Транскрипция белка: как считывается генетическая информация и этапы транскрипции

Транскрипция белка

Генетическая информация клеток эукариот закодирована в молекуле ДНК и располагается в ядре. ДНК не может пройти через ядерные поры так как слишком большая. В этом ей помогает специальная РНК, выступающая посредником между ядром и цитоплазмой. Эта РНК получила название матричной или информационной. В английском языке этот посредник называется более чем логично — messenger (посланник).

Что собой представляет транскрипция ДНК?

Как считывается генетическая информация

Генетическая информация считывается в результате распускания небольшого фрагмента двойной спирали — это примерно один спиральный виток. мРНК комплементарно достраивается к участку ДНК. Поэтому на протяжении определенного периода времени можно наблюдать двойную спираль ДНК-РНК. Однако такая спираль не отличается хорошей устойчивостью как, к примеру, спираль ДНК-ДНК и быстро распадается.

Происходит высвобождение одноцепной РНК и восстановление двойной спирали ДНК. Вместо тимина молекулы мРНК содержат урацил. Это имеет смысл, так как биосинтез тимина требует больших затрат энергии, чем биосинтез урацила. Стабильность и точность для молекул РНК не так важна — они находятся и функционируют в клетке меньшее количество времени.

Синтез молекулы мРНК происходит в направлении 5r-3r. Из ДНК информация считывается в направлении 3r-5r.

ДНК-зависимая РНК-полимераза — главный фермент транскрипции. Если речь идет о прокариотах, то в процессе участвует один фермент, если об эукариотах — комплекс из трех ферментов. Этому ферменту отводится роль катализатора синтеза РНК.

Молекулы синтезированной РНК-полимеразы на матрице ДНК — это первичный транскрипт. Смесь из таких молекул получила название гетерогенной ядерной РНК (гяРНК).

РНК-полимераза

РНК-полимераза является сложным ферментом с четвертичной структурой. У нее есть несколько субъединиц: это две а, одна b, одна br, одна s.

Молекулярная масса фермента — 500 кДа.

Чтобы РНК-полимераза работала нормально, важно наличие нескольких элементов:

• матрицы;
• активированные предшественники;
• двухвалентные ионы.

Чтобы транскрипция случилась, нужны четыре трифосфата: АТФ, ТТФ, УТФ, ГТФ. Активность фермента PH K-полимеразы обеспечивается за счет наличия двухвалентных ионов Mg₂ и Mn₂.

Указанные выше факторы говорят о том, что РНК-полимераза и ДНК-полимераза близки по своим характеристикам. Тем не менее можно выделить и существенные различия:

• РНК-полимераза не нуждается в затравке. Синтез может начинаться с новой цепи. Если говорить о ДНК-полимеразе, то здесь важно наличие цепи со свободной OH-группой в положении С;
• при транскрипции ДНК-матрица сохраняется в полной мере. В случае репликации происходит сохранение только одной «старой» цепи. По этой причине можно говорить о полуконсервативном характере репликации. Для РНК-полимеразы не свойственна эндонуклеазная активность;
• ДНК-полимераза контролирует синтез новой цепи на правильность — ошибочные нуклеотиды вырезаются. Для РНК-полимеразы контроль правильности синтеза цепи не характерен. По этой причине при транскрипции есть вероятность ошибок: 1:150 нуклеотидов. Это в десять тысяч раз больше, чем в случае репликации.

Этапы процесса транскрипции

Процесс транскрипции отличается сложностью. Выделяют несколько его этапов:

1. Инициация. На этом этапе РНК-полимераза присоединяется к началу участка ДНК (с нее считывается информация).
2. Элонгация. Этап характеризуется построением цепи мРНК.
3. Терминация. Синтез заканчивается, первичный транскрипт высвобождается.
4. Процессинг. На этом этапе происходят изменения новосинтезированной молекулы мРНК или первичным транскриптом. Эти изменения происходят до ее участия в биосинтезе белка.

Все этапы транскрипции связаны с соответствующими участками ДНК. Участвующая в транскрипции часть ДНК включает отдельные обязательные фрагменты.

Он находится прямо перед участком, с которого начинается транскрипция. Размер этого участка — примерно 40 пар оснований. Промоторные участки в разных организмах имеют одинаковое строение.

В ходе исследований, проводимых на промоторах E coli, было установлено, что полимераза способна распознавать на молекуле ДНК две нуклеотидные последовательности из 6 нуклеотидов. Они разделены примерно 25 нуклеотидами.

Согласно исследованиям, синтез мРНК берет начало с аденозитрифосфата или гианозитрифосфата, более известных как АТФ и ГТФ.

В результате новообразованная мРНК имеет получает трифосфатную группу на 5r-конце и группу OH на 3r-конце.

Весь участок ДНК при помощи которого происходит синтез мРНК, называется цистроном или единицей транскрипции.

Особенность транскрипции заключается в следующем: процесс считывания генетической информации с молекулы ДНК осуществляется только с одной, при этом любой, цепи двойной спирали.

В состав терминатора входят гуанин-цитозин и аденин-тимин обогащенные участки. Участки вдоль одной цепи являются зеркально симметричными, и могут быть запертыми на самих себя — таким образом они создают «шпильку».

Эта шпилька препятствует движению фермента и останавливает процесс транскрипции. Процессинг или созревание — это превращение первичного транскрипта в зрелую мРНК.

У прокариот и эукариот процессинг существенно различается. Это связано со спецификой строения генома. У прокариотических клеток первичный транскрипт может содержать информацию не только об одной полипептидной цепи, но и о нескольких соседних, а также о РНК.

Если транскрипт включает информацию только об одной полипептидной цепи, то процесс биосинтеза иногда начинается до того, как транскрипция закончится.

Экзоны или информационные участки в геноме эукариот характеризуются чередованием с неинформационными участками (интронами). По этой причине информация об отдельном полипептиде характеризуется большей физической длиной. В первичном транскрипте содержатся экзоны и интроны, относящиеся к одной полипептидной цепи.