Сущность процесса транскрипции
Транскрипция – это процесс синтеза молекулы РНК на участке ДНК, который используется в качестве матрицы.
Также процесс транскрипции определяют как первую стадию реализации генетической информации в клетке. В ходе транскрипции формируются молекулы м- РНК. На них происходит процесс биосинтеза белка. Этот процесс способствует формированию транспортной, рибосомальной и РНК другого типа. Все типы РНК выполняют структурные, адаптивные, а также каталитические функции (ускорение химических реакций).
Основной смысл процесса транскрипции заключается в переносе генетической информации с ДНК на РНК. И транскрипция, и трансляция относятся к матричным биосинтезам. Матричным биосинтезом называется синтез биополимеров (нуклеиновых кислот, белков) на матрице - нуклеиновой кислоте ДНК или РНК. Процессы матричного биосинтеза относятся к пластическому обмену: клетка расходует энергию АТФ.
Другими словами, «матричный синтез» представляет собой создание копии исходной генетической информации на инновационном генетическом языке. Это позволяет запустить процесс «генетической адаптации» организма и дает возможность обеспечить все клетки строительным материалом, а также энергетическим резервом, наряду с наличием других органических веществ – жиров и углеводов.
Этапы транскрпиции
Молекула ДНК является полимером и состоит из двух цепей, соединенных между собой по принципу комплементарности. РНК состоит из одной цепочки, поэтому при «запуске» процесса синтеза РНК матрицей для него служит только одна ДНК цепочка. Эта цепочка носит название смысловой.
Исключениями из правил можно назвать:
- митохондриальную ДНК (так как в ней обе цепочки содержат различные гены и называются смысловыми);
- ядерная ДНК (в ней некоторые гены локализуются не на смысловой цепи, а за ее пределами).
При транскрипции молекул РНК синтезируется в направлении от 5' к 3' концу. Это естественно для всех нуклеиновых кислот. По цепи ДНК синтез проходит в прямо противоположном направлении.
Особенностью транскрипции у эукариот является тот факт, что каждый ген транскрибируется отдельно. В этом случае исключение представляет также митохондриальная ДНК. Она транскрибируется на общий мультигенный транскрипт, который в последствии весьма быстро разрезается.
При этом для прокариот характерен процесс образования генетических групп, формирующих один оперон. Поэтому такие гены попадают в процесс транскрипции совместно.
Транскрипторный участок ДНК – это участок молекулы ДНК, который состоит из промотора, участка транскрипции и терминатора.
В процессе транскрипции выделяется три стадии:
- инициация (начинает процесс синтеза РНК);
- элонгация (делает процесс образования РНК более точным);
- терминация (формирует РНК).
Инициация дает возможность начать процесс синтеза молекулы РНК, поскольку включает присоединение к промотору комплекса различных ферментов. Другими словами, инициация является «точкой отсчета» для процесса транскрипции.
Для эукариот в процессе инициации ключевое влияние имеют особые ДНК участки. Энхансеры усиливают процесс, сайленсеры подавляют его. Также на процесс транскрипции влияют многогранные белковые факторы, обладающие высокой степенью разнообразия.
Для прокариот характерен только один тип РНК полимеразы, а у эукариот таких участков три. РНК – полимераза -1 используется для синтеза рибосомальной РНК (всех ее видов). РНК – полимераза – 2 позволяет синтезировать пре – и- РНК. Третий тип РНК полимеразы синтезирует транспортную и малую ядерную РНК.
Также РНК полимераза способна распознать определенную последовательность нуклеотидов и прикрепляться к ним. Такая последовательность достаточно короткая и универсальна для всех живых организмов. Поэтому РНК – полимеразу называют «универсальным ферментом» синтеза белка.
РНК – полимераза присоединяется к промотору, но перед этим участок двойной спирали ДНК раскручивается и между его нуклеотидами разрываются нуклеотидные связи. За один этап расплетается 18 пар нуклеотидов.
Стадия элонгации характеризуется тем, что внутри нее происходит последовательное присоединение по принципу комплементарности различных свободных нуклеотидов к тому участку ДНК, который был освобожден.
РНК-полимераза - это фермент, который соединяет нуклеотиды в полирибонуклеотидную цепочку.
При синтезе РНК между собой по принципу комплементарности связывается около двенадцати нуклеотидов. Когда РНК – полимераза двигается, то впереди нее расходятся цепочки ДНК, а сзади они сшиваются при помощи ферментов. Таким образом, цепь ДНК растет постоянно и выдвигается из РНК – полимеразного комплекса.
Для того, чтобы процесс транскрипции не закончился раньше времени, существуют элонгирующие факторы. Их существует достаточно много, но при этом все они способствуют процессу терминации, точнее обусловливают его.
Терминация процесса транскрипции происходит в участке-терминаторе, который распознается РНК-полимеразой благодаря специальным белковым факторам терминации. К 3'синтезированной молекулы РНК присоединяются адениновые нуклеотиды, предотвращающие ее ферментативный распад. Ранее на 5' конце был образован так называемый кэп.
В большинстве случаев результатом транскрипции является образование готовой РНК.
При этом сырая РНК проходит систему процессинга и претерпеть различные модификационные изменения. Это дает ей высокую степень функциональной активности. Каждый тип РНК эукариот подвергается своим модификациям. Формирование поли-А и кэпа часто также относят к процессингу.
Таким образом, транскрипция является основным этапом в ходе создания белков, основного строительного материала всех клеток в организме без исключения. От правильности протекания процесса транскрипции зависит возможность адаптации организма к новым условиям среды, изменения которых происходят практически постоянно и неизбежно влияют на клетку.
