Что такое транскрипция кратко. Этапы транскрипции

Транскрипция — процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы, что происходит во всех живых клетках, то есть, это перенос генетической информации с ДНК на РНК.

В случае ДНК, кодирующего белок, транскрипция является первым шагом биосинтеза белков, процесса, который в конечном счете приводит к переводу генетического кода, через мРНК как промежуточного звена, в полипептидную последовательность функционального белка.

Транскрипция катализируется ферментом ДНК-зависимой РНК-полимеразы. Процесс синтеза РНК протекает в направлении от 5"- к 3"конца, то есть РНК-полимераза движется матричным цепочкой ДНК в направлении 3 "-> 5".

Уровень транскрипции большинства генов четко регулююеться с помощью факторов транскрипции. Именно на этом этапе происходит большая часть регуляции экспрессии генов.

Обычно процесс транскрипции делится на 4 стадии — пре-инициацию, инициацию, элонгацию и терминацию.

Транскрипционные фабрики Транскрипция осуществляется в так называемых «транскрипционных фабриках» (Cook PR, Science 1 999 1 999 Jun 11, 284 (5421): 1790-5 The organization of replication and transcription.). 8 РНК II полимеразы составляют основу этого огромного комлекса и организуют компактизации хроматина в ядре клетки. Визуализация сайтов транскрипции возможна с помощью бромоуридину in vivo и последующей иммунодетекциею флуоресцентно замеченными антителами.

Основные процессы

Транскрипция делится на пре-инициацию, инициацию, промоторной очистки, элонгацию и терминацию. Участок ДНК, на которой происходит синтез РНК носит название — транскриптон.

Пре-инициация

В эукариот: РНК-полимераза, а следовательно и инициация транскрипции, требует наличия промоторной последовательности. Промотор — участок ДНК, запускает транскрипцию и (у эукариот) находится в 30, 75 и 90 нуклеотидных пар до точки начала транскрипции. Факторы транскрипции — белки, связывающиеся с промоторной последовательностью и способствуют началу полимеризации РНК.

Инициация

У прокариот транскрипция начинается с связывания РНК-полимеразы с промотором. Прокариотическая РНК-полимераза содержит 5 субъединиц: 2 α субъединицы, 1 β субъединицы, 1 β"субъединицы и 1 ω субъединицы — вместе эти субъединицы образуют ядро ​​фермента (core). В начале инициации энзим связан с σ-фактором, который помогает находить нужные -35 и -10 точки впереди промоторной последовательности. Сочетание РНК-полимеразы с σ-фактором носит название голофермент.

В эукариот инициация гораздо более сложный процесс. Екуриотична РНК-полимераза не распознает промотор. В свою очередь, группа белков, названных факторами транскрипции, соединяются с промотором и только после этого РНК-полимераза "садится" на цепь ДНК формируя комплекс инициации транскрипции.

В археи транскрипция происходит подобно эукариот.

Промоторной очистки

Только первый связь синтезированы, РНК-полимераза должна очистить Промотер от факторов транскрипции. В этот промежуток времени фермент синтезирует короткие ("усеченные") куски РНК. Этот процесс называется оборвана ("абортивная") инициация и он общий для прокариот и эукариот.

У прокариот, оборвана инициация продолжается пока не будет синтезирован цепь РНК с пороговой длиной в 10 нуклеотидов, после чего промотор освобождается от комплекса инициации и формируется комплекс элонгации. σ-фактор отсоединяется от РНК-полимеразы по стохастической модели. Промотор отсоединяется благодаря "скрипящему" механизма, который обеспечивает накопление необходимого количества энергии путем псевдосинтезу РНК при оборванной инициации и разрыв связей между голоферментом и белками на промоторе.

В эукариот, после нескольких циклов 10-ти нуклеотидной оборванной инициации происходит промоторной очистки, совпадает с фосфорилированием серин-5 С-концевого домена РНК-полимеразы II в. Это приводит к запуску энзима кепування мРНК (англ. MRNA-capping enzyme). Точный механизм, которым этот фермент индуцирует промоторной очистки в эукариот до сих пор не объясним.

Элонгация

Одна цепь ДНК — матричная нить (или некодирующих нить), становится матрицей для синтеза РНК. Только начинается транскрипция, РНК-полимераза перемещается матричной нитью и, используя свойство комплементарности оснований, строит на ДНК-матрице РНК копию. Хотя РНК-полимераза проходит матричной нитью от 3 "→ 5", кодирующая нити и вновь РНК также могут быть использованы в качестве опорных точек, так что транскрипция может быть описана так, будто бы происходит в направлении 5 "→ 3". Это приносит молекулу РНК точной копией кодирующего цепи (за исключением того, что тимин заменен урацилом, и нуклеотиды состоят из рибозы, тогда как в ДНК — дезоксирибоза).

Транскрипция мРНК може втягивать несколько РНК-полимеразы в едином матрице ДНК и продолжаться циклически (амплификация частей мРНК), так что с одной копии гена можно быстро синтезировать много молекул мРНК.

Элонгация также включает в себя корректирующий механизм, который может заменить неправильно включены основы. В эукариот, он может отвечать коротким паузами во время транскрипции, позволяющие связываются с новосинтезированные цепью соответствующим факторам редактирования РНК. Эти паузы могут возникать также из-за особенности действия РНК-полимеразы или через структуру хроматина.

Согласно принципу последовательности, информация переносится от ДНК к РНК и белкам: ДНК -> РНК -> белок. В связи с этим обратимся к содержанию транскрипции (от лат. transcriptio - переписывание), наряду с репликацией ДНК являющейся важнейшим генно-молекулярным механизмом. Транскрипция во многом похожа на репликацию, но, разумеется, у нее есть и многочисленные особенности. Одна из них состоит в том, что при выяснении содержания транскрипции непременно необходимо учитывать строение генов. Дело в том, что в репликации воспроизводятся все структурные единицы генов, чего нет при транскрипции.

Традиционно ген определяется как единица наследственной информации, детерминирующая выполнение организмом определенной функции. Ген состоит из регуляторной и кодирующей части. Транскрибируется только кодирующая часть, которая состоит из экзонов и нитронов. Такая транскрипция характерна для незрелой РНК. Она находит свое продолжение в окончательной стадии транскрипции, при которой из незрелой РНК исключаются все интроны, а оставшиеся экзоны объединяются. В месте промотора с регуляторной частью гена связывается РНК-полимераза, которая в результате инициирует начало транскрипции на одной из двух цепей ДНК. На рис. 6.8 представлена схема устройства гена эукариотов, а также зрелой и незрелой РНК.

Некоторые из использованных выше терминов, очевидно, нуждаются в характеристике.

Рис. 6.8.

Промотор (от фраиц. promoteur - основатель, инициатор) - это последовательность нуклеотидов ДНК, которая позволяет регулировать экспрессию генов. Он находится около 5"-гена и, следовательно, непосредственно перед той частью гена, которая кодирует РНК. Существенным признаком промотора является его специфическое взаимодействие с ДНК зависимыми белками, которые посредством РНК-полимеразы определяют начало транскрипции. Такие белки называются факторами транскрипции.

Наряду с промотором к регуляторной части гена относятся последовательности нуклеотидов, которые также оказывают существенное влияние на экспрессию генов. Энхансеры (англ, enhancer - усилитель, увеличитель) ее усиливают, а сайленсеры (от англ, silencer - глушитель) подавляют, но не сами по себе, а лишь в случае воздействия на них факторов транскрипции. Пространственное положение энхансеров и сайленсеров не является четко определенным, они могут находиться на меньшем или большем расстоянии от промотора.

Экзон (англ, expressed region - область выражения) - участок гена, кодирующий зрелую РНК и белки. Экзоны являются первичными генетическими единицами, от которых решающим образом зависит облик всего биологического мира. Именно их перекомбинация приводит к образованию новых генов и белков. Всего лишь 1,5% генного состава ДНК определяет синтез белков. Другая часть этого состава либо вообще не транскрибируется, либо определяет строение таких разновидностей РНК, например транспортных РНК, которые не обладают функцией синтеза белков.

Интрон (от англ, intervening regions - промежуточные области) - участок гена, который не содержит информации о зрелых РНК и белках. Биологические функции интронов изучены значительно хуже, чем функции экзонов. Большие споры вызывает также вопрос об их происхождении: то ли они возникли вместе с прокариотами, то ли вместе с эукариго- тами или же даже позже их. В одном гене человека в среднем содержится 8,8 экзона и 7,8 ингрона, но ингроны в среднем приблизительно в 25 раз длиннее экзонов .

После сказанного нетрудно представить в себе в основных чертах весь процесс транскрипции (рис. 6.9).

Рис. 6.9.

Этап инициации. Под воздействием ферментов, в частности энхансеров, присоединившись к промотору, РНК-полимераза разрывает азотистые основания (указаны на рис. 6.9 вертикальными короткими линиями) и выбирает ту ветвь ДНК, которая становится матрицей транскрипции (на рис. 6.9. это нижняя линия). Она также создает глазок транскрипции (на рис. 6.9. это треугольная крышечка). При этом для этапа элонгации обнажается 10-20 пар неклеотидов. Интересно, что в случае транскрипции нет необходимости в формировании праймера, характерного для процесса репликации ДНК. Транскрипция обходится без праймера.

Этап элонгации. Под действием РНК-полимеразы в области транскрипционного глазка формируется РНК. В отличие от ДНК-полимеразы РНК-полимераза не способна корректировать правильность синтеза РНК-цепи и исправлять допущенные ошибки. Если в процессе синтеза возникают затруднения, то движение РНК-полимеразы приостанавливается. В результате вероятность ошибочной сборки РНК снижается. Транскрипция не прекращается, глазок удаляется от промотера. В тех областях, которые миновал глазок, восстанавливается дуплексная структура ДНК. Цепь синтезируемой РНК постепенно удлиняется. Она растет в направлении 5"-3".

Этап терминации. Он наступает в силу воздействия на РНК-полимеразу вспомогательных факторов. Как только область транскрипции достигается экзонуклеазами, транскрипция прекращается, а РНК-полимераза и РНК отделяются друг от друга. ДНК полностью восстанавливает свою дуплексную структуру.

Информация обо всех разновидностях РНК содержится в ДНК. Впрочем, не все они транскрибируются непосредственно на матричной ДНК.

Некоторые РНК являются модификациями ранее транскрибированных РНК. Для нас, знакомящихся с основаниями молекулярной генетики, наибольший интерес представляют РНК, участвующих непосредственно в синтезе белков. Их всего 5 типов (табл. 6.4).

Таблица 6.4

РНК, участвующие в синтеза белков

* Информационная РНК - то же самое, что матричная РНК; ** SPR - сокр. англ. signal recognition particle - частицы, распознающие сигналы.

Транскрипция всех РНК происходит иод действием определенных РНК-полимераз или их сочетаний. В табл. 6.5 приведены основные три типа РНК-полимераз.

Таблица 6.5

Типы РНК-полимераз

’ Малые (короткие) РГК отличаются от длинных РНК. Микро РНК являются разновидностью малых РНК, которые составляют 98% всего рибонуклеотидного материала.

В заключение параграфа отметим, что наряду с прямой транскрипцией возможна и обратная. Способностью транскрибировать РНК в ДНК обладают ретровирусы, в частности ВИЧ, ответственный за СПИД. Ретровирус встраивается в клетку. Специальный фермент обратная транскриптаза осуществляет транскрипцию РНК -» ДНК. Затем на полученной цепи ДНК как на матрице достраивается вторая цепь ДНК. После чего реализуется цикл ДНК -> РНК -» белки. Некоторые эукариоты содержат фермент теломеразу, которая также инициирует обратную транскрипцию. Феномен обратной транскрипции должен учитываться при формулировке принципа последовательности. Он не должен интерпретироваться в качестве отрицания обратной транскрипции.

• Ген состоит из регуляторной и кодирующей части.
• Кодирующая часть гена включает экзоны и нитроны.
• Интроны не транскрибируются в зрелую РНК.
• Транскрипция включает этапы инициации, элонгации и терминации.
• Существуют различные типы и виды как PIIK, так и РИК-полимераз транскрипции.
• Синтез любой РНК осуществляет либо одна, либо несколько полимераз, причем нс без участия белковых ферментов.

• SakharkarM. К., Chow V. Т., Kangueane Р. Distributions of Exons and Introns in the HumanGenome //In Silicio Biology. 2004. Vol. 4. No. 4. P. 387-393.

Транскрипция в биологии, осуществляющийся в живых клетках биосинтез рибонуклеиновой кислоты (РНК) на матрице ‒ дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК). Т. ‒ один из фундаментальных биологических процессов, первый этап реализации генетической информации, записанной в ДНК в виде линейной последовательности 4 типов мономерных звеньев ‒ нуклеотидов (см. Генетический код ). Т. осуществляется специальными ферментами ‒ ДНК зависимыми РНК-полимерами. В результате Т. образуется полимерная цепь РНК (также состоящая из нуклеотидов), последовательность мономерных звеньев которой повторяет последовательность мономерных звеньев одной из двух комплементарных цепей копируемого участка ДНК. Продуктом Т. являются 4 типа РНК, выполняющих различные функции: 1) информационные, или матричные, РНК, выполняющие роль матриц при синтезе белка рибосомами (трансляция ); 2) рибосомальные РНК, являющиеся структурными компонентами рибосом ; 3) транспортные РНК, являющиеся основными элементами, осуществляющими при синтезе белка перекодирование информации, заключённой в информационной РНК, с языка нуклеотидов на язык аминокислот; 4) РНК, играющие роль затравки репликации ДНК. Т. ДНК происходит отдельными участками, в которые входит один или несколько генов (см., например, Оперон ). Фермент РНК-полимераза «узнаёт» начало такого участка (промотор), присоединяется к нему, расплетает двойную спираль ДНК и копирует, начиная с этого места, одну из её цепей, перемещаясь вдоль ДНК и последовательно присоединяя мономерные звенья ‒ нуклеотиды ‒ к образующейся РНК в соответствии с принципом комплементарности . По мере движения РНК-полимеразы растущая цепь РНК отходит от матрицы и двойная спираль ДНК позади фермента восстанавливается (рис. ). Когда РНК-полимераза достигает конца копируемого участка (терминатора), РНК отделяется от матрицы. Число копий разных участков ДНК зависит от потребности клеток в соответственных белках и может меняться в зависимости от условий среды или в ходе развития организма. Механизм регуляции Т. хорошо изучен у бактерий; изучение регуляции Т. у высших организмов ‒ одна из важнейших задач молекулярной биологии .

Перенос информации возможен не только с ДНК на РНК, но и в обратном направлении ‒ с РНК на ДНК. Подобная обратная Т. происходит у РНК-содержащих опухолеродных вирусов . В их составе обнаружен фермент, который после заражения клеток использует вирусную РНК как матрицу для синтеза комплементарной нити ДНК. В результате образуется двунитевой РНК-ДНК гибрид, используемый для синтеза второй нити ДНК, комплементарной первой. Возникающая двуспиральная ДНК, несущая всю информацию исходной РНК, может встраиваться в хромосомы клетки, пораженной вирусом, и вызывать её злокачественное перерождение. Открытие обратной Т. послужило веским подтверждением вирусно-генетической теории рака, выдвинутой советским учёным Л. А. Зильбером . Обратная Т., возможно, играет важную роль в системах реализации и накопления информации в нормальных клетках, например при эмбриональном развитии.

Фермент, осуществляющий обратную Т.‒ РНК зависимая ДНК-полимераза (обратная транскриптаза, ревертаза), подобен по свойствам ДНК зависимым ДНК-полимеразам и значительно отличается от ДНК зависимых РНК-полимераз, ведущих Т.

Лит.: Темин Г., РНК направляет синтез ДНК, «Природа», 1972, № 9; Гершензон С. М., Обратная транскрипция и ее значение для общей генетики и онкологии, «Успехи современной биологии», 1973, т. 75, №3; Стент Г., Молекулярная генетика, пер. с англ., М., 1974, гл. 16.

• - биосинтез молекул РНК, на соотв. участках ДНК; первый этап реализации генетич. информации в живых клетках...

  Биологический энциклопедический словарь

• - процесс переноса генетической информации с генома на иРНК. Осуществляется полимеразами...

  Словарь микробиологии

• - См. сопряженная с трансляцией...
• - transcription - .Синтез РНК на матрице ДНК - первый этап реализации генетической информации; у прокариот Т. осуществляется с участием холофермента РНК-полимеразы Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь

• - перенос информации о нуклеотидной последовательности ДНК на информационную РНК в процессе синтеза белков...

  Словарь ботанических терминов

• - биосинтез молекул РНК на соотв. участках ДНК; первый этап реализации генетич...

  Естествознание. Энциклопедический словарь

• - биосинтез молекул РНК на соответствующих участках ДНК, как первый этап реализации генетической информации в клетке, в процесе которого последовательность нуклеотидов ДНК «переписывается» в нук-леотидную...

  Начала современного Естествознания

• - Наверное, вам иногда приходилось слышать, как, объявляя очередной номер концертной программы, ведущий фортепианного вечера говорит: «Бах -- Бузони. Чакона». Или: «Шуберт -- Лист. Серенада». «Глинка -- Балакирев...

  Музыкальный словарь

• - в почерковедении состав подписи, определенная последовательность выполнения элементов подписи. Виды Т.: буквенная - подпись состоит только из букв...

  Криминалистическая энциклопедия

• - в биологии первый этап реализации генетической информации в клетке, в процессе которого происходит биосинтез молекул информационной рибонуклеиновой кислоты на матрице дезоксирибонуклеиновой кислоты...

  Большой медицинский словарь

• - письменное изображение звуков и форм известного языка, обладающего или не обладающего собственной системой письма, при помощи письменной системы, обычно данному языку не свойственной и принадлежащей...

  Энциклопедический словарь Брокгауза и Евфрона

• - I Транскри́пция письменное воспроизведение слов и текстов с учётом их произношения средствами определённой графической системы. Т. бывает научная и практическая...

  Большая Советская энциклопедия

• - биосинтез молекул РНК на соответствующих участках ДНК...

  Современная энциклопедия

• - переложение музыкального произведения для какого-либо инструмента. Например, транскрипция для фортепьяно песен Ф. Шуберта, фрагментов из опер Дж. Верди, В.А. Моцарта, принадлежащие Ф. Листу...

  Современная энциклопедия

• - в биологии - биосинтез молекул РНК на соответствующих участках ДНК...

  Большой энциклопедический словарь

• - Транскрипция - это система передачи правильного звучания слова какого-либо языка при помощи каких-либо основных символов и дополнительных знаков. Транскрипция может осуществляться средствами графики своего языка...

  Правила русского правописания

"Транскрипция (в биологии)" в книгах

Обратная транскрипция - создание ДНК-копии по матрице РНК

Обратная транскрипция - создание ДНК-копии по матрице РНК За десять лет после открытия структуры ДНК и расшифровки генетического кода сформулированная Джеймсом Уотсоном в 1952 г. гипотеза об однонаправленном переносе генетической информации (от нуклеиновых кислот к

Обратная транскрипция

Транскрипция

Обратная транскрипция