Статью подготовили специалисты образовательного сервиса Zaochnik.
Транскрипция белка: как считывается генетическая информация и этапы транскрипции
Содержание:
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?
Транскрипция ДНК — это синтез мРНК, которая является комплементарной одной из цепей ДНК. Этот синтез катализируется при помощи фермента РНК-полимеразы.
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.
Информация при транскрипции считывается в таком же направлении, что и при репликации.
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).
Зрелая мРНК — молекула, служащая матрицей для синтеза белка.
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.
ДНК — наиболее эффективная матрица для РНК-полимеразы, к которой фермент достраивает комплементарную копию. В качестве активированных предшественников в этом случае используются 5r-рибонуклеозидтрифосфаты.
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:
- Инициация. На этом этапе РНК-полимераза присоединяется к началу участка ДНК (с нее считывается информация).
- Элонгация. Этап характеризуется построением цепи мРНК.
- Терминация. Синтез заканчивается, первичный транскрипт высвобождается.
- 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.
Участок ДНК, распознаваемы РНК-полимеразой — промотор.
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.
Фрагмент ДНК, из которого начинается синтез, мРНК называется лидером.
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.
Антипараллельный участок цепи не содержит генетической информации. Основная его функция — поддерживать целостность участка ДНК.
Участок ДНК с расположенным на нем сигналом, указывающим на окончание процесса транскрипции — это терминатор или трейлер.
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.
В этих клетках процессинг включает этап, связанный с разрезанием первичного транскрипта на несколько составных частей — если такие имеются.
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.
Навигация по статьям