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13.11: 전사
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13.11: Transcription

13.11: 전사

Overview

Transcription is the process of synthesizing RNA from a DNA sequence by RNA polymerase. It is the first step in producing a protein from a gene sequence. Additionally, many other proteins and regulatory sequences are involved in the proper synthesis of messenger RNA (mRNA). Regulation of transcription is responsible for the differentiation of all the different types of cells and often for the proper cellular response to environmental signals.

Transcription Can Produce Different Kinds of RNA Molecules

In eukaryotes, the DNA is first transcribed into a primary RNA, or pre-mRNA, that can be further processed into a mature mRNA to serve as a template for the synthesis of proteins. In prokaryotes such as bacteria, however, translation of RNA into polypeptides can begin while the transcription is still ongoing, as RNA can be quickly degraded. Transcription can also produce different kinds RNA molecules that do not code for protein, such as microRNAs, transfer RNA (tRNA), and ribosomal RNA (rRNA)—all of which contribute to protein synthesis.

Regulation of Transcription Is Central to Development

With few exceptions, all of the cells in the human body have the same genetic information in them, from neurons in the brain to muscle cells in the heart. So how do cells assume such diverse forms and functions? To a large extent, the answer lies in the regulation of transcription during development of the organism. Specifically, transcriptional regulation plays a central role in cellular differentiation—the process of producing specialized cells, such as muscle cells, from less specialized precursor cells. To produce specialized cells, some genes must be turned on and others turned off in the precursor cells.

This process of cellular differentiation is orchestrated by DNA-binding proteins called transcription factors that control the level of transcription of genes that can determine cellular fate. For example, early during vertebrate development, cells in the ectoderm layer of the developing embryo receive several induction signals from proteins such as BMP, WNT, and SHH. These signals activate transcription factors that turn on or off a host of genes. In this way, transcriptional regulation determines whether ectoderm cells become skin cells or cells of the nervous system.

Responding to the Environment Often Requires Transcriptional Changes

Environments are rarely stable for long periods. Consider, for example, the changes in temperature, precipitation, and food availability that a plant is exposed to from day to day, and sometimes from hour to hour. In order to function properly, individual organisms must respond to such environmental changes by adjusting key traits, such as their growth rates, immunity, or behavior. These adjustments often require increasing or decreasing the level of transcription of large numbers of genes. For instance, when exposed to drought conditions, Arabidopsis thaliana plants quickly adjust the transcription of hundreds of genes in order to increase root growth and therefore scavenge as much water from the soil as possible.

개요

전사는 RNA 폴리머라제에 의한 DNA 서열으로부터 RNA를 합성하는 과정이다. 유전자 서열으로부터 단백질을 생산하는 첫 번째 단계이다. 추가적으로, 많은 그밖 단백질 및 규정 순서는 메신저 RNA (mRNA)의 적당한 종합에서 관련시요. 전사의 조절은 모든 다른 유형의 세포의 분화에 대한 책임이 있으며 종종 환경 신호에 대한 적절한 세포 반응에 대한 책임이 있습니다.

전사는 RNA 분자의 다른 종류를 생성할 수 있습니다

진핵생물에서, DNA는 단백질의 합성을 위한 템플릿으로 봉사하기 위하여 성숙한 mRNA로 더 가공될 수 있는 1 차적인 RNA, 또는 pre-mRNA로 처음 전사됩니다. 박테리아와 같은 원핵생물에서는 RNA가 빠르게 저하될 수 있기 때문에 전사가 여전히 진행되는 동안 RNA를 폴리펩티드로 번역하는 것이 시작될 수 있다. 전사는 또한 microRNAs, 전송 RNA (tRNA), 및 리보소말 RNA (rRNA)와 같은 단백질을 위해 코딩하지 않는 다른 종류의 RNA 분자를 생성할 수 있습니다- 모두 단백질 합성에 기여합니다.

전사 의 규제는 개발의 중심입니다

몇 가지 예외를 제외하고, 인체에 있는 세포의 모든 그들에 같은 유전 정보를 가지고, 심장에 있는 근육 세포에 두뇌에 있는 신경세포에서. 그렇다면 세포는 어떻게 이러한 다양한 형태와 기능을 가정합니까? 대체로, 그 해답은 유기체의 발달 도중 전사의 규칙에 있습니다. 특히, 전사 조절은 덜 전문화된 전구세포로부터 근육세포와 같은 특수 세포를 생산하는 과정인 세포 분화에 중심적인 역할을 한다. 특수 세포를 생성하기 위하여는, 몇몇 유전자는 켜져 있어야 하고 그 외는 전구체 세포에서 꺼져야 합니다.

세포 분화의 이 과정은 세포 운명을 결정할 수 있는 유전자의 전사 수준을 통제하는 전사 인자에게 불린 DNA 결합 단백질에 의해 조율됩니다. 예를 들어, 척추 동물 발달 중 초기에, 개발 중인 배아의 자궁 내 층의 세포는 BMP, WNT 및 SHH와 같은 단백질로부터 여러 유도 신호를 수신한다. 이 신호는 유전자의 호스트를 켜거나 끄는 전사 요인을 활성화합니다. 이런 식으로, 전사 조절은 자궁 내 세포가 신경계의 피부 세포 또는 세포가 되는지 여부를 결정합니다.

환경에 대응하려면 종종 전사적 변화가 필요합니다.

환경은 장시간 안정적이지 않습니다. 예를 들어 식물이 매일, 때로는 시간마다 노출되는 온도, 강수량 및 식품 가용성의 변화를 고려하십시오. 제대로 작동하기 위해서는 개별 유기체가 성장률, 면역 또는 행동과 같은 주요 특성을 조정하여 이러한 환경 변화에 대응해야 합니다. 이 조정은 수시로 증가하거나 유전자의 다수의 전사의 수준을 감소요구합니다. 예를 들어, 가뭄 조건에 노출될 때, 아라비도시스 탈리아나 식물은 뿌리 성장을 증가시키고 따라서 가능한 한 토양에서 많은 물을 청소하기 위해 수백 개의 유전자의 전사를 신속하게 조정합니다.


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