យន្តការចម្លងនៅក្នុងជីវវិទ្យាម៉ូលេគុល

យន្តការចម្លងក្នុងជីវវិទ្យាម៉ូលេគុល

ការចម្លងហ្សែន គឺជាដំណើរការជាមូលដ្ឋានមួយនៅក្នុងជីវវិទ្យាម៉ូលេគុល ដែលភ្ជាប់ព័ត៌មានហ្សែននៅក្នុង DNA ជាមួយនឹងការផលិតម៉ូលេគុល RNA។ តាមរយៈការចម្លងហ្សែន លំដាប់នុយក្លេអូទីតនៅក្នុង DNA ត្រូវបាន "បកប្រែ" ទៅជា RNA ដែលបន្ទាប់មកអាចដើរតួជា RNA ផ្ញើសារ (mRNA) សម្រាប់ការសំយោគប្រូតេអ៊ីន ឬជា RNA មុខងារផ្សេងទៀតដូចជា rRNA និង tRNA។ ដំណើរការនេះគឺជាផ្នែកសំខាន់មួយ នៃគោលលទ្ធិកណ្តាលនៃជីវវិទ្យា ៖ DNA → RNA → ប្រូតេអ៊ីន។ ខណៈពេលដែលវាអាចស្តាប់ទៅសាមញ្ញ ការចម្លងហ្សែនពាក់ព័ន្ធនឹងជំហានដែលបានរៀបចំជាបន្តបន្ទាប់ អង់ស៊ីមផ្សេងៗ និងបទប្បញ្ញត្តិយ៉ាងតឹងរ៉ឹង ដើម្បីឱ្យកោសិកាអាចបង្ហាញហ្សែនបានយ៉ាងច្បាស់លាស់តាមតម្រូវការ។

គោលគំនិតជាមូលដ្ឋាន នៃការចម្លង

នៅក្នុងការចម្លង មានតែខ្សែ DNA មួយប៉ុណ្ណោះដែលត្រូវបានប្រើជាខ្សែគំរូ។ អង់ស៊ីម RNA polymerase អានខ្សែគំរូពី 3' ដល់ 5' ហើយសំយោគ RNA ថ្មីក្នុងទិសដៅ 5' ដល់ 3'។ លំដាប់ RNA លទ្ធផលគឺបំពេញបន្ថែមទៅនឹងខ្សែគំរូ DNA ជាមួយនឹងភាពខុសគ្នាសំខាន់មួយ៖ RNA ប្រើ uracil មូលដ្ឋាន (U) ជំនួសឱ្យ thymine (T)។ ដូច្នេះ ប្រសិនបើ A មានវត្តមាននៅក្នុង DNA នោះ U គឺជាគូមូលដ្ឋាននៅក្នុង RNA ហើយប្រសិនបើ C មានវត្តមាន នោះ G គឺជាគូមូលដ្ឋាន (និងច្រាសមកវិញ)។

ការចម្លង​អាចកើតឡើងនៅក្នុងហ្សែនប្រភេទផ្សេងៗ។ ហ្សែន​ដែល​សរសេរកូដប្រូតេអ៊ីន​ផលិត mRNA ខណៈដែលហ្សែនផ្សេងទៀតអាចផលិត RNA ដែលមិនសរសេរកូដ ដែលមិនត្រូវបានបកប្រែទៅជាប្រូតេអ៊ីន ប៉ុន្តែមានមុខងាររចនាសម្ព័ន្ធ និងបទប្បញ្ញត្តិ ដូចជា rRNA (ប្លុកសំណង់រីបូសូម) tRNA (អ្នកដឹកជញ្ជូនអាស៊ីតអាមីណូ) snRNA (ការបំបែក) និងប្រភេទផ្សេងៗនៃ miRNA/lncRNA ដែលគ្រប់គ្រងការបញ្ចេញហ្សែន។

សមាសធាតុសំខាន់ៗ និងភាពខុសគ្នារវាងប្រូការីយ៉ូត និងអឺការីយ៉ូត

នៅក្នុងប្រូការីយ៉ូត (ឧទាហរណ៍ បាក់តេរី) ដំណើរការចម្លងគឺសាមញ្ញជាង។ ជាទូទៅមាន RNA polymerase បឋមតែមួយ ដោយមានជំនួយពីកត្តាស៊ីកម៉ា ដែលទទួលស្គាល់ប្រូម៉ូទ័រ។ លើសពីនេះ ដោយសារតែបាក់តេរីខ្វះ ស្នូល ការចម្លង និងការបកប្រែអាចកើតឡើងក្នុងពេលដំណាលគ្នានៅកន្លែងជាប់គ្នា។

ផ្ទុយទៅវិញ នៅក្នុង​អឺការីយ៉ូត (ឧទាហរណ៍ មនុស្ស) ការចម្លង​មាន​ភាពស្មុគស្មាញ​ជាង។ មាន RNA polymerase ជាច្រើន​មានវត្តមាន៖ RNA polymerase I (ចម្លង rRNA មួយចំនួន) RNA polymerase II (ចម្លង mRNA និង snRNA/miRNA មួយចំនួន) និង RNA polymerase III (ចម្លង tRNA និង 5S rRNA)។ លើសពីនេះ ឌីអិនអេ អឺការីយ៉ូត ត្រូវបានវេចខ្ចប់ក្នុងក្រូម៉ាទីន ដូច្នេះការចូលប្រើហ្សែន តម្រូវឱ្យមានបទប្បញ្ញត្តិបន្ថែម រួមទាំងការកែប្រែអ៊ីស្តូន ការរៀបចំឡើងវិញនូវក្រូម៉ាទីន និងកត្តាចម្លងទូទៅ និងជាក់លាក់ផ្សេងៗ។

ដំណាក់កាលទី 1: ការចាប់ផ្តើមនៃការចម្លង

ការចាប់ផ្តើម គឺជាដំណាក់កាលដំបូង នៅពេលដែលយន្តការចម្លងត្រូវបានផ្គុំនៅទីតាំងត្រឹមត្រូវនៅលើ DNA។ ដំណើរការនេះចាប់ផ្តើមជាមួយនឹងការទទួលស្គាល់ប្រូម៉ូទ័រ ដែលជាលំដាប់ DNA ជាក់លាក់មួយនៅខាងលើហ្សែនដែលកំណត់ចំណុចចាប់ផ្តើមនៃការចម្លង។

ការចាប់ផ្តើមនៅក្នុង prokaryotes
នៅក្នុងបាក់តេរីកត្តាស៊ីហ្គម៉ាជួយ RNA polymerase ស្គាល់ធាតុប្រូម៉ូទ័រសំខាន់ៗដូចជាប្រអប់ Pribnow និងប្រអប់ 35។ បន្ទាប់ពី RNA polymerase ភ្ជាប់ទៅនឹងប្រូម៉ូទ័រ "ស្មុគស្មាញបិទជិត" បង្កើតឡើង។ DNA នៅជុំវិញចំណុចចាប់ផ្តើមបន្ទាប់មកលាតត្រដាងដោយផ្នែកដើម្បីបង្កើតជា "ស្មុគស្មាញបើកចំហ" ដែលអនុញ្ញាតឱ្យ RNA polymerase ចាប់ផ្តើមផ្គុំនុយក្លេអូទីត RNA ដំបូង។

ការចាប់ផ្តើមនៃអឺការីយ៉ូត
នៅក្នុង​អឺការីយ៉ូត ការចាប់ផ្តើម​ពាក់ព័ន្ធនឹងប្រូតេអ៊ីនជាច្រើន។ នៅក្នុងហ្សែនដែលត្រូវបានចម្លងដោយ RNA polymerase II ប្រូម៉ូទ័រជារឿយៗ (ទោះបីជាមិនមែនជានិច្ចក៏ដោយ) មានធាតុដូចជាប្រអប់ TATA។ ប្រូតេអ៊ីនចង TATA (TBP) ដែលជាផ្នែកមួយនៃស្មុគស្មាញ TFIID ទទួលស្គាល់ប្រអប់ TATA និងជ្រើសរើសកត្តាចម្លងទូទៅផ្សេងទៀត (TFIIA, TFIIB, TFIIE, TFIIF និង TFIIH) ក៏ដូចជា RNA polymerase II។ ស្មុគស្មាញនេះត្រូវបានគេហៅថាស្មុគស្មាញមុនការចាប់ផ្តើម។

TFIIH ដើរតួនាទីយ៉ាងសំខាន់ពីព្រោះវាមានសកម្មភាព helicase (ការរុះរើ DNA) និង kinase ដែល phosphorylates CTD (ដែន C-terminal) នៃ RNA polymerase II។ phosphorylation CTD ជួយ RNA polymerase II "បញ្ចេញ" ពី promoter និងចូលទៅក្នុងដំណាក់កាល elongation ខណៈពេលដែលក៏ផ្តល់នូវវេទិកាសម្រាប់ប្រូតេអ៊ីនដំណើរការ RNA ផងដែរ។

ដំណាក់កាលទី 2: ការពង្រីកការចម្លង

បន្ទាប់ពីការចាប់ផ្តើម RNA polymerase ផ្លាស់ទីតាមបណ្តោយ DNA គំរូ ហើយពង្រីកខ្សែសង្វាក់ RNA។ នុយក្លេអូទីត RNA (ATP, UTP, GTP, CTP) ត្រូវបានបន្ថែមម្តងមួយៗ នៅពេលដែលគូមូលដ្ឋានកើតឡើង។ ក្នុងអំឡុងពេលនៃការលាតសន្ធឹង RNA polymerase បង្កើតជាពពុះប្រតិចារិកដែល DNA សម្រាកជាបណ្ដោះអាសន្ន។ នៅពីក្រោយ polymerase DNA សម្រាក ខណៈពេលដែល RNA ដែលទើបបង្កើតថ្មីចាកចេញពីស្មុគស្មាញអង់ស៊ីម។

ការលាតសន្ធឹងក៏មានយន្តការកែតម្រូវមានកំណត់ផងដែរ។ ប្រសិនបើមានការផ្គូផ្គងខុសកើតឡើង RNA polymerase អាចផ្អាក និងកែកំហុសដោយកាត់ចុងខុសនៃ RNA បន្ទាប់មកបន្តសំយោគ។

នៅក្នុងអឺការីយ៉ូត ការលាតសន្ធឹងជារឿយៗត្រូវបានអមដោយបទប្បញ្ញត្តិបន្ថែម ដូចជាការផ្អាក RNA polymerase II នៅជិតប្រូម៉ូទ័រ។ ការផ្អាកនេះគឺចាំបាច់សម្រាប់ បទប្បញ្ញត្តិហ្សែន ដែលសម្របសម្រួល និងការត្រៀមខ្លួនសម្រាប់ការចម្លងរហ័សនៅពេលដែលកោសិកាទទួលបានសញ្ញាជាក់លាក់។

ដំណាក់កាលទី 3: ការបញ្ចប់ការចម្លង

ការបញ្ចប់គឺជាដំណើរការនៃការបញ្ឈប់ការចម្លង និងការបញ្ចេញ RNA និង RNA polymerase ចេញពី DNA។

ការបញ្ចប់នៅក្នុង prokaryotes
មានយន្តការសំខាន់ពីរ៖
១. ការបញ្ចប់ដោយឯករាជ្យពីខាងក្នុង (មិនពឹងផ្អែកលើ rho): DNA មានលំដាប់មួយដែលបង្កើត RNA ដែលសម្បូរ GC បង្កើតបានជារចនាសម្ព័ន្ធ hairpin បន្ទាប់មកដោយលំដាប់ U-rich។ hairpin បណ្តាលឱ្យ RNA polymerase ឈប់ដំណើរការ ហើយចំណង RNA-DNA ចុះខ្សោយ ដូច្នេះស្មុគស្មាញបែកគ្នា។
២. ការបញ្ចប់ដែលពឹងផ្អែកលើ Rho៖ ប្រូតេអ៊ីន rho (helicase) ភ្ជាប់ទៅនឹង RNA ហើយផ្លាស់ទីតាមវារហូតដល់វាទៅដល់ RNA polymerase ដែលផ្អាក បន្ទាប់មកបញ្ចេញ RNA ចេញពីស្មុគស្មាញប្រតិចារិក។

ការបញ្ចប់នៅក្នុង eukaryotes (RNA polymerase II)
នៅក្នុងហ្សែនជាច្រើន RNA polymerase II ឆ្លងកាត់សញ្ញា polyadenylation (ឧទាហរណ៍ AAUAAA ក្នុង RNA) ហើយបន្ទាប់មកត្រូវបានកាត់ដោយស្មុគស្មាញដំណើរការ។ បន្ទាប់ពីការកាត់ ការបញ្ចប់អាចកើតឡើងតាមរយៈគំរូ "torpedo" (អង់ស៊ីម exonuclease បំបែក RNA ដែលនៅសល់ ហើយដេញតាម polymerase) ឬគំរូផ្លាស់ប្តូររចនាសម្ព័ន្ធស្មុគស្មាញ។ ការបញ្ចប់នៅក្នុង RNA polymerases I និង III មានយន្តការខុសគ្នា និងជាក់លាក់ទៅតាមលំដាប់។

ដំណើរការ RNA នៅក្នុង eukaryotes: ពី pre-mRNA រហូតដល់ mRNA ចាស់ទុំ

ភាពខុសគ្នាដ៏សំខាន់រវាងប្រូការីយ៉ូត និងអឺការីយ៉ូត គឺថា mRNA អឺការីយ៉ូតជាទូទៅត្រូវតែដំណើរការមុនពេលវាអាចត្រូវបានបកប្រែ។ ដំណើរការនេះកើតឡើងរួមគ្នានៃការចម្លង (រួមជាមួយនឹងការចម្លង) ហើយរួមមាន៖

១. ការភ្ជាប់គម្រប ៥ហ្វីត៖ ការបន្ថែមក្រុម ៧-មេទីលហ្គាណូស៊ីនទៅចុង ៥ហ្វីត។ គម្របការពារ RNA ពីការរិចរិល ជួយនាំចេញទៅកាន់ស៊ីតូប្លាស្ម និងចាំបាច់សម្រាប់ការចាប់ផ្តើមការបកប្រែ។
២. ការ​បំបែក​ហ្សែន៖ ការ​ដក​យក​អ៊ីនត្រុង និង​ការ​បំបែក​ហ្សែន​អ៊ិចសុង​ដោយ​ហ្សែន​បំបែក​ហ្សែន។ ការ​បំបែក​ហ្សែន​ជំនួស​អាច​បង្កើត​អ៊ីសូហ្វម​ប្រូតេអ៊ីន​ច្រើន​ពី​ហ្សែន​តែមួយ ដែល​បង្កើន​ភាព​ចម្រុះ​នៃ​ប្រូតេអូម។
៣. ប៉ូលីអាឌីនីឡាស្យុង (កន្ទុយប៉ូលី-A)៖ ការបន្ថែមកន្ទុយប៉ូលី-A ទៅចុង ៣'។ កន្ទុយនេះបង្កើនស្ថេរភាព mRNA ជួយនាំចេញ និងប៉ះពាល់ដល់ប្រសិទ្ធភាពបកប្រែ។

RNA ដែលមិនទាន់កែច្នៃ (pre-mRNA) ជាធម្មតាមិនត្រូវបានបកប្រែទេ។ ប្រព័ន្ធត្រួតពិនិត្យគុណភាពរបស់កោសិកានឹងរក្សា ឬរំលាយ RNA ដែលមានបញ្ហា។

បទប្បញ្ញត្តិនៃការចម្លង៖ ហេតុអ្វីបានជាហ្សែនទាំងអស់មិនសកម្មគ្រប់ពេល?

ការចម្លងហ្សែនគឺជាចំណុចត្រួតពិនិត្យចម្បងសម្រាប់ការបញ្ចេញហ្សែន។ កោសិកាគ្រប់គ្រងថាតើហ្សែនណាដែលសកម្ម កម្រិតនៃការចម្លងរបស់ពួកវា និងពេលណាដែលការចម្លងហ្សែនគួរតែត្រូវបានបញ្ឈប់។ បទប្បញ្ញត្តិនេះអនុញ្ញាតឱ្យកោសិកាឆ្លើយតបទៅនឹងការប្រែប្រួលបរិស្ថាន សញ្ញាអ័រម៉ូន ភាពតានតឹង ឬតម្រូវការអភិវឌ្ឍន៍។

នៅក្នុងប្រូការីយ៉ូត ការគ្រប់គ្រងជារឿយៗពាក់ព័ន្ធនឹងអូប៉េរ៉ុង ដូចជាអូប៉េរ៉ុងឡាក់ ដែលធ្វើឱ្យអង់ស៊ីមបំបែកឡាក់តូសសកម្មលុះត្រាតែមានឡាក់តូស។ កត្តាបង្ក្រាប និងកត្តាធ្វើឱ្យសកម្មអាចរារាំង ឬបង្កើនការជ្រើសរើស RNA ប៉ូលីមែររ៉ាស។

នៅក្នុង​អឺការីយ៉ូត បទប្បញ្ញត្តិ​គឺស្មុគស្មាញជាង។ ធាតុដូចជា​សារធាតុបង្កើន​ប្រសិទ្ធភាព និង​សារធាតុ​បិទសំឡេង​អាចស្ថិតនៅឆ្ងាយពី​ប្រូម៉ូទ័រ ប៉ុន្តែ​វាមានឥទ្ធិពល​លើសកម្មភាព​ចម្លង​តាមរយៈ​អន្តរកម្ម​បត់ DNA និង​ប្រូតេអ៊ីន។ លើសពីនេះ លក្ខខណ្ឌ​ក្រូម៉ាទីន (ឧទាហរណ៍ អាសេទីឡាស្យុង​អ៊ីស្តូន ដែលធ្វើឱ្យ DNA កាន់តែ "បើកចំហ") កំណត់​យ៉ាងសំខាន់​ថាតើ​ហ្សែន​អាចចូលដំណើរការ​បាន​ដោយ​យន្តការ​ចម្លង​ដែរឬទេ។

Penutup

យន្តការនៃការចម្លងហ្សែនគឺជាចំណុចកណ្តាលនៃរបៀបដែលព័ត៌មានហ្សែនត្រូវបានបង្ហាញទៅជា RNA ទាំងជាកម្រិតមធ្យមសម្រាប់ការសំយោគប្រូតេអ៊ីន និងជាម៉ូលេគុលមុខងារដែលអនុវត្តតួនាទីនិយតកម្ម និងរចនាសម្ព័ន្ធ ។ ដំណើរការនេះកើតឡើងតាមរយៈដំណាក់កាលសំខាន់ៗចំនួនបីគឺ ការចាប់ផ្តើម ការលាតសន្ធឹង និងការបញ្ចប់ ដោយមានភាពស្មុគស្មាញខុសៗគ្នារវាងប្រូការីយ៉ូត និងអឺការីយ៉ូត។ នៅក្នុងអឺការីយ៉ូត ការចម្លងហ្សែនត្រូវបានរួមបញ្ចូលយ៉ាងតឹងរ៉ឹងជាមួយនឹងដំណើរការ RNA ដូចជាការបង្កើតមួក 5' ការបំបែក និងប៉ូលីអាឌីនីឡាស្យុង។ ដោយសារតែការចម្លងហ្សែនក៏ជាកម្មវត្ថុនៃបទប្បញ្ញត្តិដែលមានការគ្រប់គ្រងខ្ពស់ផងដែរ ការយល់ដឹងអំពីដំណើរការនេះគឺមានសារៈសំខាន់នៅក្នុងវិស័យជាច្រើន ចាប់ពីពន្ធុវិទ្យា និងជីវបច្ចេកវិទ្យារហូតដល់វេជ្ជសាស្ត្រម៉ូលេគុល រួមទាំងការយល់ដឹងអំពីជំងឺដែលពាក់ព័ន្ធនឹងបញ្ហានៃការបញ្ចេញហ្សែន។