Транскрипция в биологии — это процесс, в ходе которого происходит синтез РНК на основе ДНК. Этот процесс играет ключевую роль в экспрессии генов, так как он позволяет клетке «переписать» информацию, заложенную в ДНК, в форму, подходящую для последующего использования в синтезе белков. Транскрипция является первым этапом в процессе генной экспрессии и предшествует трансляции — синтезу белков.
Структура и важность транскрипции
Процесс транскрипции включает несколько этапов:
Инициация — начало транскрипции.
Элонгация — удлинение РНК.
Терминация — завершение транскрипции.
Транскрипция важна, потому что она является первым шагом в создании функциональных молекул РНК, которые затем могут быть использованы для синтеза белков (в процессе трансляции). Однако РНК также может выполнять различные функции сама по себе, не только как посредник между ДНК и белками. Например, рибосомальная РНК (рРНК) и транспортная РНК (тРНК) участвуют в процессе синтеза белков.
1. Инициация транскрипции
Процесс начинается с того, что фермент РНК-полимераза (в организме человека — это основной фермент для транскрипции) связывается с определенной областью на ДНК, называемой промотором. Промотор — это участок ДНК, расположенный непосредственно перед геном, который активирует начало транскрипции. Промотор содержит специфические последовательности, такие как TATA-box, которые распознаются РНК-полимеразой и другими трансCRIPTION факторами.
В проанимальных клетках на этот процесс также влияют белки, называемые протрансCRIPTION-факторами. Они помогают РНК-полимеразе найти и связаться с промотором.
Когда РНК-полимераза связывается с промотором, она начинает разделять два цепи ДНК, создавая «пламя» — локальное разделение цепей. Это открывает доступ к области, которая будет использована для синтеза РНК.
2. Элонгация транскрипции
После того как РНК-полимераза правильно присоединилась к промотору, начинается сам процесс синтеза РНК. Во время элонгации РНК-полимераза идет вдоль ДНК и использует одну из цепей как матрицу для синтеза новой молекулы РНК. Эта цепь называется матрицей. РНК-полимераза читает матричную цепь ДНК в направлении от 3′ к 5′ и синтезирует РНК в направлении от 5′ к 3′. Это означает, что в процессе транскрипции на матрице ДНК будет синтезироваться комплементарная РНК-цепь.
В отличие от ДНК, где используется дезоксирибоза, в РНК используется рибоза (соединение, содержащее кислород в отличие от дезоксирибозы).
Вместо тимина (Т) в РНК используется урацил (У), который комплементарен аденину (А) в ДНК.
РНК-полимераза добавляет нуклеотиды (аденин, урацил, гуанин, цитозин) к растущей цепи РНК, которая отрывается от матрицы.
3. Терминация транскрипции
Терминация — это завершение транскрипции. Когда РНК-полимераза достигает специфической последовательности нуклеотидов, называемой терминатором, процесс синтеза РНК заканчивается. Эти терминаторные сигналы различаются в зависимости от того, идет ли речь о прокариотах (бактериях) или эукариотах (животных, растений, грибах).
В прокариотах терминация может происходить с образованием терминаторной петли, которая вызывает отсоединение РНК-полимеразы от ДНК.
В эукариотах процесс терминации более сложный и включает дополнительные этапы, такие как процессинг РНК (например, добавление 5′-кэпа, полиаденилирование и сплайсинг).
Транскрипция в прокариотах и эукариотах
Существует несколько ключевых различий в том, как происходит транскрипция в прокариотах и эукариотах.
Прокариоты (например, бактерии):
В прокариотах транскрипция происходит в цитоплазме, поскольку у них нет ядра.
Процесс синтеза РНК и ее использование начинаются почти одновременно.
Один РНК-полимеразный комплекс может использоваться для транскрипции различных генов (оперантов), и регуляция транскрипции часто включает взаимодействие с конкретными операторами и промоторами.
Эукариоты:
В эукариотах транскрипция происходит в ядре клетки, а синтезированные молекулы РНК затем должны покинуть ядро для выполнения своих функций в цитоплазме.
В эукариотах существует несколько типов РНК-полимераз (I, II, III), каждая из которых отвечает за транскрипцию различных типов РНК (например, рРНК, мРНК, тРНК).
Кроме того, в эукариотах транскрипция включает этапы обработки РНК, такие как сплайсинг (удаление интронов из мРНК), добавление 5′-кэпа и полиаденилирование на 3′-конце, чтобы стабилизировать молекулу и подготовить ее к выходу из ядра.
Роль транскрипции в клеточной функции
Транскрипция имеет огромное значение для функционирования клетки, так как именно она переводит информацию из ДНК в молекулы РНК, которые могут быть использованы для синтеза белков, а также для выполнения других клеточных функций. Без транскрипции невозможен нормальный процесс генной экспрессии и жизнедеятельности клеток.
Молекулы, образующиеся в процессе транскрипции
В результате транскрипции образуется несколько типов РНК:
мРНК (матричная РНК) — несет информацию от гена на ДНК и служит шаблоном для синтеза белков в процессе трансляции.
рРНК (рибосомальная РНК) — входит в состав рибосом, участвует в синтезе белков.
тРНК (транспортная РНК) — переносит аминокислоты к рибосомам для сборки белков.
микроРНК (микроРНК) и другие некодирующие РНК — регулируют активность генов и могут участвовать в клеточных процессах без синтеза белков.
Транскрипция также может регулироваться различными факторами, например, в ответ на изменения в окружающей среде или внутри клетки, что позволяет клетке адаптироваться к изменениям.
Заключение
Транскрипция — это фундаментальный процесс, который лежит в основе функционирования всех живых организмов. Он не только служит связующим звеном между генетической информацией, содержащейся в ДНК, и белковыми молекулами, но и помогает клетке адаптироваться к изменяющимся условиям.
