Транскрипция и обработка на иРНК

В това видео ще разгледаме задълбочено процеса транскрипция. Да направим кратък преговор. Засегнахме малко тази тема във видеото за репликацията, транскрипцията и транслацията. Транскрипция на прост език означава да презапишеш нещо, да презапишеш някаква информация под друга форма. Това е основното, което се случва. Транскрипцията е, когато взимаме кодираната информация в ДНК гена и преобразуваме тази информация в информационна РНК. При транскрипцията преминаваме от ДНК към иРНК. В това видео ще се фокусираме върху гените, които кодират протеини. Тази първа стъпка е транскрипцията – ДНК до иРНК. В следващо видео ще разгледаме по-задълбочено процеса на транслация, когато тази информация вече се превръща в протеин. Тези диаграми дават общ преглед на това. При бактериите е малко по-просто. Имаш ДНК, която просто си плува в цитозола и транскрипцията се случва. Започваш с тази ДНК, с този протеинокодиращ ген в ДНК и от него записваш информационната РНК. Виждаш това в лилаво ето тук. След това тази иРНК може да си взаимодейства с рибозомата. Това е процесът на транслация: да образува наистина полипептида, да създаде протеина. В еукариотните клетки – и ще го разгледаме нашироко в това видео – транскрипцията на ДНК до иРНК се случва в ядрото. Има две основни фази. Тръгва се от ДНК и се стига до т.нар. пре-иРНК. Нека го запиша: пре-иРНК. Това е илюстрирано ето тук. После трябва да претърпи обработка, за да се превърне в това, което наричаме иРНК. Която от своя страна може да напусне ядрото, за да бъде преведена в протеин. Сега като разгледахме нещата по-общо, нека видим подробно какво се случва. Да разберем кои са различните участници, а когато става дума за еукариотни клетки – каква обработка може да се случи. Ето тук ще започнем с протеинокодиращия ген вътре в ДНК. Точно тук. Първият участник, който не е ДНК или иРНК, е РНК-полимеразата Функцията ѝ е да създаде дадена последователност – последователност от нуклеотиди, които ще бъдат иРНК. Тази РНК-полимераза трябва да знае откъде да започне. А как разбира откъде да започне? Като се прикрепя към последователност от ДНК, наречена промотор. Всеки ген има определен съответен промотор, особено, ако става дума за еукариотни клетки. Понякога е възможно да имаш промотор, отговарящ за група гени. Но най-общо – ако имаш ген, ще имаш промотор. Затова РНК-полимеразата знае, че трябва да се прикрепи точно тук. Щом се залепи, тя може да раздели двете вериги, разделя веригите. И е доста интересно, защото когато разгледахме подробно репликацията, видяхме всички тези участници: хеликазата и пр. Но този комплекс РНК-полимераза е наистина с големи възможности. Не само че разделя нишките, но след това може да кодира РНК. Прави го по същия начин, който видяхме преди. Прави го само в една посока. Може да добавя нуклеотиди само от 3'-края. Следователно кодира в посока от 5' към 3'. Забележи тази стрелка тук. Удължаваме я към 3'-страната на ДНК веригата. Както се вижда тук, когато това става, кодирането се случва само от една страна. Или има взаимодействие с, кодира се комплементарна информация само от едната страна. Нека помислим малко за това. Можеш да наречеш тази страна, с която има взаимодействие, страна образец. Понеже тази верига на ДНК действа като шаблон за синтеза на иРНК. Ако разгледаме информацията, която РНК ще закодира – тя ще съдържа същата информация като кодиращата верига, като срещуположната верига. Нуклеотидите ето тук – този нуклеотид ще е комплементарен на този тук. Точно както този нуклеотид е бил допълващ на този. И можеш да го видиш малко по-подробно тук, ако покажем реални нуклеотиди. Тази е веригата образец. Ако имаш тимин, тогава в РНК ще имаш аденин. И виж, в кодиращата верига на ДНК тук горе също имаш аденин. Кодиращата верига и РНК в основата си са една и съща последователност. Разликата е, че няма да откриеш тимин в РНК. Вместо него ще намериш подобна азотна база – и това е урацил. Урацилът играе ролята на тимина, така че зашифрова основно същата информация. Нека повторим, тази долната верига служи за шаблон. И получената РНК, която се кодира, ще носи основно същата информация, която сме имали на другата кодираща верига. За да добиеш представа как изглежда това – бих сложил "изглежда" в кавички, даже направих знак за кавички, докато го изговарях. Трудно е наистина да онагледиш как изглеждат тези неща. Но можеш да видиш тук комплекса РНК-полимераза, това е за определен организъм. Той може да бъде много, много сложен. Изумително е как тези неща си взаимодействат. Винаги, докато учиш биология и някой като мен ти дава такива опростени обяснения как тези ензими си взаимодействат с различните молекули като ДНК и РНК, винаги помни колко невероятни са те. Те са тези молекули, взаимодействащи си, блъскащи се една в друга. И това се случва неимоверно бързо в клетката. Би трябвало да си във възхита от това. Случва се във всичките ти клетки, докато го говорим. Това е наистина невероятно нещо. Следващото, за което трябва да помислиш, ето тук – удължаваме РНК. И кога спира този процес всъщност? Тази РНК-полимераза ще продължи да се движи и тогава това синьото, нарекли сме го терминатор – ще го запиша. Този участък тук е терминаторът. Има множество начини, по които той сигнализира на РНК-полимеразата: "Хей, време е да спреш." По-точно казано, той създава нещо структурно, за да се откачи полимеразата. Един механизъм, както е показано на тази илюстрация, е, че иРНК... (Това може да се случи при бактериите.) Кодираната иРНК оформя нещо като фиба. Трябва да има правилните комплементарни базови двойки, базови двойки ето тук, за да оформи този завой. Тази "фиба", заедно с нещата около нея, възпрепятстват полимеразата да продължи. Комплексът се променя малко и се разкача. Или поне хората мислят, че става така. Има други начини, по които терминаторът може да действа. Може да са последователности, които части от полимеразния комплекс разпознават. И прави структурна промяна, така че РНК-полимеразата да се пусне. Ако говорим за прокариоти – това е краят на процеса. Това ще е нашата иРНК, която след това може да отиде до рибозома и да бъде преведена в протеин. Но ако разглеждаме еукариоти, трябва да премине през зреене. Ако говорим за еукариоти... Ако това е прокариот тук – това ще е нашата иРНК. Ако обаче това е еукариот, тогава това е нашата пре-иРНК, която сега трябва да премине през процес на зреене. И може би ще кажеш: "Добре, как ще се обработи?" Има няколко неща, които ще се случат. Някои неща ще бъдат добавени в началото и в края на иРНК. 5'-шапката, това е модифициран гуанин – ето тук. Шапката ще помогне в процеса на транслацията, тъй като рибозомите се закачат за нея. После имаш тази полиА-опашка. Нарича се полиА-опашка, защото има много аденини накрая, ей тук. Те не само подпомагат транслацията, но и осигуряват здравината на веригата – така че краищата на иРНК да не се увредят по някакъв начин. Другото нещо, което трябва да се обработи... И това е едно от онези изумителни неща в еволюционната биология. В тази иРНК последователност ще имаш части, които считаме за ненужни секвенции. "Ненужни" секвенции. Наричаме ги интрони. Ще го сложа в кавички, защото в еволюцията рядко нещата нямат абсолютно никаква цел. Но тези не са кодиращи за протеина, който е шифрован от първоначалния ни ген. И всъщност те се обработват, изрязват се. Няма да разглеждам подробно участниците, които осъществяват изрязването. Но като част от зреенето при еукариотите, добавяш тази шапка, добавяш тази опашка и после изрязваш интроните. И щом са изрязани, ти остават само екзоните. Имаш това, което ще се съедини с това и с това. И това е, което получаваш като резултат. В еукариотната клетка ще имаш узряла иРНК. Това видяхме ето тук в началото. Нека го подчертая в цвят, за да го видиш. Ето тук. Тази зряла иРНК се премества от ядрото до рибозома, където може да бъде преведена.