Transkripcija (ģenētika): RNS sintēze no DNS — definīcija un process

Transkripcija (ģenētika): skaidra definīcija un soli-pa-solim RNS sintēzes no DNS apraksts — RNP polimerāze, mRNS veidošanās un splicingas process.

Transkripcija notiek tad, kad no DNS tiek izveidota RNS. Šajā procesā ģenētiskā informācija tiek pārrakstīta no vienas nukleīnskābes molekulas uz otru — no DNS uz RNS. DNS secenci pārvērš atbilstošā RNS secībā specializēts enzīms, ko sauc par RNP polimerāzi, kuras darbība nosaka transkripcijas ātrumu un precizitāti.

"Visas dzīvās būtnes ar to neskaitāmajām variācijām izmanto gandrīz identisku mikroskopisku iekārtu, lai nolasītu savus gēnus. Šī mašīna - RNP polimerāze - ir atbildīga par procesu, ko sauc par transkripciju, kas, no DNS ražojot RNS, sper pirmo soli, lai nolasītu dzīvības plānu, kas ir iekodēts visos mūsu gēnos."

Dažādos organismos transkripcijas galaprodukts var atšķirties: biežāk tas ir vēstneša RNS (mRNS), kas nes kodējošo informāciju olbaltumviela sintēzei, taču transkribē arī dažādas neribozi saturošas RNS molekulas — piemēram, tRNS, rRNS un regulatory RNS. Pēc primārā transkripta sintēzes eikariotos bieži notiek intensīva RNS apstrāde: no RNS primārā produkta tiek noņemti nekodējošie intronus, kurus atdala spliceosoma, bet atlikušos eksonus savieno kopā, lai izveidotu nobriedušu mRNS.

Šo produktu sauc par vēstneša RNS (mRNS), jo tā pārnes ģenētisko ziņu no DNS uz šūnas olbaltumvielu ražošanas iekārtu. Transkripcija ir pirmais un būtiskākais solis, kas noved pie gēnu ekspresijas — tā ļauj šūnai regulēt, kuri gēni tiek izteikti, kad un cik daudz.

Transkripcijas vienība un DNS virknes lomas

DNS posmu, kas tiek pārrakstīts RNS molekulā, sauc par transkripcijas vienību. Tajā parasti ir:

1. sekvences, kas regulē olbaltumvielu sintēzi — piemēram, promotora rajons un saistīšanās vietas transkripcijas faktoriem;
2. sekvences, kas nekodē: introni. Tos parasti izgriež no primārā transkripta pirms mRNS izmantošanas proteīnu sintēzē;
3. sekvences, kas kodē aminoskābju secības olbaltumvielā. Tos sauc par eksoniem.

Tāpat kā DNS replikācijas laikā, arī transkripcijā tiek pārrakstīts tikai viens no diviem DNS pavedieniem. Šo pavedienu sauc par šablona virkni (template strand), jo tieši tā kalpo par šablonu nukleotīdu secības izvietojumam jaunajā RNS. Otru pavedienu sauc par kodējošo virkni (coding strand) — tās secība atbilst jaunizveidotā RNS transkripta secībai, izņemot to, ka uracila vietā ir nomainīts timīns).

Transkripcijas etapi

Transkripcijas process parasti tiek iedalīts trīs galvenajos etapos:

• Iniciācija: RNP polimerāze kopā ar papildu proteīniem (transkripcijas faktoriem eikariotos) saistās ar promotoru un atražo sākuma punktu. Eikariotos bieži nepieciešama papildu regulācija — enhanceri, repressori un kromatīna remodelēšanas mehānismi ietekmē iniciācijas efektivitāti.
• Elongācija: RNS polimerāze nolasa šablona pavedienu 3' → 5' virzienā un sintezē jauno RNS pavedienu 5' → 3' virzienā, pievienojot ribonukleotīdus, kas atbilst šablona nukleotīdiem. Šajā posmā var iesaistīties arī papildproteīni, kas nodrošina polimerāzes procesaivitāti un labu kvalitāti.
• Terminācija: sintezēšanas beigās polimerāze atdalās no DNS un RNS molekulas. Bakteriālā terminācija var būt rho-atkarīga vai rho-neatkarīga (bāzes pāru mežģījumi un uracila bagātas sekvences), eikariotos terminācija ir sarežģītāka un bieži saistīta ar poliadenilācijas signāliem un papildu proteīniem.

RNS apstrāde eikariotos

Pēc transkripcijas eikariotiskajām mRNS parasti notiek vairāki post-transkripcionālie pārveidojumi:

• 5' galviņas (cap) pievienošana: aizsargā mRNS no degradācijas un palīdz piesaistīt ribosomas iniciācijai.
• Splicing (eksonu salikšana): spliceosoma izgriež intronus un savieno eksonus. Alternatīvais splicings ļauj no viena gēna radīt vairākus proteīnu variantus.
• 3' poliadenilācijas (poly-A) aste: pievieno poli(A) ķēdi, kas palielina stabilitāti un ietekmē mRNS transportu uz citoplazmu.

Atšķirības starp prokariotu un eikariotu transkripciju

Bakterijās transkripcija un transkripcija–translācija notiek gandrīz vienlaicīgi citoplazmā; parasti ir viena RNS polimerāze. Eikariotos transkripcija noris kodolā un prasa vairākas atsevišķas RNS polimerāzes (piem., RNS polimerāze I, II un III), katra specializēta noteiktu RNS tipu sintezēšanā, un transkripciju pirms translācijas papildus regulē kodola organizācija un histonu modifikācijas.

Regulācija un bioloģiskā nozīme

Transkripcijas regulācija ir centrāla šūnas spēju reaģēt uz vides signāliem, attīstīties un diferencēties. Tā ietver promoteru stiprumu, transkripcijas faktoru aktivāciju/slēgšanu, epigenētiskos marķierus (piem., DNS metilāciju) un RNA bāzes modificēšanu. Kļūdas transkripcijā vai apstrādē var novest pie nepareizas proteīnu ražošanas un slimībām.

Praktiska nozīme un vēsture

Transkripcijas izpratne ir pamats molekulārajai biologijai un biotehnoloģijai — to izmanto gēnu ekspresijas analīzē, mRNS vakcīnu izstrādē un ģenētiskajā inženierijā. Par eikariotu transkripcijas molekulāro pamatu pētījumiem 2006. gadā Rodžers D. Kornbergs (Roger D. Kornberg) saņēma Nobela prēmiju ķīmijā, atzīstot šo darbu nozīmi mūsu izpratnei par gēnu nolasīšanas mehānismiem.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir transkripcija?

J: Par ko kļūst transkripcijas rezultātā izveidotā atbilstošā RNS virkne?

Jautājums: Kas notiek ar pirms-mesenger RNS pēc tās izveides?

J: Ko dara mRNA?

J: Kas ir transkripcijas vienība?

J: No kuras DNS virknes transkripcijas laikā tiek lasīta mRNS?

J: Kas 2006. gadā saņēma Nobela prēmiju ķīmijā saistībā ar eikariotiku transkripciju?

Meklēt pēc burta