Транскрипция — синтез РНК с использованием ДНК в
качестве матрицы. В результате возникает 3 типа РНК:
- матричная (мРНК);
- рибосомная (рРНК);
- транспортная (тРНК).
Процесс транскрипции требует больших затрат энергии
в виде АТФ и осуществляется ферментом ДНК-зави-симой-РНК-полимеразой
трех типов и рядом так называемых вспомогательных факторов.
Одномоментно транскрибируется не вся молекула ДНК, а лишь отдельные
ее отрезки. Они называются единицами транскрипции, или
транскриптонами. По сути транскриптон — это и есть ген с точки
зрения молекулярной биологии. Напомним, что промотор — участок ДНК
длиной в несколько десятков нуклеотидов, куда присоединяется
РНК-полимераза и откуда начинается транскрипция. Терминатор —
участок ДНК, содержащий сигнал (последовательность) окончания
транскрипции. Поскольку у бактерий оперонная организация генома, у
них транскрибируются сразу несколько генов, объединенных одной
функцией. У эукариот за один раз транскрибируется только один ген.
Транскрипция, как и репликация ДНК, основана на способности
азотистых оснований нуклеотидов к комплементарному связыванию.
Аналогично репликации, при транскрипции полимераза (здесь уже
РНК-полимераза) шаг за шагом подбирает и “сшивает” нуклеотиды
комплементарные матричной последовательности. Отличительной
особенностью транскрипции является то, что в РНК нет тимидина, его
замещает уридин; соответственно при транскрипции аденозин молекулы
ДНК спаривается с уридином синтезируемой РНК. На время транскрипции
двойная цепь ДНК разрывается и синтез РНК осуществляется по одной
цепи ДНК, которая называется кодирующей. Вторая цепь является
некодирующей. Какая цепь будет кодирующей, определяется тем,
на какой из них находится промотор. В процессе транскрипции
образуется гибрид одноцепочечной ДНК с РНК, который существует
короткое время и очень быстро распадается, при этом
восстанавливается нативная двуцепочечность ДНК.
Цикл транскрипции состоит из трех стадий:
- инициации;
- элонгации;
-
терминации.
Им предшествует узнавание промотора или
подготовительная стадия, на которой РНК-полимераза узнает промотор и
связывается с ним. Одновременно происходит локальное расплетение ДНК
примерно на 10 пар нуклеотидов.
1 Инициация. На этой стадии происходит
образование нескольких начальных звеньев РНК (так называемый
синтез критической длины). До этого комплекс полимераза-ДНК не
стабилен и способен распадаться.
2. Элонгация. Продолжается дальнейшее расплетение
ДНК и синтез РНК по кодирующей цепи. Он, равно как и синтез ДНК,
осуществляется в направлении 5- 3.
3. Терминация. Как только полимераза
достигает терминатора, она немедленно отщепляется от ДНК,
локальный гибрид ДНК-РНК разрушается и новосинтезированная РНК
транспортируется из ядра в цитоплазму. На этом транскрипция
заканчивается.
Созревание РНК
Все образовавшиеся РНК непосредственно после
трансляции не способны, функционировать, так как они синтезируются в
виде молекул-предшественников: пре-р, пре-т и пре-м РНК. Чтобы
начать работать, пре-РНК должны подвергнуться процессингу
(созреванию). Под процессингом понимают совокупность биохимических
реакций, при которых пре-РНК укорачиваются, подвергаются химическим
модификациям, в результате которых образуются зрелые РНК. Процессинг
т- и рРНК осуществляется по одинаковому плану. В основном вырезаются
лишние фрагменты с 3'- и 5'-концов и химически модифицируются
азотистые основания.
Процессинг мРНК гораздо сложнее. Интересно, что мРНК прокариот
(бактерий) процессингу не подвергаются вообще — это единственные
РНК, способные работать сразу после синтеза. У эукариот Процессинг
мРНК осуществляется многоступенчато и включает модификацию 3'- и 5'-
концов, а также вырезание интронов. В последнем процессе участвует
четвертый известный тип РНК — малая ядерная РНК (мяРНК).
которая удерживает концы, экзонов при вырезании
интронов.
