If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание

Етапи на транкрипцията

Задълбочено разглеждане на това как работи транскрипцията. Инициация (организатори), елонгация и терминация.

Ключови точки:

  • Транскрипцията е процесът, при който генната последователност на ДНК се копира (транскрибира), за да се създаде РНК молекула.
  • РНК полимеразата е главният ензим на транскрипцията.
  • Транскрипцията започва, когато РНК полимераза се свърже с промотърна последователност близо до началото на един ген (директно или чрез помощни протеини).
  • РНК полимеразата използва една от веригите на ДНК (матричната верига) като матрица за произвеждане на нова, комплементарна РНК молекула.
  • Транскрипцията приключва с процес, наречен терминация. Терминацията зависи от последователностите в РНК, които сигнализират, че транскриптът е завършен.

Въведение

Какво прави зелените мухоморки смъртоносни? Тези гъби дължат леталното си действие на производството на един специфичен токсин, който се прикрепва към жизненоважен ензим в човешкото тяло: РНК полимераза.1
_Изображение, модифицирано от "Amanita phalloides," от Archenzo (CC BY-SA 3.0). Модифицираното изображение е лицензирано с лиценз CC BY-SA 3.0._
РНК полимеразата е жизненоважна, понеже извършва транскрипцията, процесът на копиране на ДНК (дезоксирибонуклеинова киселина, генетичния материал) в РНК (рибонуклеинова киселина, подобна, но по-кратко съществуваща молекула).
Транскрипцията е есенциална стъпка в използването на информацията от гените в ДНК за производство на протеини. Протеините са ключовите молекули, които дават структура на клетките и ги поддържат работещи. Блокирането на транскрипцията от гъбния токсин води до чернодробна недостатъчност и смърт, понеже никакви нови РНК-и – следователно никакви нови протеини – не могат да бъдат изградени.2
Транскрипцията е жизненоважен процес и разбирането как работи е важно за човешкото здраве. Нека разгледаме по-отблизо какво се случва по време на транскрипция.

Преглед на транскрипцията

Транскрипцията е първата стъпка от генната експресия. По време на този процес ДНК последователността на един ген бива копирана в РНК.
Преди да може да започне транскрипцията, двойната спирала на ДНК трябва да се развие близо до гена, който бива транскрибиран. Областта на отворена ДНК се нарича транскрипционно балонче.
Транскрипцията използва като матрица едната от двете достъпни в балончето ДНК вериги; тази верига се нарича матрична верига. РНК продуктът е комплементарен на матричната верига и е почти идентичен на другата ДНК верига, наречена нематрична (или кодираща) верига. Но има една важна разлика: в новосъздадената РНК всички Т нуклеотиди са заменени с У нуклеотиди.
Мястото в ДНК, от което първият РНК нуклеотид бива транскрибиран, се нарича +1 място, или място на инициация. На нуклеотидите, които идват преди мястото на инициацията, се дават отрицателни числа и се казва, че те са нагоре по веригата. Нуклеотидите, които идват след мястото на инициация, се отбелязват с положителни числа и се казва, че те са надолу по веригата.
Ако генът, който бива транскрибиран, кодира протеин (което много гени правят), РНК молекулата ще бъде разчетена за производство на протеин в процес, наречен транслация.

РНК полимераза

РНК полимеразите са ензими, които транскрибират ДНК в РНК. Като използва ДНК матрица, РНК полимеразата изгражда нова РНК молекула чрез свързване на базите. Например, ако има Г в ДНК матрицата, РНК полимеразата ще добави Ц към новата, нарастваща РНК верига.
РНК полимеразата винаги изгражда нова РНК верига в посока 5' към 3'. Тоест тя може да добавя РНК нуклеотиди (А, У, Ц или Г) само към 3' края на веригата.
РНК полимеразите са големи ензими с множество субединици дори и в прости организми като бактериите. Хората и други еукариоти имат три различни вида РНК полимераза: I, II и III. Всяка специализира в транскрибиране на определени класове гени. Растенията имат допълнително още два вида РНК полимераза, IV и V, които участват в синтезата на определени малки РНК-и.

Инициация на транскрипцията

За да започне да транскрибира един ген, РНК полимеразата се прикрепя към ДНК на гена в област, наречена промотър. По същество промотърът казва на полимеразата къде да "седне" на ДНК и да започне да транскрибира.
Всеки ген (или, при бактериите, всяка група гени, транскрибирани заедно) има собствен промотър. Промотърът съдържа ДНК последователности, които позволяват на РНК полимеразата или помощните ѝ протеини да се прикрепят към ДНК. След като се е образувало балончето на транскрипцията, полимеразата може да започне да транскрибира.

Промотъри при бактериите

За да получим по-добра представа как работи един промотър, нека разгледаме един пример от бактериите. Типичен бактериален промотър съдържа две важни ДНК последователности, -10 и -35 елемента.
РНК полимеразата разпознава и се прикрепя директно към тези последователности. Последователностите позиционират полимеразата в точното място, от което да започне да транскрибира целеви ген, като също така гарантират, че тя сочи в правилната посока.
След като РНК полимеразата се е свързала, тя може да отвори ДНК и да започне работа. ДНК отварянето се получава при -10 елемента, където веригите са лесни за разделяне, поради многото А и Т (които се прикрепят едни към други, като използват само две водородни връзки, вместо трите водородни връзки на Г и Ц).
-10 и -35 елементите получават имената си, понеже идват 35 и 10 нуклеотида преди мястото на инициация (+1 в ДНК). Знакът минус просто означава, че са преди, а не след, мястото на инициация.

Промотъри в клетките на човека

В еукариотите като хората главната РНК полимераза в клетките ти не се прикрепя директно към промотърите като бактериалната РНК полимераза. Вместо това помощни протеини, наречени базови (основни) транскрипционни фактори (фактори на транскрипцията, се прикрепят към промотъра първи, помагайки на РНК полимеразата в клетките ти да се захване към ДНК.
Много еукариотни промотъри имат последователност, наречена ТАТА кутия. ТАТА кутията играе роля подобна на тази на -10 елемента на бактериите. Тя бива разпознавана от един от основните фактори на транскрипцията, позволявайки на други фактори на транскрипцията и, в крайна сметка, на РНК полимеразата да се свържат. Тя също съдържа много А и Т, което улеснява раздалечаването на веригите на ДНК.

Елонгация

След като РНК полимеразата е на позиция при промотъра, може да започне следващата стъпка при транскрипцията – елонгацията. По същество елонгацията е етапът, при който РНК веригата става по-дълга благодарение на добавянето на нови нуклеотиди.
По време на елонгация РНК полимеразата "върви" по една верига ДНК, позната като матричната верига, в посока 3' към 5'. За всеки нуклеотид на матрицата РНК полимеразата добавя съвпадащ (комплементарен) РНК нуклеотид към 3' края на РНК веригата.
РНК транскриптът е почти идентичен на не-матричната, т.е. кодиращата верига на ДНК. Но РНК веригите имат базата урацил (У) на мястото на тимина (Т), както и малко по-различна захар в нуклеотида. Така че, както можем да видим на диаграмата по-горе, всеки Т на кодиращата верига е заменен с У в РНК транскрипта.
Картинката по-долу показва ДНК, транскрибирана от много РНК полимерази едновременно, всяка с РНК "опашка" след нея. Полимеразите близо до началото на гена имат къси РНК опашки, които стават по-дълги и по-дълги, докато полимеразата транскрибира все повече от гена.
_Изображение, модифицирано от "Transcription label en," от Dr. Hans-Heinrich Trepte (CC BY-SA 3.0). Модифицираното изображение е лицензирано с лиценз CC BY-SA 3.0._

Терминация на транскрипцията

РНК полимеразата ще продължи да транскрибира, докато не получи сигнал да спре. Процесът на приключване на транскрипцията се нарича терминация и се случва след като полимеразата транскрибира ДНК последователност, позната като терминатор.

Терминация при бактериите

Има две главни стратегии за терминация, срещащи се при бактериите: Rho-зависима и Rho-независима.
При Rho-зависимата терминация РНК съдържа място за прикрепяне за протеин, наречен Rho фактор. Rho факторът се прикрепя към тази последователност и започва да се "изкачва" по транскрипта към РНК полимеразата.
Когато стигне до полимеразата при транскрипционното балонче, факторът Rho разделя РНК транскрипта и матричната ДНК верига, освобождавайки РНК молекулата и приключвайки транскрипцията. Друга последователност, срещаща се по-късно в ДНК, наречена транскрипционна стоп точка, кара РНК полимеразата да спре "на пауза" и, следователно, помага на фактора Rho да я настигне.4
Rho-независимата терминация зависи от специфични последователности в ДНК матричната верига. Когато РНК полимеразата се доближава до края на транскрибирания ген, тя стига област, богата на Ц и Г нуклеотиди. РНК, транскрибирана от тази област, се сгъва към себе си и комплементарните Ц и Г нуклеотиди се свързват. Резултатът е стабилна форма на фиба, която кара полимеразата да заседне.
При терминатора със структура на фиба, след нея има участък от У нуклеотиди в РНК, които съвпадат с А нуклеотидите в матричната ДНК. Комплементарната У-А област в РНК транскрипта образува само слабо взаимодействие с матричната ДНК. Това в комбинация със заседналата полимераза води до достатъчно голяма нестабилност, така че ензимът да падне и да освободи новия РНК транскрипт.

Какво се случва с РНК транскрипта?

След терминацията транскрипцията е приключена. РНК транскрипт, който вече е готов да се използва при транслация, се нарича информационна РНК (иРНК). При бактериите РНК транскриптите са готови да бъдат транслирани точно след транскрипция. Всъщност те са готови малко по-рано от това: транслацията може да започне, докато транскрипцията все още протича!
В диаграмата по-долу иРНК-и биват транскрибирани от няколко различни гени. Въпреки че транскрипцията все още е в прогрес, рибозомите са се прикрепили към всяка иРНК и са започнали да я транслират в протеин. Когато иРНК бива транслирана от множество рибозоми, иРНК и рибозомите заедно образуват полирибозома.
Изображение, модифицирано от "Prokaryotic transcription: Figure 3, от OpenStax College, Biology, CC BY 4.0.
Защо могат транскрипцията и транслацията да се случат едновременно за иРНК при бактериите? Една причина е, че тези процеси протичат в една и съща посока от 5' към 3'. Това означава, че единият процес може да следва или "преследва" другия, който все още протича. Също така при бактериите няма вътрешни мембрани, които да отделят транскрипцията от транслацията.
Нещата се случват по различен начин в клетките на хората и други еукариоти. Причината е, че транскрипцията протича в ядрото на човешките клетки, докато транслацията протича в цитозола. Също така при еукариотите РНК молекулите трябва да преминат през специални стъпки на обработване преди транслация. Това означава, че транслацията не може да започне, докато транскрипцията и РНК обработването не са напълно завършени. Можеш да научиш повече за тези стъпки във видеото за транскрипция и РНК обработване.

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

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