У дома · други · Как се извършва транскрипцията в клетка? Какво е транскрипция в биологията и как се случва. Диаграма на процеса на транскрипция

Как се извършва транскрипцията в клетка? Какво е транскрипция в биологията и как се случва. Диаграма на процеса на транскрипция

Иницииране на транскрипция

Удължаване на транскрипцията

Моментът, в който РНК полимеразата преминава от започване на транскрипция към удължаване, не е точно определен. Три основни биохимични събития характеризират този преход в случая на РНК полимеразата на Escherichia coli: освобождаването на сигма фактора, първата транслокация на ензимната молекула по шаблона и силното стабилизиране на транскрипционния комплекс, който в допълнение към РНК полимераза, включва нарастващата РНК верига и транскрибираната ДНК. Същите явления са характерни и за еукариотните РНК полимерази. Преходът от иницииране към удължаване се придружава от разкъсване на връзките между ензима, промотора, факторите за иницииране на транскрипция и в някои случаи от прехода на РНК полимеразата до състояние на компетентност за удължаване (например фосфорилиране на CTD домейна в РНК полимераза II). Фазата на удължаване завършва, след като нарастващият транскрипт се освободи и ензимът се отдели от матрицата (терминация).

Удължаването се извършва с помощта на основни фактори на удължаване, които са необходими, за да не спре процесът преждевременно.

Наскоро се появиха доказателства, които показват, че регулаторните фактори могат също да регулират удължаването. По време на процеса на удължаване РНК полимеразата спира в определени части на гена. Това се вижда особено ясно при ниски концентрации на субстрати. В някои зони на матрицата има дълги забавяния в напредването на РНК полимеразата, т.нар. паузи се наблюдават дори при оптимални концентрации на субстрата. Продължителността на тези паузи може да се контролира чрез фактори на удължаване.

Прекратяване на договора

Бактериите имат два механизма за терминиране на транскрипцията:

  • rho-зависим механизъм, при който протеинът Rho (rho) дестабилизира водородните връзки между матрицата на ДНК и иРНК, освобождавайки молекулата на РНК.
  • rho-независим, при който транскрипцията спира, когато новосинтезираната РНК молекула образува стволова бримка, последвана от няколко урацила (...UUUU), което води до отделяне на РНК молекулата от ДНК шаблона.

Терминирането на транскрипция при еукариоти е по-малко проучено. Завършва с разрязване на РНК, след което ензимът добавя няколко аденина (...AAAA) към нейния 3" край, чийто брой определя стабилността на даден транскрипт.

Фабрики за транскрипция

Има редица експериментални данни, които показват, че транскрипцията се извършва в така наречените транскрипционни фабрики: огромни, според някои оценки, до 10 Da комплекси, които съдържат около 8 РНК полимерази II и компоненти за последваща обработка и сплайсинг, както и корекция на новосинтезирания транскрипт. В клетъчното ядро ​​има постоянен обмен между групи от разтворима и активирана РНК полимераза. В такъв комплекс участва активна РНК полимераза, която от своя страна е структурна единица, която организира уплътняването на хроматина. Последните данни показват, че транскрипционните фабрики съществуват дори при липса на транскрипция, те са фиксирани в клетката (все още не е ясно дали взаимодействат с ядрената матрица на клетката или не) и представляват независим ядрен субкомпартмент. Комплексът на транскрипционната фабрика, съдържащ РНК полимераза I, II или III, се анализира чрез масспектрометрия.

Обратна транскрипция

Схема за обратна транскрипция

Някои вируси (като ХИВ, който причинява СПИН) имат способността да транскрибират РНК в ДНК. ХИВ има РНК геном, който е интегриран в ДНК. В резултат на това ДНК на вируса може да се комбинира с генома на клетката гостоприемник. Основният ензим, отговорен за синтезирането на ДНК от РНК, се нарича реверсаза. Една от функциите на реверсетазата е да създава комплементарна ДНК (cDNA) от вирусния геном. Асоциираният ензим рибонуклеаза Н разцепва РНК и обратната синтеза синтезира сДНК от двойната спирала на ДНК. cDNA се интегрира в генома на клетката гостоприемник чрез интеграза. Резултатът е синтез на вирусни протеини от клетката гостоприемник, които образуват нови вируси. При ХИВ се програмира и апоптоза (клетъчна смърт) на Т-лимфоцитите. В други случаи клетката може да остане разпространител на вируси.

Някои еукариотни клетки съдържат ензима теломераза, който също проявява активност на обратна транскрипция. С негова помощ се синтезират повтарящи се последователности в ДНК. Теломеразата често се активира в раковите клетки за неограничено дублиране на генома, без да се губи кодиращата протеин последователност на ДНК.

Бележки


Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво е „Транскрипция (биология)“ в други речници:

    - (от лат. transcriptio, букв. пренаписване), биосинтеза на РНК молекули, респ. ДНК срезове; първият етап от генетичното внедряване. информация в живите клетки. Осъществява се от ензима ДНК-зависима РНК полимераза, до рая на най-изследваните... ... Биологичен енциклопедичен речник

    биология- БИОЛОГИЯ (от гръцки био живот и логос дума, учение) съвкупността от науки за живота в цялото многообразие от проявления на неговите форми, свойства, връзки и взаимоотношения на Земята. Терминът е предложен за първи път едновременно и независимо през 1802 г. ... ... Енциклопедия на епистемологията и философията на науката

    Наука за живота, която включва цялото знание за природата, структурата, функцията и поведението на живите същества. Биологията се занимава не само с голямото разнообразие от форми на различни организми, но и с тяхната еволюция, развитие и с онези взаимоотношения, които... ... Енциклопедия на Collier

    БИОЛОГИЯ- съвкупност от науки за живота в цялото многообразие от проявления на неговите форми, свойства, връзки и отношения на Земята. Терминът е предложен за първи път едновременно и независимо един от друг през 1802 г. от изключителния френски учен J.B. Ламарк и Герман...... Философия на науката: Речник на основните термини

    I Транскрипция (от лат. transcriptio пренаписване) писмено възпроизвеждане на думи и текстове, като се вземе предвид тяхното произношение с помощта на определена графична система. Т. може да бъде научна и практическа. Научната Т. се използва в езиковите...

    - (от латински transcriptio, пренаписване на букви), биосинтеза на РНК върху ДНК матрица; първият етап от генетичното внедряване. информация, в хода на рязане нуклеотидната последователност на ДНК се чете под формата на нуклеотидна последователност на РНК (виж Генетичен код) ... Химическа енциклопедия

    Pre mRNA със стволова бримка. Азотните атоми в базите са подчертани в синьо, кислородните атоми във фосфатния скелет на молекулата в червено Рибонуклеиновите киселини (РНК) са нуклеинови киселини, полимери на нуклеотиди, които съдържат остатък от ортофосфорна киселина ... Wikipedia

    Наука, която има за цел да разбере природата на жизнените явления чрез изучаване на биологични обекти и системи на ниво, доближаващо се до молекулярното ниво, а в някои случаи достигащо тази граница. Крайната цел е........ Велика съветска енциклопедия

    Обратната транскрипция е процес на производство на двойноверижна ДНК от едноверижна РНК матрица. Този процес се нарича обратна транскрипция, тъй като прехвърлянето на генетична информация се извършва в „обратно“, относително ... ... Wikipedia

    Заявката "Вирус" се пренасочва тук. Вижте също и други значения. ? Вируси Rotavirus Научна класификация Overkingdom ... Wikipedia

ДНК, носителят на цялата генетична информация в клетката, не участва пряко в синтеза на протеини. В животинските и растителните клетки ДНК молекулите се съдържат в хромозомите на ядрото и са отделени от ядрената мембрана от цитоплазмата, където се извършва протеиновият синтез. Пренасящ информация пратеник се изпраща от ядрото до рибозомите, мястото на сглобяване на протеини, и може да премине през порите на ядрената мембрана. Такъв посредник е информационната РНК (i-RNA). Съгласно принципа на комплементарността, той се разчита от ДНК с участието на ензим, наречен РНК полимераза. Процесът на четене (или по-скоро копиране) или синтезиране на РНК, извършван от РНК полимераза, се нарича транскрипция (лат. transcriptio - пренаписване). Месинджър РНК е едноверижна молекула и транскрипцията се извършва от една верига на двуверижна ДНК молекула. Ако транскрибираната ДНК верига съдържа нуклеотид G, тогава РНК полимеразата включва С в РНК; ако е Т, включва А; ако е А, включва у (РНК не включва Т) (фиг. 46). Дължината на всяка иРНК молекула е стотици пъти по-къса от ДНК. Месинджър РНК не е копие на цялата ДНК молекула, а само част от нея - един ген или група съседни гени, които носят информация за структурата на протеините, необходими за изпълнение на една функция. При прокариотите такава група гени се нарича оперон. Ще прочетете как гените се комбинират в оперон и как се контролира транскрипцията в раздела за биосинтеза на протеини. В началото на всеки оперон има един вид площадка за кацане на РНК полимераза, наречена промотор. Това е специфична последователност от ДНК нуклеотиди, които ензимът разпознава поради химичен афинитет. Само чрез свързване към промотора РНК полимеразата може да започне синтеза на иРНК. След като достигне края на оперона, ензимът среща сигнал (под формата на специфична нуклеотидна последователност), показващ края на четенето. Готовата иРНК напуска ДНК и отива до мястото на протеиновия синтез. В описания процес на транскрипция могат да се разграничат четири етапа:

1) Свързване на РНК полимераза към промотора;

2) Инициация – начало на синтеза. Състои се в образуването на първата фосфодиестерна връзка между АТФ или GTP и втория нуклеотид на синтезираната иРНК молекула;

3) удължаване - растеж на РНК верига, т.е. последователно добавяне на нуклеотиди един към друг в реда, в който комплементарните нуклеотиди се появяват в транскрибираната ДНК верига. Скоростта на удължаване достига 50 нуклеотида в секунда;

4) терминация - завършване на синтеза на иРНК.

Транскрипцията в биологията е многоетапен процес на четене на информация от ДНК, която е компонент на Нуклеиновата киселина е носител на генетична информация в тялото, така че е важно правилно да я дешифрирате и да я прехвърлите в други клетъчни структури за по-нататъшно сглобяване на пептиди.

Дефиниция на "транскрипция в биологията"

Синтезът на протеини е основният жизнен процес във всяка клетка на тялото. Без създаването на пептидни молекули е невъзможно да се поддържат нормални жизнени функции, тъй като тези органични съединения участват във всички метаболитни процеси, са структурни компоненти на много тъкани и органи и играят сигнална, регулаторна и защитна роля в тялото.

Процесът, който започва протеиновата биосинтеза, е транскрипцията. Биологията го разделя накратко на три етапа:

  1. Посвещение.
  2. Удължаване (растеж на РНК верига).
  3. Прекратяване на договора.

Транскрипцията в биологията е цяла каскада от поетапни реакции, в резултат на които РНК молекулите се синтезират върху ДНК матрица. Освен това по този начин се образуват не само информационни рибонуклеинови киселини, но и транспортни, рибозомни, малки ядрени и др.

Както всеки биохимичен процес, транскрипцията зависи от много фактори. На първо място, това са ензими, които се различават между прокариотите и еукариотите. Тези специализирани протеини помагат за инициирането и точното провеждане на реакции на транскрипция, което е важно за висококачествен протеинов изход.

Транскрипция на прокариоти

Тъй като транскрипцията в биологията е синтез на РНК върху ДНК шаблон, основният ензим в този процес е ДНК-зависимата РНК полимераза. При бактериите има само един тип такива полимерази за всички молекули

РНК полимеразата, съгласно принципа на комплементарност, завършва РНК веригата, използвайки веригата на ДНК матрицата. Този ензим съдържа две β-субединици, една α-субединица и една σ-субединица. Първите два компонента изпълняват функцията за образуване на ензимното тяло, а останалите два са отговорни съответно за задържането на ензима върху ДНК молекулата и разпознаването на промоторната част на дезоксирибонуклеиновата киселина.

Между другото, сигма факторът е един от признаците, по които се разпознава определен ген. Например латинската буква σ с долен индекс N означава, че тази РНК полимераза разпознава гени, които се включват при липса на азот в околната среда.

Транскрипция при еукариоти

За разлика от бактериите, транскрипцията при животните и растенията е малко по-сложна. Първо, всяка клетка съдържа не един, а три вида различни РНК полимерази. Между тях:

  1. РНК полимераза I. Отговаря за транскрипцията на рибозомни РНК гени (с изключение на 5S РНК рибозомни субединици).
  2. РНК полимераза II. Неговата задача е да синтезира нормални информационни (шаблонни) рибонуклеинови киселини, които впоследствие участват в транслацията.
  3. РНК полимераза III. Функцията на този тип полимераза е да синтезира 5S-рибозомна РНК.

Второ, за разпознаването на промотора в еукариотните клетки не е достатъчно да има само полимераза. Специални пептиди, наречени TF протеини, също участват в инициирането на транскрипцията. Само с тяхна помощ РНК полимеразата може да кацне върху ДНК и да започне синтеза на молекула рибонуклеинова киселина.

Значение на транскрипция

Молекулата на РНК, която се образува върху матрицата на ДНК, впоследствие се прикрепя към рибозомите, където се чете информация от нея и се синтезира протеин. Процесът на образуване на пептиди е много важен за клетката, т.к Без тези органични съединения нормалната жизнена дейност е невъзможна: те са преди всичко основата на най-важните ензими на всички биохимични реакции.

Транскрипцията в биологията също е източник на рРНК, която, както и тРНК, участват в трансфера на аминокиселини по време на транслация към тези немембранни структури. Могат да се синтезират и SnRNA (малки ядрени), чиято функция е да снажда всички РНК молекули.

Заключение

Транслацията и транскрипцията в биологията играят изключително важна роля в синтеза на протеинови молекули. Тези процеси са основният компонент на централната догма на молекулярната биология, която гласи, че РНК се синтезира върху ДНК матрицата, а РНК от своя страна е основата за началото на образуването на протеинови молекули.

Без транскрипция би било невъзможно да се разчете информацията, която е кодирана в триплетите на дезоксирибонуклеинова киселина. Това още веднъж доказва важността на процеса на биологично ниво. Всяка клетка, независимо дали е прокариотна или еукариотна, трябва постоянно да синтезира нови и нови протеинови молекули, които в момента са необходими за поддържане на живота. Следователно транскрипцията в биологията е основният етап в работата на всяка отделна клетка на тялото.

ТРАНСКРИПЦИЯ в биологията(син. матрична РНК синтеза) - синтез на рибонуклеинова киселина върху матрица на дезоксирибонуклеинова киселина. Т., който се среща в живите клетки, представлява началния етап от прилагането на генетични характеристики, съдържащи се в ДНК (виж Дезоксирибонуклеинови киселини). В резултат на Т. се образува РНК (виж Рибонуклеинови киселини) - точно копие на една от веригите на ДНК според последователността на азотните бази в полинуклеотидната верига. T. се катализира от ДНК-зависими РНК полимерази (вижте Полимерази) и осигурява синтеза на три вида РНК: информационна РНК (mRNA), която кодира първичната структура на протеина, т.е. последователността на аминокиселинните остатъци в олипептидна верига в процес на изграждане (вижте Протеини, биосинтеза); рибозомна РНК (рРНК), която е част от рибозомите (виж) и транспортна РНК (тРНК), участваща в процеса на протеинов синтез като компонент, който „прекодира“ информацията, съдържаща се в иРНК.

Т. в микроорганизмите е проучен по-пълно, отколкото във висшите организми (виж Бактерии, генетика). Процесът на Т., катализиран от РНК полимераза, е разделен на 4 етапа: свързване на РНК полимераза с ДНК, началото - иницииране - на синтеза на РНК веригата, действителният процес на синтез на полинуклеотидната верига - удължаване и завършване на този синтез – прекратяване.

РНК полимеразата има най-голям афинитет към определени области на ДНК матрицата, съдържащи специфична нуклеотидна последователност (т.нар. промоторни области). Свързването на ензима с такова място е придружено от частично локално разтопяване на ДНК веригите и тяхното разминаване. На етапа на иницииране първият нуклеотид - обикновено аденозин (A) или гуанозин (G) - се вмъква в молекулата на РНК. По време на удължаването РНК полимеразата локално развива двойната спирала на ДНК и копира една от нейните вериги в съответствие с принципа на комплементарност (виж Репликация). Тъй като РНК полимеразата се движи по протежение на ДНК, нарастващата РНК верига се отдалечава от шаблона и двойноверижната структура на ДНК се възстановява след преминаването на ензима. Прекратяването на синтеза на РНК също се случва в специфични места на ДНК. В някои случаи са необходими допълнителни протеини за разпознаване на терминиращи сигнали, един от които е р-факторът, който е протеин с АТФазна активност, в други случаи може да са модифицирани азотни бази. Когато РНК полимеразата достигне терминаторното място, синтезираната РНК верига най-накрая се отделя от ДНК шаблона.

Функционалната транскрипционна единица в микроорганизмите е оперонът (виж), който включва един промотор, един оператор и редица гени, кодиращи полипептидни вериги (виж Ген). Развитието на оперона започва с етапа на свързване на РНК полимеразата към промотора, регион, разположен в самото начало на оперона. Непосредствено след промотора има оператор - участък от ДНК, способен да се свързва с репресорния протеин. Ако операторът е свободен, тогава Т. се среща в целия оперон, но ако операторът е свързан с репресорен протеин, Т. се блокира. Всички добре проучени репресори са протеини, способни да претърпят алостерични промени (виж Конформация). Структурата на репресорните протеини се кодира от регулаторни гени, разположени или непосредствено преди оперона, или на значително разстояние от него. Синтезът и активността на репресорите се определят от условията на екстра- и вътреклетъчната среда (концентрация на метаболити, йони и др.).

Транскрипцията на ДНК във висшите организми се извършва в отделни участъци, наречени Т. единици - транскриптони. Т. единицата включва ДНК на съответния ген и съседни участъци. Концепциите за структурата на Т. единиците са получили значително развитие във връзка с идентифицирането на функционалната нееквивалентност на последователността на еукариотните генни региони. Оказа се, че вътре в структурните гени на висшите организми има т.нар. интроните са последователности на вмъкване на ДНК, които не са пряко свързани с кодирането на даден протеин. Броят и размерът на интроните на различните гени варира значително; в много случаи общата дължина на всички интрони значително надвишава дължината на кодиращата част на гените (екзон). Изясняването на ролята на интроните е една от спешните задачи на молекулярната генетика (виж).

В процеса на транскрипция се образува РНК, която е копие на цялата транскрипционна единица. В случаите, когато гените кодират протеиновия синтез, първичният продукт на Т. се нарича ядрен прекурсор на иРНК (про-иРНК), той е няколко пъти по-голям по размер от иРНК. Pro-mRNA включва последователности, транскрибирани в кодиращи региони (екзони), интрони и евентуално съседни ДНК региони. В клетъчното ядро ​​про-иРНК се превръща в зряла иРНК, т.нар. обработка или зреене. В този случай специфични ензими взаимодействат с про-mRNA и селективно премахват излишните последователности, по-специално тези, синтезирани върху интрони. На същия този етап се извършват определени модификации на РНК, като метилиране, добавяне на специфични групи и т.н. Зрялата иРНК, освободена в цитоплазмата, въпреки това съдържа излишни региони, които не са пряко свързани с кодирането на протеиновата структура и се смята, че са необходими за правилното взаимодействие на РНК с рибозоми, протеинови транслационни фактори (виж) и др.

Нарушенията в Т. процеса могат значително да променят клетъчния метаболизъм. Дефектите в ензимите, участващи в синтеза на РНК, могат да причинят намаляване на интензивността на Т. на голям брой гени и да доведат до значително нарушаване на функционирането на клетката, включително нейната смърт.

Генетичните дефекти в структурата на отделна Т. единица причиняват нарушаване на синтеза на тази РНК (и съответния й протеин) и по този начин могат да бъдат в основата на моногенна наследствена патология (вижте Наследствени заболявания).

Има обратен Т. - синтез на ДНК върху РНК матрица, при който прехвърлянето на информация се извършва не от ДНК към РНК, както в процеса на директен Т., а в обратна посока. Обратната Т. е установена за първи път в РНК-съдържащи онкогенни вируси, след като РНК-зависима ДНК полимераза, наречена обратна транскриптаза или ревертаза, е открита в зрели вирусни частици (вижте). С участието на този ензим в клетка, заразена с вируси, се синтезира ДНК върху РНК матрица, която впоследствие може да служи като матрица за образуване на РНК на нови вирусни частици. Вирусната ДНК, синтезирана чрез обратна Т., може да бъде включена в ДНК на клетката гостоприемник и по този начин да причини злокачествена трансформация на клетките. Обратният Т. in vitro обикновено се използва в изследванията на генното инженерство (виж) за синтеза на структурни зони на съответните гени върху всякакви РНК шаблони.

Библиография: Ashmarin I.P., Молекулярна биология, p. 70, L., 1974; 3 e n g b ush P. Молекулярна и клетъчна биология, прев. с немски, т. 1, с. 135, М., 1982; Киселев L.L. РНК-управляван синтез на ДНК. (Обратен препис), М., 1978, библиогр.; Watson J. Молекулярна биология на гена, прев. от английски, стр. 268, М., 1978.

С. А. Лимборская.

Преди протеините да започнат да се синтезират, информацията за тяхната структура трябва да бъде „извлечена“ от ДНК и доставена до мястото на протеиновия синтез. Това се извършва от информационни или информационни РНК. В същото време клетката се нуждае от транспортери на аминокиселини - трансферни РНКи структурни компоненти на протеин-синтезиращи органели - рибозомна РНК. Цялата информация за структурата на транспортните и рибозомните РНК също се намира в ДНК.

Следователно има процес на пренаписване или транскрибиране на данни от ДНК в РНК. транскрипция– пренаписване) – биосинтеза на РНК върху ДНК шаблон.

Както при всяка матрична биосинтеза, при транскрипцията се разграничават 5 необходими елемента:

  • матрица - една от ДНК веригите,
  • нарастваща верига - РНК,
  • субстрат за синтез - рибонуклеотиди (UTP, GTP, CTP, ATP),
  • източник на енергия – UTP, GTP, CTP, ATP.
  • Ензими РНК полимераза и протеинови транскрипционни фактори.

Биосинтезата на РНК се извършва в част от ДНК, наречена транскриптон, тя е ограничена в единия край промоутър(начало), от другия - терминатор(край).

Еукариотните РНК полимерази имат две големи субединици и няколко малки субединици.

Етапи на транскрипция

Има три етапа на транскрипция: инициация, удължаване и терминация.

Посвещение

Промоторът съдържа сигнала за начало на транскрипция – ТАТА кутия. Това е името на определена последователност от ДНК нуклеотиди, която свързва първия иницииращ фактор TATA фактор. Този TATA фактор осигурява прикрепването на РНК полимераза към ДНК веригата, която ще се използва като шаблон за транскрипция (ДНК шаблонна верига). Тъй като промоторът е асиметричен ("TATA"), той свързва РНК полимеразата само в една ориентация, която определя посоката на транскрипция от 5" края към 3" края (5" → 3"). За свързване на РНК полимеразата към промотора е необходим друг иницииращ фактор - факторът σ (на гръцки σ - „сигма“), но веднага след синтеза на фрагмента на РНК семена (дълъг 8-10 рибонуклеотида), факторът σ се отделя от ензима.

Други иницииращи фактори развиват спиралата на ДНК пред РНК полимеразата.

Диаграма на процеса на транскрипция

Удължение

Факторите за удължаване на протеина осигуряват прогресията на РНК полимеразата по протежение на ДНК и развиват молекулата на ДНК над приблизително 17 нуклеотидни двойки. РНК полимеразата се движи със скорост 40-50 нуклеотида в секунда в посока 5"→3". Ензимът използва ATP, GTP, CTP, UTP едновременно като субстрат и като източник на енергия.