Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

9.3: Транскрипція

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    510

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Як у прокаріотів, так і у еукаріотів друга функція ДНК (перша - реплікація) полягає в наданні інформації, необхідної для побудови білків, необхідних для того, щоб клітина могла виконувати всі свої функції. Для цього ДНК «зчитується» або транскрибується в молекулу мРНК. Потім мРНК надає код для формування білка за допомогою процесу, який називається перекладом. Через процеси транскрипції та трансляції будується білок із певною послідовністю амінокислот, яка спочатку була закодована в ДНК. У цьому модулі розглядаються деталі транскрипції.

    Центральна догма: ДНК кодує РНК; РНК кодує білок

    Потік генетичної інформації в клітинам від ДНК до мРНК до білка описується центральною догмою (рис. \(\PageIndex{1}\)), В якій зазначено, що гени задають послідовності мРНК, які, в свою чергу, визначають послідовності білків.

    Блок-схема показує ДНК зі стрілкою до РНК, яка має стрілку до білка.
    Малюнок \(\PageIndex{1}\): Центральна догма стверджує, що ДНК кодує РНК, яка в свою чергу кодує білок.

    Копіювання ДНК до мРНК є відносно простим, при цьому один нуклеотид додається до ланцюга мРНК для кожного додаткового нуклеотиду, що читається в ланцюзі ДНК. Переклад на білок складніший, оскільки групи з трьох нуклеотидів мРНК відповідають одній амінокислоті білкової послідовності. Однак, як ми побачимо в наступному модулі, переклад на білок все ще є систематичним, таким чином, що нуклеотиди 1 до 3 відповідають амінокислоті 1, нуклеотиди 4 - 6 - амінокислоті 2 і так далі.

    Транскрипція: від ДНК до мРНК

    І прокаріоти, і еукаріоти виконують принципово однаковий процес транскрипції, з важливою відмінністю мембранозв'язаного ядра у еукаріотів. З генами, пов'язаними в ядрі, транскрипція відбувається в ядрі клітини, і розшифровка мРНК повинна транспортуватися до цитоплазми. У прокаріотів, до яких відносяться бактерії і археї, відсутні зв'язані мембраною ядра та інші органели, а транскрипція відбувається в цитоплазмі клітини. Як у прокаріотів, так і у еукаріотів транскрипція відбувається в три основні стадії: ініціація, елонгація і припинення.

    Ініціація

    Транскрипція вимагає, щоб подвійна спіраль ДНК частково розкрутилася в області синтезу мРНК. Область розкручування називається бульбашкою транскрипції. Послідовність ДНК, на якій білки та ферменти, що беруть участь у транскрипції, зв'язуються для ініціювання процесу, називається промоутером. У більшості випадків промоутери існують вище за генами, які вони регулюють. Конкретна послідовність промоутера дуже важлива, оскільки вона визначає, чи буде відповідний ген транскрибується весь час, деякий час, або навряд чи взагалі (рис \(\PageIndex{2}\)).

    На ілюстрації показана шаблонна нитка та нешаблонна нитка ДНК, з секцією промоутера червоним кольором на ланцюзі шаблону. Нижче за течією промоутера знаходиться РНК-полімераза, де синтезується РНК.
    Малюнок \(\PageIndex{2}\): Ініціювання транскрипції починається при розмотуванні ДНК, утворюючи міхур транскрипції. Ферменти та інші білки, що беруть участь в транскрипції, зв'язуються в промоутері.

    Подовження

    Транскрипція завжди виходить з однієї з двох ниток ДНК, яка називається шаблонної ниткою. Продукт мРНК доповнює шаблонну нитку і майже ідентичний іншій ланцюжку ДНК, яка називається нешаблонною ниткою, за винятком того, що РНК містить урацил (U) замість тиміну (Т), знайденого в ДНК. Під час подовження фермент, званий РНК-полімеразою, протікає вздовж шаблону ДНК, додаючи нуклеотиди шляхом сполучення основи з шаблоном ДНК способом, подібним до реплікації ДНК, з тією різницею, що синтезується ланцюг РНК, яка не залишається пов'язаною з шаблоном ДНК. У міру продовження подовження ДНК безперервно розмотується попереду ферменту ядра і перемотується за ним (рис. \(\PageIndex{3}\)).

    На ілюстрації показаний синтез РНК РНК-полімеразою. Нитка РНК синтезується у напрямку від 5 до 3 '.
    Малюнок \(\PageIndex{3}\): Під час подовження РНК-полімераза відстежує вздовж шаблону ДНК, синтезує мРНК у напрямку 5' до 3', а потім розкручує ДНК під час її зчитування.

    Припинення

    Після того, як ген транскрибується, прокаріотична полімераза повинна бути доручена дисоціювати від шаблону ДНК і звільняти новоспечену мРНК. Залежно від гена, який транскрибується, існує два типи сигналів закінчення, але обидва включають повторювані нуклеотидні послідовності в шаблоні ДНК, які призводять до зупинки РНК-полімерази, залишаючи шаблон ДНК і звільняючи транскрипт мРНК.

    При припиненні процес транскрипції завершується. У прокаріотичної клітині до закінчення часу відбувається розшифровка вже була б використана для часткового синтезу численних копій закодованого білка, оскільки ці процеси можуть відбуватися одночасно з використанням декількох рибосом (полірибосом) (рис. \(\PageIndex{4}\)). На відміну від цього, наявність ядра в клітинах-еукаріотах виключає одночасну транскрипцію та трансляцію.

    Ілюстрація показує, що кілька мРНК транскрибуються з одного гена. Рибосоми прикріплюються до мРНК перед транскрипцією і починають виробляти білок.
    Малюнок \(\PageIndex{4}\): Множинні полімерази можуть транскрибувати один бактеріальний ген, тоді як численні рибосоми одночасно переводять транскрипти мРНК на поліпептиди. Таким чином, специфічний білок може швидко досягти високої концентрації в бактеріальній клітині.

    Обробка еукаріотичної РНК

    Нещодавно транскрибовані еукаріотичні МРНК повинні пройти кілька етапів обробки, перш ніж їх можна буде перенести з ядра в цитоплазму та перевести на білок. Додаткові кроки, що беруть участь у дозріванні еукаріотичної мРНК, створюють молекулу, яка набагато стабільніша, ніж прокаріотична мРНК. Наприклад, еукаріотичні мРНК тривають кілька годин, тоді як типова прокаріотична мРНК триває не більше п'яти секунд.

    Стенограма мРНК спочатку покрита білками, що стабілізують РНК, щоб запобігти її деградації під час обробки та експорту з ядра. Це відбувається, коли попередня мРНК все ще синтезується шляхом додавання спеціальної нуклеотидної «шапки» до 5-го кінця зростаючої стенограми. Окрім запобігання деградації, фактори, що беруть участь у синтезі білка, розпізнають ковпачок, щоб допомогти розпочати трансляцію рибосомами.

    Після завершення подовження фермент потім додає рядок приблизно 200 залишків аденіну до кінця 3, який називається хвостом полі-А. Ця модифікація додатково захищає попередньо мРНК від деградації та сигналізує клітинним факторам про те, що стенограму потрібно експортувати в цитоплазму.

    Еукаріотичні гени складаються з послідовностей кодування білка, званих екзонами (ex-on означає, що вони колишнінатиснуті) і Intervening послідовностей, званих інтронами (int-ron позначає їх intervening роль). Інтрони видаляються з попередньої мРНК під час обробки. Інтронні послідовності в мРНК не кодують функціональні білки. Важливо, щоб усі інтрони до мРНК були повністю і точно видалені перед синтезом білка, щоб екзони об'єдналися, щоб кодувати правильні амінокислоти. Якщо процес помиляється навіть одним нуклеотидом, послідовність знову з'єднаних екзонів буде зміщена, а отриманий білок буде нефункціональним. Процес видалення інтронів і повторного з'єднання екзонів називається зрощуванням (рис. \(\PageIndex{5}\)). Інтрони видаляються та деградуються, поки попередня мРНК все ще знаходиться в ядрі.

    На ілюстрації показана первинна розшифровка РНК з трьома екзонами та двома інтронами. У зрощеній розшифровці інтрони видаляються, а екзони зливаються між собою. Також були додані 5-дюймовий ковпачок та хвіст Poly-A.
    Малюнок \(\PageIndex{5}\): Еукаріотична мРНК містить інтрони, які необхідно зростити. Також додається 5-дюймовий ковпачок і 3' хвіст.

    Резюме

    У прокаріотів синтез мРНК ініціюється в послідовності промоторів на шаблоні ДНК. Елонгація синтезує нову мРНК. Припинення звільняє мРНК і відбувається за допомогою механізмів, які зупиняють РНК-полімеразу і змушують її відпасти з шаблону ДНК. Нещодавно транскрибовані еукаріотичні МРНК модифікуються ковпачком і хвостом полі-А. Ці структури захищають зрілу мРНК від деградації та допомагають експортувати її з ядра. Еукаріотичні МРНК також піддаються зрощенню, при якому інтрони видаляються, а екзони знову з'єднуються з однонуклеотидною точністю. Тільки готові мРНК експортуються з ядра в цитоплазму.

    Глосарій

    екзон
    послідовність, присутня в мРНК, що кодує білок, після завершення сплайсингу до мРНК
    інтрон
    інтервенційні послідовності, що не кодують протеїном, які зрощені з мРНК під час обробки
    мРНК
    РНК месенджера; форма РНК, яка несе код послідовності нуклеотидів для білкової послідовності, яка перекладається на поліпептидну послідовність
    нешаблонна пасмо
    нитка ДНК, яка не використовується для транскрибування мРНК; ця нитка ідентична мРНК, за винятком того, що Т-нуклеотиди в ДНК замінюються U нуклеотидами в мРНК
    промоутер
    послідовність на ДНК, до якої РНК-полімераза і пов'язані з ними фактори пов'язують і ініціюють транскрипцію
    РНК-полімераза
    фермент, який синтезує ланцюг РНК з ланцюжка шаблону ДНК
    зрощування
    процес видалення інтронів і повторного підключення екзонів в пре-мРНК
    шаблон пасмо
    нитка ДНК, яка визначає взаємодоповнюючу молекулу мРНК
    транскрипція міхур
    область локально розмотаної ДНК, що дозволяє транскрипцію мРНК

    Дописувачі та атрибуції