиновых кислот, белков) на матрице — нуклеиновой кислоте ДНК или РНК. Процессы матричного биосинтеза относятся к пластическому обмену: клетка расходует энергию АТФ.

Матричный синтез можно представить как создание копии исходной информации на несколько другом или новом
«генетическом языке». Скоро вы все поймете — мы научимся достраивать по одной цепи ДНК другую, переводить РНК в ДНК
и наоборот, синтезировать белок с иРНК на рибосоме. В данной статье вас ждут подробные примеры решения задач, генетический словарик пригодится — перерисуйте его себе

Возьмем 3 абстрактных нуклеотида ДНК (триплет) — АТЦ. На иРНК этим нуклеотидам будут соответствовать — УАГ (кодон иРНК).
тРНК, комплементарная иРНК, будет иметь запись — АУЦ (антикодон тРНК). Три нуклеотида в зависимости от своего расположения
будут называться по-разному: триплет, кодон и антикодон. Обратите на это особое внимание.

Репликация ДНК — удвоение, дупликация (лат. replicatio — возобновление, лат. duplicatio — удвоение)

Процесс синтеза дочерней молекулы ДНК по матрице родительской ДНК. Нуклеотиды достраивает фермент ДНК-полимераза по
принципу комплементарности. Переводя действия данного фермента на наш язык, он следует следующему правилу: А (аденин) переводит в Т (тимин), Г (гуанин) — в Ц (цитозин).

Удвоение ДНК происходит в синтетическом периоде интерфазы. При этом общее число хромосом не меняется, однако каждая из них
содержит к началу деления две молекулы ДНК: это необходимо для равномерного распределения генетического материала между
дочерними клетками.

Транскрипция (лат. transcriptio — переписывание)

Транскрипция представляет собой синтез информационной РНК (иРНК) по матрице ДНК. Несомненно, транскрипция происходит
в соответствии с принципом комплементарности азотистых оснований: А — У, Т — А, Г — Ц, Ц — Г (загляните в «генетический словарик»
выше).

До начала непосредственно транскрипции происходит подготовительный этап: фермент РНК-полимераза узнает особый участок молекулы ДНК — промотор и связывается с ним. После связывания с промотором происходит раскручивание молекулы ДНК, состоящей из двух
цепей: транскрибируемой и смысловой. В процессе транскрипции принимает участие только транскрибируемая цепь ДНК.

Транскрипция осуществляется в несколько этапов:

• Инициация (лат. injicere — вызывать)

Образуется несколько начальных кодонов иРНК.

• Элонгация (лат. elongare — удлинять)

Нити ДНК последовательно расплетаются, освобождая место для передвигающейся РНК-полимеразы. Молекула иРНК
быстро растет.

• Терминация (лат. terminalis — заключительный)

Достигая особого участка цепи ДНК — терминатора, РНК-полимераза получает сигнал к прекращению синтеза иРНК. Транскрипция завершается. Синтезированная иРНК направляется из ядра в цитоплазму.

Трансляция (от лат. translatio — перенос, перемещение)

Куда же отправляется новосинтезированная иРНК в процессе транскрипции? На следующую ступень — в процесс трансляции.
Он заключается в синтезе белка на рибосоме по матрице иРНК. Последовательность кодонов иРНК переводится в последовательность
аминокислот.

Перед процессом трансляции происходит подготовительный этап, на котором аминокислоты присоединяются к соответствующим молекулам тРНК. Трансляцию можно разделить на несколько стадий:

• Инициация

Информационная РНК (иРНК, синоним — мРНК (матричная РНК)) присоединяется к рибосоме, состоящей из двух субъединиц.
Замечу, что вне процесса трансляции субъединицы рибосом находятся в разобранном состоянии.

Первый кодон иРНК, старт-кодон, АУГ оказывается в центре рибосомы, после чего тРНК приносит аминокислоту,
соответствующую кодону АУГ — метионин.

• Элонгация

Рибосома делает шаг, и иРНК продвигается на один кодон: такое в фазу элонгации происходит десятки тысяч раз.
Молекулы тРНК приносят новые аминокислоты, соответствующие кодонам иРНК. Аминокислоты соединяются друг с другом: между ними образуются пептидные связи, молекула белка растет.

Доставка нужных аминокислот осуществляется благодаря точному соответствию 3 нуклеотидов (кодона) иРНК 3 нуклеотидам (антикодону) тРНК. Язык перевода между иРНК и тРНК выглядит как: А (аденин) — У (урацил), Г (гуанин) — Ц (цитозин).
В основе этого также лежит принцип комплементарности.



Движение рибосомы вдоль молекулы иРНК называется транслокация. Нередко в клетке множество рибосом садятся на одну молекулу
иРНК одновременно — образующаяся при этом структура называется полирибосома (полисома). В результате происходит одновременный синтез множества одинаковых белков.



• Терминация

Синтез белка — полипептидной цепи из аминокислот — в определенный момент завершатся. Сигналом к этому служит попадание
в центр рибосомы одного из так называемых стоп-кодонов: УАГ, УГА, УАА. Они относятся к нонсенс-кодонам (бессмысленным), которые не кодируют ни одну аминокислоту. Их функция — завершить синтез белка.

Существует специальная таблица для перевода кодонов иРНК в аминокислоты. Пользоваться ей очень просто, если вы запомните, что
кодон состоит из 3 нуклеотидов. Первый нуклеотид берется из левого вертикального столбика, второй — из верхнего горизонтального,
третий — из правого вертикального столбика. На пересечении всех линий, идущих от них, и находится нужная вам аминокислота

Давайте потренируемся: кодону ЦАЦ соответствует аминокислота Гис, кодону ЦАА — Глн. Попробуйте самостоятельно найти
аминокислоты, которые кодируют кодоны ГЦУ, ААА, УАА.

Кодону ГЦУ соответствует аминокислота — Ала, ААА — Лиз. Напротив кодона УАА в таблице вы должны были обнаружить прочерк:
это один из трех нонсенс-кодонов, завершающих синтез белка.

Примеры решения задачи №1

Без практики теория мертва, так что скорее решим задачи! В первых двух задачах будем пользоваться таблицей генетического кода (по иРНК),
приведенной вверху.

«Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ЦГА-ТГГ-ТЦЦ-ГАЦ. Определите последовательность нуклеотидов
во второй цепочке ДНК, последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны
соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода»

Объяснение:

По принципу комплементарности мы нашли вторую цепочку ДНК: ГЦТ-АЦЦ-АГГ-ЦТГ. Мы использовали следующие правила при нахождении второй нити
ДНК: А-Т, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Вернемся к первой цепочке, и именно от нее пойдем к иРНК: ГЦУ-АЦЦ-АГГ-ЦУГ. Мы использовали следующие правила при переводе ДНК в иРНК:
А-У, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Зная последовательность нуклеотидов иРНК, легко найдем тРНК: ЦГА, УГГ, УЦЦ, ГАЦ. Мы использовали следующие правила перевода иРНК в тРНК:
А-У, У-А, Г-Ц, Ц-Г. Обратите внимание, что антикодоны тРНК мы разделяем запятыми, в отличие кодонов иРНК. Это связано с тем, что
тРНК представляют собой отдельные молекулы (в виде клеверного листа), а не линейную структуру (как ДНК, иРНК).

Пример решения задачи №2

«Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет
следующую последовательность нуклеотидов: ТАГ-ЦАА-АЦГ-ГЦТ-АЦЦ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется
на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону
тРНК»

Обратите свое пристальное внимание на слова «Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой
синтезируется участок центральной петли тРНК «. Эта фраза кардинально меняет ход решения задачи: мы получаем право напрямую и сразу
синтезировать с ДНК фрагмент тРНК — другой подход здесь будет считаться ошибкой.

Итак, синтезируем напрямую с ДНК фрагмент молекулы тРНК: АУЦ-ГУУ-УГЦ-ЦГА-УГГ. Это не отдельные молекулы тРНК (как было
в предыдущей задаче), поэтому не следует разделять их запятой — мы записываем их линейно через тире.

Третий триплет ДНК — АЦГ соответствует антикодону тРНК — УГЦ. Однако мы пользуемся таблицей генетического кода по иРНК,
так что переведем антикодон тРНК — УГЦ в кодон иРНК — АЦГ. Теперь очевидно, что аминокислота кодируемая АЦГ — Тре.

Пример решения задачи №3

Длина фрагмента молекулы ДНК составляет 150 нуклеотидов. Найдите число триплетов ДНК, кодонов иРНК, антикодонов тРНК и
аминокислот, соответствующих данному фрагменту. Известно, что аденин составляет 20% в данном фрагменте (двухцепочечной
молекуле ДНК), найдите содержание в процентах остальных нуклеотидов.

Один триплет ДНК состоит из 3 нуклеотидов, следовательно, 150 нуклеотидов составляют 50 триплетов ДНК (150 / 3). Каждый триплет ДНК
соответствует одному кодону иРНК, который в свою очередь соответствует одному антикодону тРНК — так что их тоже по 50.

По правилу Чаргаффа: количество аденина = количеству тимина, цитозина = гуанина. Аденина 20%, значит и тимина также 20%.
100% — (20%+20%) = 60% — столько приходится на оставшиеся цитозин и гуанин. Поскольку их процент содержания равен, то
на каждый приходится по 30%.

Теперь мы украсили теорию практикой. Что может быть лучше при изучении новой темы?

Свойство цепей нуклеиновых кислот в отношении их трансляции в белок

В молекулярной биологии и genetics, смысл молекулы нуклеиновой кислоты, в частности цепи ДНК или РНК, относится к Природа ролей цепи и ее комплемента в определении последовательности аминокислот. В зависимости от контекста смысл может иметь несколько разные значения. Например, ДНК имеет положительный смысл, если версия РНК той же последовательности транслируется или транслируется в белок, и отрицательный смысл, если нет.

Содержание

• 1 Смысл ДНК
  • 1.1 Антисмысловая ДНК
  • 1.2 Пример с двухцепочечной ДНК
• 2 Ambisense
• 3 Антисмысловая РНК
• 4 Смысл РНК в вирусах
  • 4,1 Положительный -sense
  • 4.2 Негативно-смысловые
• 5 Антисмысловые олигонуклеотиды
• 6 См. также
• 7 Ссылки

Смысл ДНК

Из-за комплементарной природы спаривания оснований между полимерами нуклеиновых кислот, двухцепочечная молекула ДНК будет состоять из двух цепей с последовательностями, которые являются обратными комплементами друг друга. Чтобы помочь молекулярным биологам конкретно идентифицировать каждую нить индивидуально, две нити обычно различают как «смысловую» и «антисмысловую» цепь. Отдельная цепь ДНК называется положительно-смысловой (также положительной (+) или просто смысловой ), если ее нуклеотидная последовательность соответствует непосредственно последовательности РНК транскрипта, которая транслируется или переводится в последовательность из аминокислот (при условии, что любые тиминовые основания в последовательности ДНК заменены основаниями урацила в последовательности РНК). Другая цепь двухцепочечной молекулы ДНК называется отрицательно-смысловой (также отрицательной (-) или антисмысловой ) и обратно комплементарна как положительно-смысловая цепь, так и транскрипт РНК. На самом деле именно антисмысловая цепь используется в качестве матрицы, из которой РНК-полимеразы конструируют транскрипт РНК, но комплементарное спаривание оснований, с помощью которого происходит полимеризация нуклеиновой кислоты, означает, что последовательность транскрипта РНК будет выглядеть идентично к смысловой цепи, кроме использования в транскрипте РНК урацила вместо тимина.

Иногда фразы кодирующая цепь и матричная цепь встречаются соответственно вместо смысловой и антисмысловой, а в контексте двухцепочечной молекулы ДНК — этих терминов по существу эквивалентны. Однако кодирующая / смысловая цепь не всегда должна содержать код, который используется для создания белка; могут быть транскрибированы как кодирующие белок, так и некодирующие РНК.

Термины «смысл» и «антисмысловой» относятся только к конкретному рассматриваемому транскрипту РНК, а не к цепи ДНК в целом. Другими словами, любая цепь ДНК может служить смысловой или антисмысловой цепью. Большинство организмов с достаточно большими геномами используют обе цепи, каждая из которых функционирует как матричная цепь для различных транскриптов РНК в разных местах одной и той же молекулы ДНК. В некоторых случаях транскрипты РНК могут транскрибироваться в обоих направлениях (то есть на любой цепи) из общей области промотора или транскрибироваться из интронов любой цепи (см. «Амбисенс» ниже).

Антисмысловая ДНК

Смысловая цепь ДНК выглядит как транскрипт информационной РНК (мРНК) и, следовательно, может использоваться для считывания ожидаемого кодона последовательность, которая в конечном итоге будет использоваться во время трансляции (синтеза белка) для построения аминокислотной последовательности, а затем белка. Например, последовательность «ATG» в смысловой цепи ДНК соответствует кодону «AUG» в мРНК, который кодирует для аминокислоты метионина. Однако сама смысловая цепь ДНК не используется в качестве матрицы для мРНК; именно антисмысловая цепь ДНК служит источником белкового кода, поскольку с основаниями, комплементарными смысловой цепи ДНК, она используется в качестве матрицы для мРНК. Поскольку транскрипция приводит к продукту РНК, комплементарному матричной цепи ДНК, мРНК комплементарна антисмысловой цепи ДНК.

Схема, показывающая, как антисмысловые цепи ДНК могут мешать трансляции белка

Следовательно, триплет оснований 3′-TAC-5 ‘в антисмысловой цепи ДНК (комплементарный 5′-ATG-3′ смысловой цепи ДНК) используется в качестве матрицы, что приводит к получению триплета оснований 5’-AUG-3 ‘в мРНК. Смысловая цепь ДНК будет иметь триплет ATG, который похож на триплет AUG мРНК, но не будет использоваться для производства метионина, потому что он не будет напрямую использоваться для создания мРНК. Смысловая цепь ДНК называется «смысловой» цепью не потому, что она будет использоваться для производства белка (это не будет), а потому, что она имеет последовательность, которая непосредственно соответствует последовательности кодона РНК. По этой логике сам транскрипт РНК иногда описывается как «смысл».

Пример с двухцепочечной ДНК

цепь ДНК 1: антисмысловая цепь (транскрибируется) → цепь РНК (смысловая)

цепь ДНК 2: смысловая цепь

Некоторые области в двухцепочечной цепи Код молекулы ДНК для генов, которые обычно представляют собой инструкции, определяющие порядок, в котором аминокислоты собираются для образования белков, а также регуляторные последовательности, сайты сплайсинга, некодирующие интроны и другие генные продукты. Чтобы клетка могла использовать эту информацию, одна цепь ДНК служит матрицей для синтеза комплементарной цепи РНК. Транскрибируемая цепь ДНК называется цепочкой-матрицей с антисмысловой последовательностью, а полученный из нее транскрипт мРНК называется смысловой последовательностью (комплемент антисмысловой последовательности). Считается, что нетранскрибируемая цепь ДНК, комплементарная транскрибированной цепи, имеет смысловую последовательность; он имеет ту же смысловую последовательность, что и транскрипт мРНК (хотя Т-основания в ДНК заменены на U-основания в РНК).

3’CGCTATAGCGTTT 5 ‘	антисмысловая цепь ДНК (матрица / некодирующая)	Используется в качестве матрицы для транскрипции.
5’GCGATATCGCAAA 3 ‘	смысловая цепь ДНК (не шаблонная / кодирующая)	Комплементарная матричной цепи.
5’GCGAUAUCGCAAA 3 ‘	смысловой транскрипт мРНК	цепь РНК, которая транскрибируется с некодирующей (матричной / антисмысловой) цепи. Примечание. За исключением того факта, что все тимины теперь являются урацилами (T → U), они комплементарны некодирующей (матричной / антисмысловой) цепи ДНК и идентичны кодирующей (не шаблонной / смысловой) цепи ДНК.
3’CGCUAUAGCGUUU 5 ‘	антисмысловой транскрипт мРНК	цепь РНК, которая транскрибируется с кодирующей (не шаблонной / смысловой) цепи. Примечание. За исключением того факта, что все тимины теперь являются урацилами (T → U), они комплементарны кодирующей (не шаблонной / смысловой) цепи ДНК и идентичны некодирующей (матричной / антисмысловой) цепи ДНК.

Имена, присвоенные каждой нити, на самом деле зависят от того, в каком направлении вы пишете последовательность, содержащую информацию для белков («смысловую» информацию), а не от того, какая нить изображена как «вверху». «или» внизу «(что произвольно). Единственная биологическая информация, которая важна для маркировки цепей, — это относительное расположение концевой 5′-фосфатной группы и концевой 3′-гидроксильной группы (на концах рассматриваемой цепи или последовательности), поскольку эти концы определяют направление транскрипции и перевод. Последовательность, записанная 5′-CGCTAT-3 ‘, эквивалентна последовательности, записанной 3′-TATCGC-5’, если отмечены концы 5 ‘и 3’. Если концы не помечены, принято считать, что обе последовательности написаны в направлении от 5′-к-3 ‘. «Нить Ватсона» относится к верхней нити 5’-3′(5 ‘→ 3′), тогда как «Криковская цепочка» относится к нижней нити 5’-к-3 ‘(3’ ← 5 ‘). И цепи Watson, и цепи Крика могут быть смысловыми или антисмысловыми цепями, в зависимости от конкретного генного продукта, полученного из них.

Например, обозначение «YEL021W», псевдоним гена URA3, используемого в базе данных Национального центра биотехнологической информации (NCBI), означает, что этот ген находится в 21 открытая рамка считывания (ORF) из центромеры левого плеча (L) хромосомы дрожжей (Y) номер V (E), и что цепь, кодирующая экспрессию, представляет собой цепь Уотсона (W). «YKL074C» обозначает 74-ю ORF слева от центромеры хромосомы XI, и что кодирующая цепь является цепью Крика (C). Другой сбивающий с толку термин, относящийся к «плюсовой» и «минусовой» цепям, также широко используется. Независимо от того, является ли цепь смысловой (положительной) или антисмысловой (отрицательной), запросной последовательностью по умолчанию при выравнивании NCBI BLAST является «Плюс».

Ambisense

Одноцепочечный геном, который используется как в положительном, так и в отрицательном смысле, называется ambisense . Некоторые вирусы имеют амбисенсный геном. Буньявирусы имеют три фрагмента одноцепочечной РНК (оцРНК), некоторые из которых содержат участки как с положительным, так и с отрицательным смыслом; аренавирусы также являются оцРНК-вирусами с амбисенсным геномом, поскольку они имеют три фрагмента, которые в основном имеют отрицательный смысл, за исключением части 5′-концов большого и малого сегментов их генома.

Антисмысловая РНК

Последовательность РНК, которая комплементарна эндогенному транскрипту мРНК, иногда называется «антисмысловой РНК ». Другими словами, это некодирующая цепь, комплементарная кодирующей последовательности РНК; это похоже на вирусную РНК с отрицательным смыслом. Когда мРНК образует дуплекс с комплементарной антисмысловой последовательностью РНК, трансляция блокируется. Этот процесс связан с интерференцией РНК. Клетки могут естественным образом продуцировать молекулы антисмысловой РНК, называемые микроРНК, которые взаимодействуют с комплементарными молекулами мРНК и ингибируют их экспрессию. Эта концепция также использовалась в качестве метода молекулярной биологии путем искусственного введения трансгена, кодирующего антисмысловую РНК, чтобы заблокировать экспрессию интересующего гена. Радиоактивно или флуоресцентно меченая антисмысловая РНК может использоваться для демонстрации уровня транскрипции генов в различных типах клеток.

Некоторые альтернативные антисмысловые структурные типы были экспериментально применены в качестве антисмысловой терапии. В США Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) одобрило фосфоротиоатные антисмысловые олигонуклеотиды фомивирсен (Витравен) и мипомерсен (Кинамро) для терапевтического использования у людей..

Смысл РНК в вирусах

В вирусологии термин «смысл» имеет несколько иное значение. Можно сказать, что геном РНК-вируса имеет либо положительный смысл, также известный как «плюс-цепь», либо отрицательный смысл, также известный как «минус-прядь». В большинстве случаев термины «смысл» и «нить» используются взаимозаменяемо, делая такие термины, как «положительная цепь» эквивалентными «положительному значению», и «положительная цепь», эквивалентными «положительному значению». Независимо от того, является ли вирусный геном с положительным или отрицательным смыслом, можно использовать в качестве основы для классификации вирусов.

Положительно-смысловая

-положительная (5 ‘ -to- 3’ ) вирусная РНК означает, что конкретная последовательность вирусной РНК может быть непосредственно транслировал в вирусные белки (например, те, которые необходимы для репликации вируса). Следовательно, в вирусах с положительной РНК геном вирусной РНК можно рассматривать как вирусную мРНК и может немедленно транслироваться клеткой-хозяином. В отличие от РНК с отрицательным смыслом, РНК с положительным смыслом имеет тот же смысл, что и мРНК. Некоторые вирусы (например, Coronaviridae ) имеют геномы с положительным смыслом, которые могут действовать как мРНК и использоваться непосредственно для синтеза белков без помощи комплементарного промежуточного соединения РНК. По этой причине этим вирусам не нужно иметь РНК-полимеразу, упакованную в вирион — РНК-полимераза будет одним из первых белков, продуцируемых клеткой-хозяином, поскольку она необходимо для репликации генома вируса.

Вирусная РНК с отрицательным смыслом

Вирусная РНК с отрицательным смыслом (3′-к-5 ‘) комплементарна вирусной мРНК, поэтому РНК с положительным смыслом должна производиться РНК-зависимая РНК-полимераза от него до трансляции. Подобно ДНК, РНК с отрицательным смыслом имеет нуклеотидную последовательность, комплементарную кодируемой ею мРНК; также как и ДНК, эта РНК не может быть напрямую транслирована в белок. Вместо этого его сначала необходимо транскрибировать в РНК с положительным смыслом, которая действует как мРНК. Некоторые вирусы (например, вирусы гриппа ) имеют геномы с отрицательным смыслом и поэтому должны нести РНК-полимеразу внутри вириона.

Антисмысловые олигонуклеотиды

Подавление гена может быть достигнуто путем введения в клетки короткого «антисмыслового олигонуклеотида», комплементарного РНК-мишени. Этот эксперимент был впервые проведен Замечником и Стивенсоном в 1978 году и продолжает оставаться полезным подходом как для лабораторных экспериментов, так и, возможно, для клинического применения (антисмысловая терапия ). Некоторые вирусы, такие как вирусы гриппа, респираторно-синцитиальный вирус (RSV) и коронавирус SARS (SARS-CoV), были нацелены на использование антисмысловых олигонуклеотидов для подавления их репликации в клетках-хозяевах.

Если антисмысловой олигонуклеотид содержит участок ДНК или имитатор ДНК (фосфоротиоатная ДНК, 2’F-ANA или другие), он может рекрутировать РНКазу H для разложения целевой РНК. Это делает механизм сайленсинга генов каталитическим. Двухцепочечная РНК может также действовать как каталитический фермент-зависимый антисмысловой агент через путь RNAi / siRNA, включая распознавание целевой мРНК посредством спаривания смысловой и антисмысловой цепей с последующей деградацией целевой мРНК с помощью РНК-индуцированного комплекса сайленсинга (RISC). Система плазмиды R1 hok / sok представляет собой еще один пример процесса фермент-зависимой антисмысловой регуляции посредством ферментативной деградации образовавшегося дуплекса РНК.

Другие антисмысловые механизмы не зависят от ферментов, но включают стерическое блокирование их РНК-мишени (например, для предотвращения трансляции или для индукции альтернативного сплайсинга). В антисмысловых механизмах стерического блокирования часто используются сильно модифицированные олигонуклеотиды. Поскольку нет необходимости в распознавании РНКазы H, это может включать химические соединения, такие как 2′-O-алкил, пептидная нуклеиновая кислота (PNA), заблокированная нуклеиновая кислота (LNA) и Морфолино олигомеры.

См. Также

• Антисмысловая терапия
• Направленность (молекулярная биология)
• Таблица кодонов ДНК
• РНК-вирус
• Транскрипция
• Трансляция
• Репликация вируса

Ссылки

В области молекулярной биологии и генетики , то смысл из нуклеиновой кислоты молекулы, в частности , в виде нити ДНК или РНК , относится к характеру роли нити и ее комплементом в указании последовательности аминокислот . В зависимости от контекста смысл может иметь несколько разные значения. Например, отрицательно-смысловая цепь ДНК эквивалентна матричной цепи, тогда как положительно-смысловая цепь — нематричная цепь, нуклеотидная последовательность которой эквивалентна последовательности транскрипта мРНК.

Чувство ДНК

Из-за комплементарного характера образования пар оснований между полимерами нуклеиновых кислот двухцепочечная молекула ДНК будет состоять из двух цепей с последовательностями, которые являются обратными комплементами друг друга. Чтобы помочь молекулярным биологам конкретно идентифицировать каждую нить индивидуально, две нити обычно различают как «смысловую» цепь и «антисмысловую» цепь. Отдельная цепь ДНК называется положительно-смысловой (также положительной (+) или просто смысловой ), если ее нуклеотидная последовательность напрямую соответствует последовательности транскрипта РНК, который транслируется или переводится в последовательность аминокислот (при условии, что любая основания тимина в последовательности ДНК заменены основаниями урацила в последовательности РНК). Другая цепь двухцепочечной молекулы ДНК называется отрицательно-смысловой (также отрицательной (-) или антисмысловой ) и является обратно комплементарной как положительно-смысловой цепи, так и транскрипту РНК. На самом деле именно антисмысловая цепь используется в качестве матрицы, из которой РНК-полимеразы конструируют транскрипт РНК, но комплементарное спаривание оснований, с помощью которого происходит полимеризация нуклеиновой кислоты, означает, что последовательность транскрипта РНК будет выглядеть идентичной смысловой цепи, за исключением от использования транскрипта РНК урацила вместо тимина.

Иногда вместо смыслового и антисмыслового словосочетания « кодирующая цепь» и « матричная цепь» встречаются, соответственно, и в контексте двухцепочечной молекулы ДНК использование этих терминов по существу эквивалентно. Однако кодирующая / смысловая цепь не всегда должна содержать код, который используется для создания белка; могут транскрибироваться как кодирующие белок, так и некодирующие РНК .

Термины «смысл» и «антисмысловой» относятся только к конкретному рассматриваемому транскрипту РНК, а не к цепи ДНК в целом. Другими словами, любая цепь ДНК может служить смысловой или антисмысловой цепью. Большинство организмов с достаточно большими геномами используют обе цепи, каждая из которых функционирует как матричная цепь для разных транскриптов РНК в разных местах одной и той же молекулы ДНК. В некоторых случаях транскрипты РНК могут транскрибироваться в обоих направлениях (т.е. на любой цепи) из общей промоторной области или транскрибироваться из интронов на любой цепи (см. «Амбисенс» ниже).

Антисмысловая ДНК

Смысловая цепь ДНК выглядит как транскрипт информационной РНК (мРНК) и поэтому может использоваться для считывания ожидаемой кодоновой последовательности, которая в конечном итоге будет использоваться во время трансляции (синтеза белка) для построения аминокислотной последовательности, а затем белка. Например, последовательность «ATG» в смысловой цепи ДНК соответствует кодону «AUG» в мРНК, который кодирует аминокислоту метионин . Однако сама смысловая цепь ДНК не используется в качестве матрицы для мРНК; именно антисмысловая цепь ДНК служит источником белкового кода, поскольку с основаниями, комплементарными смысловой цепи ДНК, она используется в качестве матрицы для мРНК. Поскольку в результате транскрипции образуется продукт РНК, комплементарный цепи матрицы ДНК, мРНК комплементарна антисмысловой цепи ДНК.

Следовательно, триплет оснований 3′-TAC-5 ‘в антисмысловой цепи ДНК (комплементарный 5′-ATG-3′ смысловой цепи ДНК) используется в качестве матрицы, что приводит к 5’-AUG-3 ‘ триплет оснований в мРНК. Смысловая цепь ДНК будет иметь триплет ATG, который похож на триплет мРНК AUG, но не будет использоваться для производства метионина, потому что он не будет использоваться напрямую для создания мРНК. Смысловая цепь ДНК называется «смысловой» цепью не потому, что она будет использоваться для производства белка (это не будет), а потому, что она имеет последовательность, которая непосредственно соответствует последовательности кодона РНК. По этой логике сам транскрипт РНК иногда называют «смысловым».

Пример с двухцепочечной ДНК

Цепь ДНК 1: антисмысловая цепь (транскрибируется) → цепь РНК (смысловая)

Нить ДНК 2: смысловая цепь

Некоторые области внутри двухцепочечной молекулы ДНК кодируют гены , которые обычно представляют собой инструкции, определяющие порядок, в котором аминокислоты собираются для образования белков, а также регуляторные последовательности, сайты сплайсинга , некодирующие интроны и другие генные продукты . Чтобы клетка могла использовать эту информацию, одна цепь ДНК служит шаблоном для синтеза комплементарной цепи РНК . Транскрибируемая цепь ДНК называется цепочкой-матрицей с антисмысловой последовательностью, а полученный из нее транскрипт мРНК называется смысловой последовательностью (комплемент антисмысловой последовательности). Также говорят, что нетранскрибируемая цепь ДНК, комплементарная транскрибированной цепи, имеет смысловую последовательность; он имеет ту же смысловую последовательность, что и транскрипт мРНК (хотя Т-основания в ДНК заменены на U-основания в РНК).

3′CGCTATAGCGTTT 5 ′	Антисмысловая цепь ДНК (матричная / некодирующая)	Используется как шаблон для транскрипции.
5′GCGATATCGCAAA 3 ′	Смысловая цепь ДНК (не шаблонная / кодирующая)	Дополняет прядь шаблона.
5′GCGAUAUCGCAAA 3 ′	смысловой транскрипт мРНК	Нить РНК, которая транскрибируется с некодирующей (матричной / антисмысловой) цепи. Примечание 1. За исключением того факта, что все тимины теперь являются урацилами ( T → U ), они комплементарны некодирующей (матричной / антисмысловой) цепи ДНК и идентичны кодирующей (не шаблонной / смысловой) цепи ДНК.
3′CGCUAUAGCGUUU 5 ′	антисмысловой транскрипт мРНК	Нить РНК, которая транскрибируется с кодирующей (не шаблонной / смысловой) цепи. Примечание. За исключением того факта, что все тимины теперь являются урацилами ( T → U ), они комплементарны кодирующей (не шаблонной / смысловой) цепи ДНК и идентичны некодирующей (матричной / антисмысловой) цепи ДНК.

Имена, присвоенные каждой нити, фактически зависят от того, в каком направлении вы пишете последовательность, содержащую информацию для белков («смысловую» информацию), а не от того, какая нить изображена как «вверху» или «внизу» (что произвольно). Единственная биологическая информация, которая важна для маркировки цепей, — это относительное расположение концевой 5′-фосфатной группы и концевой 3′-гидроксильной группы (на концах рассматриваемой цепи или последовательности), поскольку эти концы определяют направление транскрипции и перевод. Последовательность, записанная 5′-CGCTAT-3 ‘, эквивалентна последовательности, записанной 3′-TATCGC-5’, если отмечены концы 5 ‘и 3’. Если концы не помечены, предполагается, что обе последовательности написаны в направлении от 5′-к-3 ‘. «Нить Ватсона» относится к верхней нити от 5’-к-3′(5 ‘→ 3′), тогда как «Криковская цепь» относится к нижней нити от 5’-к-3 ‘(3’ ← 5 ‘). И цепи Watson, и цепи Крика могут быть смысловыми или антисмысловыми цепями в зависимости от конкретного генного продукта, полученного из них.

Например, обозначение «YEL021W», псевдоним гена URA3, используемого в базе данных Национального центра биотехнологической информации (NCBI), означает, что этот ген находится в 21-й открытой рамке считывания (ORF) от центромеры левой руки ( L) хромосомы дрожжей (Y) с номером V (E), и что цепь, кодирующая экспрессию, представляет собой цепь Ватсона (W). «YKL074C» обозначает 74-ю ORF слева от центромеры хромосомы XI, и что кодирующая цепь является цепью Крика (C). Другой сбивающий с толку термин, относящийся к «плюсовой» и «минусовой» цепям, также широко используется. Независимо от того, является ли цепь смысловой (положительной) или антисмысловой (отрицательной), запросной последовательностью по умолчанию при выравнивании NCBI BLAST является «Плюсовая» цепь.

Амбисенс

Одноцепочечный геном, который используется как в положительном, так и в отрицательном смысле, называется амбисенсом . Некоторые вирусы имеют амбисенсный геном. Буньявирусы имеют три фрагмента одноцепочечной РНК (оцРНК), некоторые из которых содержат участки как с положительным, так и с отрицательным смыслом; аренавирусы также являются оцРНК-вирусами с амбисенсным геномом, поскольку они имеют три фрагмента, которые в основном имеют отрицательный смысл, за исключением части 5′-концов большого и малого сегментов их генома.

Антисмысловая РНК

Последовательность РНК, комплементарная транскрипту эндогенной мРНК, иногда называют « антисмысловой РНК ». Другими словами, это некодирующая цепь, комплементарная кодирующей последовательности РНК; это похоже на вирусную РНК с отрицательным смыслом. Когда мРНК образует дуплекс с комплементарной антисмысловой последовательностью РНК, трансляция блокируется. Этот процесс связан с интерференцией РНК . Клетки могут естественным образом производить антисмысловые молекулы РНК, называемые микроРНК , которые взаимодействуют с комплементарными молекулами мРНК и подавляют их экспрессию . Эта концепция также использовалась в качестве метода молекулярной биологии путем искусственного введения трансгена, кодирующего антисмысловую РНК, чтобы заблокировать экспрессию интересующего гена. Радиоактивно или флуоресцентно меченая антисмысловая РНК может использоваться для демонстрации уровня транскрипции генов в различных типах клеток.

Некоторые альтернативные антисмысловые структурные типы были экспериментально применены в качестве антисмысловой терапии . В Соединенных Штатах Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) одобрило фосфоротиоатные антисмысловые олигонуклеотиды фомивирсен (Витравен) и мипомерсен (Кинамро) для терапевтического использования у человека.

Смысл РНК в вирусах

В вирусологии термин «смысл» имеет несколько иное значение. Можно сказать, что геном РНК-вируса имеет положительный смысл , также известный как «плюс-цепь», или отрицательный смысл , также известный как «минус-цепь». В большинстве случаев термины «смысл» и «нить» используются взаимозаменяемо, делая такие термины, как «положительная цепь» эквивалентными «положительному значению», и «положительная цепь», эквивалентными «положительному значению». Независимо от того, является ли вирусный геном положительным или отрицательным, можно использовать в качестве основы для классификации вирусов.

Позитивный смысл

Положительно чувство ( 5 ‘ -До- 3’ ) вирусных РНК означает , что конкретная последовательность вирусной РНК может быть непосредственно переведены в вирусные белки (например, те , которые необходимы для репликации вируса). Следовательно, в вирусах с положительной РНК геном вирусной РНК можно рассматривать как вирусную мРНК и может немедленно транслироваться клеткой-хозяином. В отличие от РНК с отрицательным смыслом, РНК с положительным смыслом имеет тот же смысл, что и мРНК. Некоторые вирусы (например, Coronaviridae ) имеют геномы с положительным смыслом, которые могут действовать как мРНК и использоваться непосредственно для синтеза белков без помощи дополнительных промежуточных РНК. Из-за этого этим вирусам не нужно иметь РНК-полимеразу, упакованную в вирион — РНК-полимераза будет одним из первых белков, продуцируемых клеткой-хозяином, поскольку она необходима для репликации генома вируса.

Отрицательный смысл

Вирусная РНК с отрицательным смыслом (3′-к-5 ‘) комплементарна вирусной мРНК, таким образом, РНК-зависимая РНК-полимераза должна продуцировать из нее РНК-зависимую РНК-полимеразу до трансляции. Подобно ДНК, отрицательно-смысловая РНК имеет нуклеотидную последовательность, комплементарную мРНК, которую она кодирует; также как и ДНК, эта РНК не может быть напрямую транслирована в белок. Вместо этого его сначала необходимо транскрибировать в РНК с положительным смыслом, которая действует как мРНК. Некоторые вирусы (например, вирусы гриппа ) имеют негативный смысл генома и поэтому должны нести РНК-полимеразу внутри вириона.

Антисмысловые олигонуклеотиды

Молчание генов может быть достигнуто путем введения в клетки короткого «антисмыслового олигонуклеотида», комплементарного РНК-мишени. Этот эксперимент был впервые проведен Замечником и Стивенсоном в 1978 году и продолжает оставаться полезным подходом как для лабораторных экспериментов, так и, возможно, для клинического применения ( антисмысловая терапия ). Некоторые вирусы, такие как вирусы гриппа, респираторно-синцитиальный вирус (RSV) и коронавирус SARS (SARS-CoV), были нацелены на использование антисмысловых олигонуклеотидов для подавления их репликации в клетках-хозяевах.

Если антисмысловой олигонуклеотид содержит участок ДНК или имитатор ДНК (фосфоротиоатная ДНК, 2’F-ANA или другие), он может рекрутировать РНКазу H для разрушения целевой РНК. Это делает механизм сайленсинга генов каталитическим. Двухцепочечная РНК может также действовать как каталитический фермент-зависимый антисмысловой агент через путь РНКи / миРНК , включая распознавание целевой мРНК посредством спаривания смысловой и антисмысловой цепей с последующей деградацией целевой мРНК с помощью РНК-индуцированного комплекса сайленсинга (RISC). Система hok / sok плазмиды R1 представляет собой еще один пример фермент-зависимого процесса антисмысловой регуляции посредством ферментативной деградации образующегося дуплекса РНК.

Другие антисмысловые механизмы не зависят от ферментов, но включают стерическое блокирование их РНК-мишени (например, для предотвращения трансляции или для индукции альтернативного сплайсинга). В антисмысловых механизмах стерического блокирования часто используются сильно модифицированные олигонуклеотиды. Поскольку нет необходимости в распознавании РНКазы H, это может включать химические соединения, такие как 2′-O-алкил, пептидная нуклеиновая кислота (PNA), заблокированная нуклеиновая кислота (LNA) и олигомеры морфолино .

Смотрите также

• Антисмысловая терапия
• Направленность (молекулярная биология)
• Таблица кодонов ДНК
• РНК-вирус
• Транскрипция (генетика)
• Перевод (генетика)
• Вирусная репликация

использованная литература

Структуры гена

Разница между смысловой и антисмысловой цепью

Содержание

• Ключевое различие — смысл против антисмысловой нити
   
• Что такое Sense Strand?
• Что такое антисмысловая нить?
• В чем разница между Sense и Antisense Strand?

Ключевое различие — смысл против антисмысловой нити
 

Молекулы ДНК обладают всей генетической информацией, необходимой для роста и поддержания организма. ДНК — это первичная единица наследственности большинства организмов. ДНК представляет собой сложную молекулу, состоящую из четырех нуклеотидов, а именно; аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T). Последовательности этих оснований определяют инструкции в геноме. Молекула ДНК состоит из двух цепей. Наряду с фосфатной группой и сахарной группой дезоксирибозы (все вместе называемой основой ДНК), двухцепочечная молекула ДНК образует свою уникальную форму; двойная спираль. Форма формируется путем наматывания этих двух противоположно параллельных нитей, одна от 5 до 3 футов, а другая от 3 до 5 футов. Две нити скреплены водородными связями. Эти две нити названы в зависимости от того, как они служат в процессе транскрипции. Транскрипция — это первый этап производства белка, когда информация в определенном сегменте ДНК копируется в новую молекулу мРНК (мессенджер-РНК) в присутствии фермента РНК-полимеразы. Во время транскрипции одна цепь ДНК активно участвует в качестве матрицы, которая называется антисмысловой цепью или цепью матрицы. Другая комплементарная цепь называется смысловой цепью или кодирующей цепью. В ключевое отличие в том, что в отличие от антисмысловой цепи, смысловая цепь не используется в процессе транскрипции. В этой статье обсуждается разница между смысловыми и антисмысловыми цепями ДНК.

Что такое Sense Strand?

Смысловая цепь — это цепь ДНК, которая не используется в качестве матрицы в процессе транскрипции. Но полученная молекула РНК в точности идентична смысловой цепи, за исключением присутствия урацила (U) вместо тимина (T). Смысловая цепь содержит кодоны.

Что такое антисмысловая нить?

Антисмысловая цепь — это матричная цепь, используемая в процессе транскрипции. Полученная мРНК и смысловая цепь комплементарны этой цепи. Эта цепь содержит антикодоны.

В чем разница между Sense и Antisense Strand?

Во время транскрипции:

Смысловая нить: Нуклеотиды не связаны со смысловой цепью

Антисмысловая нить: Нуклеотиды связаны с антисмысловой цепью водородными связями.

Базовые последовательности:

Смысловая нить: Последовательности оснований смысловой цепи равны новой транскрибированной РНК

Антисмысловая нить: Последовательности оснований антисмысловой цепи комплементарны новой транскрибируемой РНК.

Изображение предоставлено:

1. Транскрипция ДНК, сделанная Dovelike (собственная работа) [CC BY-SA 3.0], через Wikimedia Commons

2. Олигонуклеотид антисмысловой ДНК Автор Robinson R — RNAi Therapeutics: насколько вероятно, как скоро? Робинсон Р. Биология PLoS Vol. 2, No. 1, e28 doi: 10.1371 / journal.pbio.0020028 [CC BY 2.5] через Wikimedia Commons

Разница между смысловой цепью ДНК и антисмысловой цепью ДНК

Содержание

• Главное отличие
• Что такое смысловая цепь ДНК?
• Что такое антисмысловая цепь ДНК?
• Ключевые отличия

Главное отличие

Молекула ДНК представляет собой нить с двойной спиралью, которая, кроме того, охватывает гистоны. Смысл и антисмысл являются двумя нитями ДНК. Основное между смыслом и антисмыслом, в основном, полностью основано на транскрипции или на цепи, которая служит матрицей для мРНК, одна из цепей называется смысловой, тогда как альтернативная называется антисмысловой.

Что такое смысловая цепь ДНК?

Смысловая цепь ДНК имеет эквивалентную последовательность оснований в результате мРНК. Но у него есть тимин как альтернатива урацилу. Эта нить называется кодирующей нитью плюс нить или не шаблонная нить. Урацил присутствует в РНК как альтернатива тимину, который присутствует в ДНК. Более того, он имеет родственную последовательность оснований в виде тРНК. На самом деле он простирается от 5 праймеров до нескольких праймеров и дополняет антисмысловую цепь. Эта цепь подвергается трансляции, и моментом, когда конечным результатом этого курса является РНК-транскрипт. Транслированный белок может быть унаследован этой цепью, и это одна из причин, почему мРНК целесообразна с генетическим кодом. Большая часть событий эукариотической РНК подвергается дополнительному усилению раньше, чем трансляция в белки, при этом ход интронов уничтожается и на одном конце добавляется метилированный гуанин. Дополнительный поли-A-хвост добавляется к альтернативному концу, и мы задаем интервал времени для этого сплайсинга.

Что такое антисмысловая цепь ДНК?

Шаблонная цепь, которая транскрибируется, называется антисмысловой цепью ДНК. Эта цепь будет называться минусовой, некодирующей или шаблонной. Это комплементарная цепь к смысловой цепи и мРНК. Урацил присутствует в РНК как альтернатива тимину. Эта цепь несет знания, которые важны для производства белков путем связывания с соответствующей мРНК. Эти нити одинаковы, и только эти нити дают знания для синтеза белка. Он транскрибируется не так, как смысловая цепь, и не имеет эквивалентной последовательности оснований, как тРНК.

Ключевые отличия

1. Смысловая цепь представляет собой кодирующую цепь, тогда как антисмысловая цепь не кодирует.
2. Смысловая цепь аналогична мРНК, тем не менее тимин в ДНК модифицирован урацилом в РНК. С другой стороны, антисмысловая цепь действует как матрица для синтеза РНК.
3. Смысловая цепь имеет кодоны, а антисмысловая цепь имеет некодоны.
4. В смысле цепь нуклеотидов связана посредством водородной связи через транскрипцию, тем не менее, в случае антисмысловой цепи ничего подобного не происходит.
5. Смысловая цепь не имела бы связанной последовательности, как мРНК, тем не менее, антисмысловая цепь имеет.
6. Смысловая цепь имеет связанную базовую последовательность, поскольку тРНК, тем не менее, не имеет антисмысловой последовательности.

Разница между смысловой и антисмысловой цепью ДНК

| 11 октября, 2021 | Биология

Главное отличие

Молекула ДНК представляет собой двойную спираль, которая, кроме того, охватывает гистоны. Смысловая и антисмысловая составляющие — две нити ДНК. Прежде всего, между смысловой и антисмысловой, в первую очередь полностью основывается на транскрипции или на цепи, которая служит матрицей для мРНК, одна из цепей называется смысловой, тогда как альтернативная называется антисмысловой.

Что такое смысловая цепь ДНК?

Смысловая цепь ДНК имеет эквивалентную последовательность оснований в результате мРНК. Но у него есть тимин как альтернатива урацилу. Эта цепь называется кодирующей цепью, плюс цепью или цепью, не являющейся матрицей. Урацил присутствует в РНК как альтернатива тимину, присутствующему в ДНК. Более того, у него есть родственная последовательность оснований как тРНК. Фактически он проходит от 5 до нескольких праймеров и комплементарен антисмысловой цепи. Эта цепь подвергается трансляции, и конечным результатом этого процесса является транскрипт РНК. Транслируемый белок может быть унаследован этой цепью, и это одна из причин, почему мРНК хорошо сочетается с генетическим кодом. Большинство событий эукариотической РНК подвергается дополнительному усилению раньше, чем транслируется в белки, на этом курсе интроны уничтожаются, и на одном конце добавляется метилированный гуанин.

РЕКЛАМНОЕ ОБЪЯВЛЕНИЕ

ПРОДОЛЖИТЬ ЧТЕНИЕ НИЖЕ

Что такое антисмысловая цепь ДНК?

Транскрибируемая цепь матрицы называется антисмысловой цепью ДНК. Эта цепь будет называться минус-цепью, некодирующей цепью или цепью-шаблоном. Это комплементарная цепь смысловой цепи и мРНК. Урацил присутствует в РНК как альтернатива тимину. Эта цепь несет информацию, которая важна для производства белков путем связывания с соответствующей мРНК. Эти нити похожи друг на друга, и только они могут дать знания о синтезе белка. Он транскрибируется не так, как смысловая цепь, и у него не будет эквивалентной последовательности оснований, как у тРНК.

Ключевые отличия

1. Смысловая цепь является кодирующей цепью, тогда как антисмысловая цепь не кодирует.
2. Смысловая цепь аналогична мРНК, однако тимин в ДНК модифицируется урацилом в РНК. С другой стороны, антисмысловая цепь действует как матрица для синтеза РНК.
3. Смысловая цепь имеет кодоны, а антисмысловая цепь не содержит кодонов.
4. В смысловой цепи нуклеотиды связаны водородными связями на протяжении всей транскрипции, однако в случае антисмысловой цепи ничего подобного не происходит.
5. Смысловая цепь не будет иметь связанной последовательности, как мРНК, тем не менее, антисмысловая цепь.
6. Смысловая цепь имеет родственную последовательность оснований, как тРНК, тем не менее, антисмысловая не имеет.

From Wikipedia, the free encyclopedia

In molecular biology and genetics, the sense of a nucleic acid molecule, particularly of a strand of DNA or RNA, refers to the nature of the roles of the strand and its complement in specifying a sequence of amino acids.^{[citation needed]} Depending on the context, sense may have slightly different meanings. For example, negative-sense strand of DNA is equivalent to the template strand, whereas the positive-sense strand is the non-template strand whose nucleotide sequence is equivalent to the sequence of the mRNA transcript.

DNA sense[edit]

Because of the complementary nature of base-pairing between nucleic acid polymers, a double-stranded DNA molecule will be composed of two strands with sequences that are reverse complements of each other. To help molecular biologists specifically identify each strand individually, the two strands are usually differentiated as the «sense» strand and the «antisense» strand. An individual strand of DNA is referred to as positive-sense (also positive (+) or simply sense) if its nucleotide sequence corresponds directly to the sequence of an RNA transcript which is translated or translatable into a sequence of amino acids (provided that any thymine bases in the DNA sequence are replaced with uracil bases in the RNA sequence). The other strand of the double-stranded DNA molecule is referred to as negative-sense (also negative (−) or antisense), and is reverse complementary to both the positive-sense strand and the RNA transcript. It is actually the antisense strand that is used as the template from which RNA polymerases construct the RNA transcript, but the complementary base-pairing by which nucleic acid polymerization occurs means that the sequence of the RNA transcript will look identical to the positive-sense strand, apart from the RNA transcript’s use of uracil instead of thymine.

Sometimes the phrases coding strand and template strand are encountered in place of sense and antisense, respectively, and in the context of a double-stranded DNA molecule the usage of these terms is essentially equivalent. However, the coding/sense strand need not always contain a code that is used to make a protein; both protein-coding and non-coding RNAs may be transcribed.

The terms «sense» and «antisense» are relative only to the particular RNA transcript in question, and not to the DNA strand as a whole. In other words, either DNA strand can serve as the sense or antisense strand. Most organisms with sufficiently large genomes make use of both strands, with each strand functioning as the template strand for different RNA transcripts in different places along the same DNA molecule. In some cases, RNA transcripts can be transcribed in both directions (i.e. on either strand) from a common promoter region, or be transcribed from within introns on either strand (see «ambisense» below).^[1][2][3]

Sense DNA[edit]

The DNA sense strand looks like the messenger RNA (mRNA) transcript, and can therefore be used to read the expected codon sequence that will ultimately be used during translation (protein synthesis) to build an amino acid sequence and then a protein. For example, the sequence «ATG» within a DNA sense strand corresponds to an «AUG» codon in the mRNA, which codes for the amino acid methionine. However, the DNA sense strand itself is not used as the template for the mRNA; it is the DNA antisense strand that serves as the source for the protein code, because, with bases complementary to the DNA sense strand, it is used as a template for the mRNA. Since transcription results in an RNA product complementary to the DNA template strand, the mRNA is complementary to the DNA antisense strand.

Hence, a base triplet 3′-TAC-5′ in the DNA antisense strand (complementary to the 5′-ATG-3′ of the DNA sense strand) is used as the template which results in a 5′-AUG-3′ base triplet in the mRNA. The DNA sense strand will have the triplet ATG, which looks similar to the mRNA triplet AUG but will not be used to make methionine because it will not be directly used to make mRNA. The DNA sense strand is called a «sense» strand not because it will be used to make protein (it won’t be), but because it has a sequence that corresponds directly to the RNA codon sequence. By this logic, the RNA transcript itself is sometimes described as «sense».

Example with double-stranded DNA[edit]

DNA strand 1: antisense strand (transcribed to) → RNA strand (sense)

DNA strand 2: sense strand

Some regions within a double-stranded DNA molecule code for genes, which are usually instructions specifying the order in which amino acids are assembled to make proteins, as well as regulatory sequences, splicing sites, non-coding introns, and other gene products. For a cell to use this information, one strand of the DNA serves as a template for the synthesis of a complementary strand of RNA. The transcribed DNA strand is called the template strand, with antisense sequence, and the mRNA transcript produced from it is said to be sense sequence (the complement of antisense). The untranscribed DNA strand, complementary to the transcribed strand, is also said to have sense sequence; it has the same sense sequence as the mRNA transcript (though T bases in DNA are substituted with U bases in RNA).

3′CGCTATAGCGTTT 5′	DNA antisense strand (template/noncoding)	Used as a template for transcription.
5′GCGATATCGCAAA 3′	DNA sense strand (nontemplate/coding)	Complementary to the template strand.
5′GCGAUAUCGCAAA 3′	mRNA sense transcript	RNA strand that is transcribed from the noncoding (template/antisense) strand. Note1: Except for the fact that all thymines are now uracils (T → U), it is complementary to the noncoding (template/antisense) DNA strand and identical to the coding (nontemplate/sense) DNA strand.
3′CGCUAUAGCGUUU 5′	mRNA antisense transcript	RNA strand that is transcribed from the coding (nontemplate/sense) strand. Note: Except for the fact that all thymines are now uracils (T → U), it is complementary to the coding (nontemplate/sense) DNA strand and identical to the noncoding (template/antisense) DNA strand.

The names assigned to each strand actually depend on which direction you are writing the sequence that contains the information for proteins (the «sense» information), not on which strand is depicted as «on the top» or «on the bottom» (which is arbitrary). The only biological information that is important for labeling strands is the relative locations of the terminal 5′ phosphate group and the terminal 3′ hydroxyl group (at the ends of the strand or sequence in question), because these ends determine the direction of transcription and translation. A sequence written 5′-CGCTAT-3′ is equivalent to a sequence written 3′-TATCGC-5′ as long as the 5′ and 3′ ends are noted. If the ends are not labeled, convention is to assume that both sequences are written in the 5′-to-3′ direction. The «Watson strand» refers to 5′-to-3′ top strand (5′→3′), whereas the «Crick strand» refers to the 5′-to-3′ bottom strand (3′←5′).^[4] Both Watson and Crick strands can be either sense or antisense strands depending on the specific gene product made from them.

For example, the notation «YEL021W», an alias of the URA3 gene used in the National Center for Biotechnology Information (NCBI) database, denotes that this gene is in the 21st open reading frame (ORF) from the centromere of the left arm (L) of Yeast (Y) chromosome number V (E), and that the expression coding strand is the Watson strand (W). «YKL074C» denotes the 74th ORF to the left of the centromere of chromosome XI and that the coding strand is the Crick strand (C). Another confusing term referring to «Plus» and «Minus» strand is also widely used. Whether the strand is sense (positive) or antisense (negative), the default query sequence in NCBI BLAST alignment is «Plus» strand.

Ambisense[edit]

A single-stranded genome that is used in both positive-sense and negative-sense capacities is said to be ambisense. Some viruses have ambisense genomes. Bunyaviruses have three single-stranded RNA (ssRNA) fragments, some of them containing both positive-sense and negative-sense sections; arenaviruses are also ssRNA viruses with an ambisense genome, as they have three fragments that are mainly negative-sense except for part of the 5′ ends of the large and small segments of their genome.

Antisense RNA[edit]

An RNA sequence that is complementary to an endogenous mRNA transcript is sometimes called «antisense RNA». In other words, it is a non-coding strand complementary to the coding sequence of RNA; this is similar to negative-sense viral RNA. When mRNA forms a duplex with a complementary antisense RNA sequence, translation is blocked. This process is related to RNA interference. Cells can produce antisense RNA molecules naturally, called microRNAs, which interact with complementary mRNA molecules and inhibit their expression. The concept has also been exploited as a molecular biology technique, by artificially introducing a transgene coding for antisense RNA in order to block the expression of a gene of interest. Radioactively or fluorescently labelled antisense RNA can be used to show the level of transcription of genes in various cell types.

Some alternative antisense structural types have been experimentally applied as antisense therapy. In the United States, the Food and Drug Administration (FDA) has approved the phosphorothioate antisense oligonucleotides fomivirsen (Vitravene)^[5] and mipomersen (Kynamro)^[6] for human therapeutic use.

RNA sense in viruses[edit]

In virology, the term «sense» has a slightly different meaning. The genome of an RNA virus can be said to be either positive-sense, also known as a «plus-strand», or negative-sense, also known as a «minus-strand». In most cases, the terms «sense» and «strand» are used interchangeably, making terms such as «positive-strand» equivalent to «positive-sense», and «plus-strand» equivalent to «plus-sense». Whether a viral genome is positive-sense or negative-sense can be used as a basis for classifying viruses.

Positive-sense[edit]

Positive-sense (5′-to-3′) viral RNA signifies that a particular viral RNA sequence may be directly translated into viral proteins (e.g., those needed for viral replication). Therefore, in positive-sense RNA viruses, the viral RNA genome can be considered viral mRNA, and can be immediately translated by the host cell. Unlike negative-sense RNA, positive-sense RNA is of the same sense as mRNA. Some viruses (e.g. Coronaviridae) have positive-sense genomes that can act as mRNA and be used directly to synthesize proteins without the help of a complementary RNA intermediate. Because of this, these viruses do not need to have an RNA polymerase packaged into the virion—the RNA polymerase will be one of the first proteins produced by the host cell, since it is needed in order for the virus’s genome to be replicated.

Negative-sense[edit]

Negative-sense (3′-to-5′) viral RNA is complementary to the viral mRNA, thus a positive-sense RNA must be produced by an RNA-dependent RNA polymerase from it prior to translation. Like DNA, negative-sense RNA has a nucleotide sequence complementary to the mRNA that it encodes; also like DNA, this RNA cannot be translated into protein directly. Instead, it must first be transcribed into a positive-sense RNA that acts as an mRNA. Some viruses (e.g. influenza viruses) have negative-sense genomes and so must carry an RNA polymerase inside the virion.

Antisense oligonucleotides[edit]

Gene silencing can be achieved by introducing into cells a short «antisense oligonucleotide» that is complementary to an RNA target. This experiment was first done by Zamecnik and Stephenson in 1978^[7] and continues to be a useful approach, both for laboratory experiments and potentially for clinical applications (antisense therapy).^[8] Several viruses, such as influenza viruses^{[9][10][11][12]} Respiratory syncytial virus (RSV)^[9] and SARS coronavirus (SARS-CoV),^[9] have been targeted using antisense oligonucleotides to inhibit their replication in host cells.

If the antisense oligonucleotide contains a stretch of DNA or a DNA mimic (phosphorothioate DNA, 2′F-ANA, or others) it can recruit RNase H to degrade the target RNA. This makes the mechanism of gene silencing catalytic. Double-stranded RNA can also act as a catalytic, enzyme-dependent antisense agent through the RNAi/siRNA pathway, involving target mRNA recognition through sense-antisense strand pairing followed by target mRNA degradation by the RNA-induced silencing complex (RISC). The R1 plasmid hok/sok system provides yet another example of an enzyme-dependent antisense regulation process through enzymatic degradation of the resulting RNA duplex.

Other antisense mechanisms are not enzyme-dependent, but involve steric blocking of their target RNA (e.g. to prevent translation or to induce alternative splicing). Steric blocking antisense mechanisms often use oligonucleotides that are heavily modified. Since there is no need for RNase H recognition, this can include chemistries such as 2′-O-alkyl, peptide nucleic acid (PNA), locked nucleic acid (LNA), and Morpholino oligomers.

See also[edit]

• Antisense therapy
• Directionality (molecular biology)
• DNA codon table
• RNA virus
• Transcription (genetics)
• Translation (genetics)
• Viral replication

References[edit]

Транскрипция и трансляция

Ген (греч. génesis — происхождение) — это элементарная единица наследственности, представляющая отрезок молекулы ДНК (у некоторых вирусов РНК).

Существование дискретных наследственных факторов предположил Грегор Мендель в 1865 году, а в 1909 году В. Иогансен назвал их генами. 

Ген — участок молекулы ДНК, содержащий информацию о первичной структуре одной полипептидной цепочки или молекулы рРНК и тРНК. Таким образом, ген определяет строение одного из белков живой клетки и тем самым участвует в формировании признака или свойства организма.

Матричная и кодирующая цепи ДНК

Две цепи ДНК в области гена принципиально различаются по своей функциональной роли: одна из них является кодирующей, или смысловой, вторая, комплементарная кодирующей цепи, — матричной.

Это значит, что в процессе «считывания» гена (транскрипции, или синтеза мРНК) в качестве матрицы выступает только одна — матричная — цепь ДНК. Продукт же этого процесса — мРНК — по последовательности нуклеотидов совпадает с кодирующей цепью ДНК (с заменой тиминовых оснований на урациловые).

Таким образом, получается что с помощью матричной цепи ДНК при транскрипции воспроизводится в структуре РНК генетическая информация кодирующей цепи ДНК.

Информация на кодирующей цепи записана в направлении от 5‘-конца к 3‘-концу. И этот же конец принято считать 5′-концом всего гена (хотя у его матричной цепи здесь находится 3′-конец).

Всего на длинной молекуле ДНК находится несколько тысяч генов. И, как правило, для всех этих генов кодирующей является одна и та же цепь ДНК. Но иногда бывает иначе: для одних генов в качестве смысловой выступает одна цепь ДНК, а для других генов — противоположная цепь. Такие гены, очевидно, читаются в разных направлениях. Подобная ситуация обнаружена, в частности, некоторых генов у дрозофилы.

Значение биосинтеза белка в процессах жизнедеятельности

Транскрипция

Структура любой белковой молекулы закодирована в ядерной ДНК, которая непосредственного участия в её синтезе не принимает. Она служит лишь матрицей для синтеза информационной РНК (иРНК), которая является переносчиком наследственной информации из ядра к рибосоме, месту синтеза полипептидной нити белка.

Процесс биосинтеза белка включает в себя ряд последовательно протекающих событий.

При биосинтезе часть молекулы ДНК расщепляется на две цепочки, на одной из которых синтезируется иРНК. Она представляет собой негативную фотографию последовательности нуклеотидов ДНК. Этот процесс считывания информации обеспечивается работой фермента — полимераза, которая, двигаясь по расплетённому участку ДНК, подбирает с учётом комплементарности нуклеотиды и соединяет их. Эта иРНК содержит полную информацию о порядке расположения аминокислот в белке.

Роль тРНК в биосинтезе белка. Трансляция

К месту сборки белка поступают аминокислоты. Сюда их доставляют тРНК. Эти молекулы имеют форму клеверного листа, на вершине которого находятся три нуклеотида — триплет, или антикодон, кодирующий определённую аминокислоту.

Каждая тРНК может соединиться лишь с одной молекулой аминокислоты и доставить её к рибосоме. Например: антикодон в тРНК АЦГ комплементарен триплету УГЦ в иРНК. Эти два триплета кодируют аминокислоту серин. В ДНК серину будет соответствовать триплет АЦГ. Сравнение триплетов ДНК и тРНК показывает, что они одинаковы.

Активацию определённой аминокислоты осуществляет свой особый фермент. Механизм активации заключается в том, что фермент одновременно взаимодействует с аминокислотой и с АТФ, которая при этом теряет пирофосфат. Образуется тройной комплекс из фермента, аминокислоты и тРНК, способный сразу образовывать пептидную связь. Без такого взаимодействия свободная аминокислота не может образовывать пептидную связь.

Трансляция (от лат. translatio — «передача») — процесс синтеза полипептидных цепей на матрице информационной РНК в рибосомах.

На иРНК нанизывается рибосома, и начинается синтез белка. В двух активных центрах рибосомы — А — аминокислотном и Р — пептидном — помещается всего шесть нуклеотидов иРНК (два триплета). К центру А из цитоплазмы всё время подходят разные тРНК с аминокислотами. Здесь происходит узнавание аминокислот. Если антикодон тРНК и кодон иРНК оказываются комплементарными друг другу, то тРНК вместе с аминокислотой переплывает с помощью ферментов в центр Р, в котором происходит освобождение тРНК от аминокислоты. Между последней аминокислотой, уже синтезированной части белка, и вновь доставленной аминокислотой возникает пептидная связь.

Молекула тРНК отдаёт аминокислоту и вновь перемещается в цитоплазму, где снова присоединяет такую же аминокислоту, а рибосома перемещается на один триплет влево. Постепенно за счёт присоединения аминокислот нить белка удлиняется.

Если антикодон тРНК и кодон иРНК не комплементарны, то тРНК с аминокислотой уходят к другим иРНК и рибосомам.

Пептидная цепочка удлиняется до тех пор, пока не закончится трансляция и рибосома не соскочит с иРНК. Полипептидная цепочка погружается в канал ЭПС и там приобретает вторичную, третичную или четвертичную структуры.

Скорость сборки одной молекулы белка, состоящего из 200 — 300 аминокислот, составляет 1 — 2 минуты.

В процессе биосинтеза белка реализуются функции многих веществ и органоидов клетки и используется энергия АТФ.

Регуляция биосинтеза белка

Работа генов в любом организме — прокариотическом или эукариотическом — контролируется и координируется.

Различные гены обладают неодинаковой временной активностью. Одни из них характеризуются постоянной активностью. Это гены, которые отвечают за синтез белков, необходимых или организму на протяжении всей жизни, например ферменты.

Большинство генов обладает непостоянной активностью, они синтезируются, когда это необходимо клетке.

Различают структурные и регуляторные белки клетки. Структурные выполняют ферментативную, транспортную и структурную функции, а регуляторные управляют синтезом структурных генов.

Регуляция синтеза белка осуществляется на всех его этапах. Регуляция происходит на генетическом уровне. Есть сложный механизм «включения» и «выключения» генов на разных этапах жизни клетки на уровне оперона.

Оперон — совокупность генов, которые расположены рядом на ДНК, контролируют один процесс и регулируются одними и теми же элементами.

Оперон является функциональной единицей транскрипции у прокариот.

В состав оперона прокариот входят структурные гены и регуляторные элементы. Структурные гены кодируют белки, осуществляющие последовательно этапы биосинтеза какого-либо вещества. Их может быть один или несколько, в ходе транскрипции они работают как единый ген. На них синтезируется единая молекула иРНК.

Регуляторные элементы

Промотор — это место начала транскрипции. Оно представлено нуклеотидами ДНК, с которыми связывается белок-фермент РНК-полимераза. Промотор определяет, какая из двух цепей будет служить матрицей для и-РНК.

Оператор — участок связывания регуляторного белка с ДНК. Этот белок репрессор, т.е. подавитель или белок-активатор процесса транскрипции. Оператор — это начало считывания генетической информации. На работу этих белков влияют вещества субстраты, которые могут взаимодействовать с белком-репрессором, освобождая проход для полимеразы, обеспечивая этим синтез и-РНК. Пока репрессор находится на операторе, полимераза не может сдвинуться с места и начать синтез.

Терминатор — участок в конце оперона, сигнализирующий о прекращении транскрипции.

Регуляция генной активности у эукариот сложнее, чем у бактерий.

В отличие от прокариот, образующиеся в ядре иРНК подвергаются ряду изменений. Сначала синтезируется длинная иРНК, а затем ферменты вырезают из неё участки, не несущие информацию о строении белка.

У эукариот, наряду с регуляторными процессами, влияющими на функции отдельной клетки, существуют системы регуляции целого организма. Гормоны образуются в клетках желёз внутренней секреции и с кровью разносятся по всему телу; регулируют процессы синтеза иРНК и белков только в клетках-мишенях. Гормоны связываются с белками-рецепторами клеточных мембран и включают системы изменения структуры клеточных белков, которые влияют на синтез белков на рибосомах и на транскрипцию определённых генов. Так, адреналин включает синтез ферментов, расщепляющих гликоген мышц до глюкозы, а инсулин способствует синтезу гликогена из глюкозы в печени.

Особенность эукариотических генов — прерывистость. Это означает, что область гена, кодирующего белок, состоит из нуклеотидных последовательностей двух типов экзонов и интронов. Экзон — это участок ДНК, несущий информацию о структуре белка, Интрон — некодирующая область гена. Во время траскрипции сначала образуется иРНК, несущая информацию об экзонах и интронах, а затем происходит вырезание интронов и сшивание оставшихся экзонов ферментами. Этот процесс называется сплайсинг. В итоге образуется иРНК, которая служит матрицей для трансляции.

Ген эукариот похож на оперон прокариот, хотя и отличается более протяжённой регуляторной зоной и тем, что он кодирует один белок, а не несколько, как оперон у бактерий. Познание регуляторных механизмов транскрипции и трансляции необходимо для управления процессами реализации генетической информации.

< Предыдущая страница «Генетический код»

Следующая страница «Прокариотическая клетка» >