Транскрипция

Транскрипция ( лат. transcrptio – переписывание ) – ферментативный матричный синтез молекул РНК , осуществляемый на генах-матрицах одной из цепей ДНК из свободных нуклеотидов по принципу комплементарности

В результате возникает три типа РНК : - матричная ( мРНК )

- рибосомальная ( рРНК )

- транспортная ( тРНК )

Осуществляется в ядре , так как ДНК локализуется в ядре

В процессе синтеза мРНК происходит « переписывание » информации о первичной структуре полипептида с гена ДНК на мРНК ; образовавшаяся мРНК поступает из ядра в цитоплазму к месту синтеза белка на рибосомы
Процесс транскрипции требует больших затрат энергии в виде АТФ и осуществляется ферментом ДНК-зависимой-РНК-полимеразой трёх типов и рядом вспомогательных ферментов
Одномоментно транскрибируется не вся молекула ДНК , а лишь её отдельные отрезки ; они называются единицами транскрипции – транскриптонами

Транскриптон – участок ДНК , ограниченный промотором и терминатором ,на котором идёт синтез РНК ( выполняет функции матрицы ) ; по сути транскриптон является геном с точки зрения молекулярной биолгии

Промотор – участок ДНК в несколько десятков нуклеотидов , куда присоединяется РНК-полимераза и откуда начинается транскрипция

Терминатор – участок ДНК , содержащий сигнал ( стоп-кодон , терминальный триплет ) окончания транскрипции

В районе терминатора фермент РНК-полимераза отделяется от ДНК , что ведёт к прекращению реакции

Р Z Т

=== ****** ============================ ***

Р – промотор , Т- терминатор , Z – транскрибируемый ген

У эукариот за один раз транскрибируется только один ген
Транскрипция основана на способности азотистых оснований к комплементарному связыванию ( принципе комплементарности )

Отличительной особенностью транскрипции является то , что в РНК нет тимидина , его замещает уридин ( урацил ) соответственно при транскрипции аденозин молекулы ДНК комплементарно соединяется с урацилом синтезируемой РНК

Механизм транскрипции

На время транскрипции двойная цепь ДНК разрывается под действием фермента и синтез РНК осуществляется по одной цепи ДНК , которая называется кодирующей ( содержит закодированную в виде генетического кода информацию о первичной структуре полипептида ) ; вторая цепь называется некодирующей или замыкающей ( какая цепь будет кодирующей , определяется тем , на какой из них находится промотор )
В процессе транскрипции образуется локальный гибрид ( комплекс ) одноцепочечной ДНК с РНК , который существует короткое время и очень быстро распадается , при этом восстанавливается двуцепочечность ДНК
Цикл транскрипции состоит из трёх последовательных стадий : инициации , элонгации , терминации

1. Инициация – фаза начала синтеза РНК

Транскрипция начинается с присоединения фермента РНК-полимеразы к промотору ; присоединившись РНК-полимераза раскручивает примерно один виток ДНК ( 10 пар нуклеотидов )
На образовавшемся одноцепочечном участке ДНК из свободных нуклеотидов кариоплазмы по принципу комплементарности синтезируется начальные звенья мРНК ( так называемый синтез критической длинны , т.к. до этого комплекс РНК-полимераза – ДНК не стабилен и способен распадаться )

2. Элонгация ( от лат. elongate – вытягивать ) – фаза удлинения РНК

Продвигаясь вдоль ДНК , фермент РНК-полимераза продолжает дальнейшее расплетение ДНК и синтез растущей цепи мРНК по кодирующей цепи
По мере движения РНК-полимеразы , увеличивающаяся цепь мРНК отходит от матрицы ДНК , а двойная спираль ДНК после « работы » восстанавливается

Терминация ( от лат. termination – окончание ) – фаза окончания синтеза мРНК

Транскрипция мРНК продолжается до тех пор , пока РНК-полимераза не достигнет терминатора или ( стоп-кодона ) ; на этом участке РНК-полимераза отделяется от цепи ДНК , локальный гибрид ДНК – мРНК разрушается и вновь синтезированная молекула м РНК транспортируется из ядра в цитоплазму – транскрипция заканчивается

С каждого гена ДНК последовательно происходит транскрипция нескольких молекул мРНК ; поэтому на одном гене ДНК можно обнаружить одновременно несколько молекул фермента , соединённых с молекулами мМРК на разных стадиях синтеза

На соответствующих генах ДНК синтезируются все виды РНК ( мРНК , тРНК , рРНК ) ; синтезируется 20 видов тРНК , т. к. в биосинтезе принимают участие 20 аминокислот

Созревание РНК

Все изученные гены эукариотических клеток ( в отличие от клеток прокариот ) содержат участки , несущие информацию о какой–либо аминокислоте – экзоны , а также некодирующие участки , не несущие информации об аминокислотах полипептида – интроны ( суммарная длинна всех интронов ряда организмов может составлять свыше 80% общей длины ДНК )

Экзон – информативная последовательность нуклеотидов ДНК, кодирующая аминокислоты первичной структуры белка

Инторон – последовательность нуклеотидов ДНК эукариотов , не несущая генетичесокй информации

Значение интронов до конца не ясно ; предполагается , что интроны играют роль сигналов , регулируют поток информации от ДНК к белкам или являются средством защиты от мутагенного воздействия
У прокариот интроны отсутствуют ( есть только экзоны ) , поэтому последовательность нуклеотидов их мРНК соответствует последовательности аминокислот в молекуле белка
Все образовавшиеся РНК эукариот непосредственно после транскрипции не способны функционировать , т. к. они синтезируются в виде молекул предшественников , содержащих и экзоны и интроны ( пре- мРНК , пре -тРНК , пре- рРНК )
Для начала работы пре-РНК подвергаются процессингу ( от англ. рrocessing –обработка ) , или созреванию

Процессинг ( созревание ) – совокупность биохимических реакций удаления интронов из молекул предшественников РНК , их укорочения и модифицирования , в результате чего образуются функционально активные зрелые РНК

Процессинг мРНК у эукариот осуществляется многоступенчато
Оставшиеся в молекуле мРНК экзоны подвергаются сплайсингу , т. е. соединяются в единую цепочку полинуклеотида с помощью четвёртого известного типа РНК – малой ядерной РНК ( мяРНК ) , которая удерживает концы экзонов после вырезании интронов

Сплайсинг ( от англ. splice – сращивание ) – ферментативный процесс сращивания экзонов в молекуле мРНК

Вырезанные интроны после процессинга расщепляются нуклеазами ( именно интроны препятствуют неверной стыковке экзонов , предотвращают мутации , которые могут сдвинуть рамку считывания )
В транскрипции участвуют около 10 % всех геновклетки , остальные остаются неактивными ( комбинации транскрибированных генов в разных клетках определяют их дифференцировку и тканевую специфичность )
После завершения транскрипции синтезированная молекула зрелой мРНК через ядерные поры переходит в цитоплазму , где осуществляется второй этап биосинтеза – трансляция

Схема транскрипции и процессинга мРНК в эукариотических клетках

ДНК

5 3

Промотор Экзон I Интрон Экзон 2 Интрон Экзон 3 Стоп- сигнал , терминатор