Преглед на транскрипция

При транскрипция ДНК последователността на един ген се транскрибира (копира), за да се създаде молекула РНК.

Ключови точки:

Транскрипцията е първата фаза в процеса на генната експресия. При транскрипция се копира секвенция от ДНК-то, за да се получи РНК молекула.
Транскрипцията се осъществява с помощта на ензими, наречени РНК-полимерази, които свързват нуклеотидите, за да образуват РНК-верига (използвайки ДНК веригата като шаблон).
Транскрипцията има три фази: инициация, елонгация и терминация.
В еукариотните клетки РНК молекулите трябва да бъдат обработени преди транскрипцията: те се съединяват, като по този начин се обособяват 5'-край и поли-А опашка в краищата на веригата.
Транскрипцията се осъществява отделно за всеки ген в генома ти.

Въведение

Налагало ли ти се е някога да транскрибираш нещо? Може би оставено гласово съобщение, което е трябвало да запишеш на хартия? Или урока, който преподавателят е разказвал, а ти си си водил прилежни записки.

Както показват примерите, транскрипцията е процес, при който генната информация се преписва. Транскрипцията е нещо, което ние правим често в ежедневието си. Клетките ни обаче също трябва да го правят, но на по-специализирано и тясно дефинирано ниво. В биологията транскрипция е процесът на копиране на нуклеотидите на ДНК-секвенция в подобните нуклеотиди на РНК.

Бърз преглед на транскрипцията

Транскрипцията е първата стъпка в генната експресия, при която един ген се използва за изграждане на функционален продукт, например протеин. Целта на транскрипцията е да се направи РНК копие на ДНК последователността на гена. За ген, кодиращ протеин, РНК копието, или транскриптът, носи информацията, необходима за изграждане на полипептид (протеин или протеинова субединица). Еукариотните транскрипти трябва да преминат през обработване, преди да се транслират в протеини.

РНК полимераза

Основният ензим, участващ в транскрипцията, е РНК полимераза, която използва едноверижна ДНК матрица, за да синтезира комплементарна верига РНК. По-точно, РНК полимеразата изгражда РНК верига в посока 5' към 3', добавяйки всеки нов нуклеотид към 3' края на веригата.

Етапи на транскрипцията

Транскрипцията на един ген протича на три етапа: инициация, елонгация (удължаване) и терминация. Тук накратко ще видим как се случват тези стъпки при бактериите. Можеш да научиш повече за детайлите на всеки етап (и как се различава еукариотната транскрипция) в статията за етапите на транскрипцията.

Инициация. РНК полимеразата се прикрепя към последователност на ДНК, наречена промотър, намираща се близо до началото на един ген. Всеки ген (или група съ-транскрибирани гени, при бактериите) има свой собствен промотър. След като се прикрепи, РНК полимеразата разделя ДНК веригите, предоставяйки едноверижната матрица, необходима за транскрипцията.
Елонгация. Една верига ДНК, матричната верига, действа като матрица за РНК полимеразата. Докато тя "разчита" тази матрица база по база, полимеразата изгражда РНК молекула от комплементарни нуклеотиди, създавайки верига, която нараства от 5' към 3'. РНК транскриптът носи същата информация като нематричната (кодираща) верига ДНК, но съдържа базата урацил (У), вместо тимин (Т).
Двата края на една верига ДНК или РНК са различни един от друг. Тоест, ДНК или РНК веригата има посока.
При 5' края на веригата фосфатната група на първия нуклеотид на веригата е открита. Фосфатната група е прикрепена към 5' въглеродния атом на захарния пръстен, затова се нарича 5' край.
На другия край, наречен 3' край, хидроксилната група на последния нуклеотид, добавен към веригата, е оголена. Хидроксилната група е прикрепена към 3' въглеродния атом на захарния пръстен, затова се нарича 3' край.
Много процеси, например ДНК репликацията и транскрипцията, могат да протекат само в една определена посока на ДНК или РНК веригата.
Можеш да научиш повече в статията за нуклеинови киселини.
Терминация. Последователности, наречени терминатори, сигнализират, че РНК транскриптът е готов. След като те бъдат транскрибирани, те карат транскриптът да бъде освободен от РНК полимеразата. Пример за терминационен механизъм, който включва образуването на "фиба" в РНК, е показан по-долу.

Промени на РНК при еукариотите

При бактериите РНК транскриптите могат да действат като информационни РНК-и (иРНК-и) веднага. При еукариотите транскриптът на протеин кодиращ ген се нарича пре-иРНК и трябва да премине през допълнително обработване, преди да може да насочва транслацията.

Краищата на пре-иРНК при еукариотите трябва да бъдат модифицирани чрез допълване на 5' шапка (в началото) и 3' поли-А опашка (в края).
Много еукариотни пре-иРНК-и преминават през сплайсинг. В този процес се откъсват части от пре-иРНК (наречени интрони), а оставащите части (наречени екзони) се съединяват помежду им.

Модификациите на краищата увеличават стабилността на иРНК, докато сплайсингът дава на иРНК правилната ѝ последователност (ако интроните не бъдат премахнати, те ще бъдат транслирани заедно с екзоните, произвеждайки "безсмислен" полипептид.)

За да научиш повече за промените на пре-иРНК при еукариотите, виж статията за обработка на пре-иРНК.

Транскрипцията се случва за отделни гени

Не всички гени биват транскрибирани постоянно. Вместо това, транскрипцията бива контролирана поотделно за всеки ген (или, при бактериите, за малки групи гени, които биват транскрибирани заедно). Клетките внимателно регулират транскрипцията, транскрибирайки само гените, чиито продукти са необходими в определен момент.

Например диаграмата по-долу показва "моментна снимка" на РНК-ите на въображаема клетка в даден момент във времето. В тази клетка гени 1, 2 и 3 биват транскрибирани, докато ген 4 не е. Също така гени 1, 2 и 3 са транскрибирани в различна степен, което означава, че различен брой РНК молекули се синтезират от всеки от тях.

В следващите статии ще разгледаме по-задълбочено РНК полимеразата, етапите на транскрипцията и процесът на РНК модификация при еукариотите. Също ще разгледаме някои важни разлики между транскрипцията при бактериите и еукариотите.

Тази статия е лицензирана под разрешително CC BY-NC-SA 4.0.

Препратки:

3'-end cleavage and polyadenylation. (2016). In Nobelprize.org. Retrieved from http://www.nobelprize.org/educational/medicine/dna/a/splicing/splicing_endformation.html.

Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., and Walter, P. (2002). Posttranscriptional controls. In Molecular biology of the cell (4th ed.). New York, NY: Garland Science. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26890/.

Berger, Shanna. (2006). Eukaryotic transcription. In Transcription and RNA polymerase II. Retrieved from http://www.chem.uwec.edu/Webpapers2006/sites/bergersl/pages/eukaryotic.html.

Boundless (2016, January 8). Initiation of transcription in eukaryotes. In Boundless biology. Retrieved from https://www.boundless.com/biology/textbooks/boundless-biology-textbook/genes-and-proteins-15/eukaryotic-transcription-108/initiation-of-transcription-in-eukaryotes-445-11670/.

Brown, T. A. (2002). Assembly of the transcription initiation complex. In Genomes (2nd ed., Ch. 9). Oxford, UK: Wiley-Liss. Retrieved from www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21115/.

Griffiths, A. J. F., Miller, J. H., Suzuki, D. T., Lewontin, R. C., and Gelbart, W. M. (2000). Transcription and RNA polymerase. In An introduction to genetic analysis (7th ed.). New York, NY: W. H. Freeman. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22085/.

Inverted repeat. (2016, February 13). Retrieved February 13, 2016 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Inverted_repeat.

Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S. L., Matsudaira, P., Baltimore, D., and Darnell, J. (2000). Bacterial transcription initiation. In Molecular cell biology (4th ed., section 10.2). New York, NY: W. H. Freeman. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21612/.

Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S. L., Matsudaira, P., Baltimore, D., and Darnell, J. (2000). RNA polymerase II transcription-initiation complex. In Molecular cell biology (4th ed., section 10.6). New York, NY: W. H. Freeman. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21610/.

Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S. L., Matsudaira, P., Baltimore, D., and Darnell, J. (2000). Transcription termination. In Molecular cell biology (4th ed., section 11.1). New York, NY: W. H. Freeman. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21601/.

Moran, L. A. (2008, September 16). How RNA polymerase binds to DNA [Web log post]. In Sandwalk: Strolling with a skeptical biochemist. Retrieved from http://sandwalk.blogspot.com/2008/09/how-rna-polymerase-binds-to-dna.html

Polyadenylation. (2016, January 24). Retrieved February 11, 2016 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Polyadenylation.

Purves, W. K., Sadava, D. E., Orians, G. H., and Heller, H.C. (2004). Transcription: DNA-directed RNA synthesis. In Life: the science of biology (7th ed., pp. 237-239). Sunderland, MA: Sinauer Associates.

Raven, P. H., Johnson, G. B., Mason, K. A., Losos, J. B., and Singer, S. R. (2014). Genes and how they work. In Biology (10th ed., AP ed., pp. 278-303). New York, NY: McGraw-Hill.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). Transcription is the DNA-directed synthesis of RNA: A closer look. In Campbell biology (10th ed., pp. 340-342). San Francisco, CA: Pearson.

Saunders, A., Core, L. J., and Lis, J. T. (2006). Nature Reviews Molecular Cell Biology, 7, 557-567. http://dx.doi.org/10.1038/nrm1981.

Webb, S. Witte, L., Wong, K., Woreta, T., and Yoo, E. (2002, May 8). TFIIH. In RNA polymerase II in eukaryotes and prokaryotes. Retrieved from http://www.biochem.umd.edu/biochem/kahn/molmachines/newpolII/TFIIH.html.

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Вписване в профила

Сортирай по:

Все още няма публикации.

Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.