Faze transkripcije. Transkripcija u biologiji - šta je to? Rezultat transkripcije u biologiji

Transkripcija- proces sinteze RNK koristeći DNK kao šablon, koji se odvija u svim živim ćelijama. Drugim riječima, to je prijenos genetske informacije sa DNK na RNK.
Tokom transkripcije gena, dolazi do biosinteze molekula RNK, komplementarne jednom od šablonskih lanaca DNK, praćene polimerizacijom četiri ribonukleozid trifosfata (ATP, GTP, CTP i UTP) sa formiranjem 3"–5" fosfodiestarskih veza i oslobađanje anorganskog pirofosfata.
Transkripciju katalizira enzim DNK-ovisna RNA polimeraza. Proces sinteze RNK teče u smjeru od 5" do 3" kraja, odnosno duž lanca DNK šablona, ​​RNA polimeraza se kreće u smjeru 3"->5"
RNA polimeraze se mogu sastojati od jedne ili više podjedinica. U mitohondrijima i nekim bakteriofagima, na primjer SP6, T7, sa malim brojem gena u jednostavnim genomima, gdje nema složene regulacije, RNA polimeraza se sastoji od jedne podjedinice. Za bakterije i eukariote, sa velikim brojem gena i složenim regulatornim sistemima, RNA polimeraze se sastoje od nekoliko podjedinica. Pokazalo se da fagne RNK polimeraze koje se sastoje od jedne podjedinice mogu stupiti u interakciju s bakterijskim proteinima, što mijenja njihova svojstva [Patrushev, 2000].
Kod prokariota, sintezu svih vrsta RNK vrši isti enzim.
Eukarioti imaju 3 nuklearne RNA polimeraze, mitohondrijalne RNA polimeraze i hloroplastne RNA polimeraze.
Ribonukleozid trifosfati (aktivirani nukleotidi) služe kao supstrati za RNA polimeraze. Cijeli proces transkripcije odvija se zahvaljujući energiji visokoenergetskih veza aktiviranih nukleotida.

Prvi nukleotid u RNK je uvijek purin u obliku trifosfata.
Transkripcijski faktori- proteini koji međusobno djeluju, regulatorni regioni DNK i RNA polimeraze da formiraju transkripcijski kompleks i regulišu transkripciju. Zahvaljujući faktorima transkripcije i genskim regulatornim sekvencama, moguća je sinteza specifične RNK.
Principi transkripcije
komplementarnost - mRNA je komplementarna lancu DNK šablona i slična je lancu koji kodira DNK
antiparalelizam
unipolarnost
bez prajmera - RNA polimeraza ne zahteva prajmer
asimetrija
Faze transkripcije

1. prepoznavanje promotera i vezivanje- RNA polimeraza se vezuje za TATA kutiju 3’ promotora uz pomoć osnovnih transkripcionih faktora, dodatni faktori inhibiraju ili stimulišu vezivanje
2. iniciranje- formiranje prve fosfodiestarske veze između Pu i prvog nukleotida. Nukleotid komplementaran drugom nukleotidu DNK dodaje se purin trifosfatu uz odvajanje pirofosfata od nukleozid trifosfata formirajući diestersku vezu
3. izduženje(3’→5’) - mRNA homologna ne-template (kodirajuće, osjetilne) DNK, sintetizirana na šablonskoj DNK; koji će od dva lanca DNK biti šablon, određuje se smjerom promotora
4. prestanak

Fabrike transkripcije

Postoji niz eksperimentalnih podataka koji ukazuju na to da se transkripcija odvija u takozvanim transkripcijskim fabrikama: ogromni, prema nekim procjenama, do 10 MDa kompleksa koji sadrže oko 8 RNA polimeraza II i komponente za naknadnu obradu i spajanje, kao i dokaz -čitanje novosintetizovanog transkripta. U ćelijskom jezgru postoji stalna izmjena između grupa rastvorljive i aktivirane RNK polimeraze. Aktivna RNA polimeraza je uključena u takav kompleks, koji je zauzvrat strukturna jedinica koja organizira zbijanje kromatina. Najnoviji podaci. ukazuju da tvornice transkripcije postoje u odsustvu transkripcije, one su fiksirane u ćeliji (još nije jasno da li stupaju u interakciju sa ćelijskim matriksom ili ne) i predstavljaju nezavisan nuklearni potkompartment. Pokušaji izolacije proteinskog funkcionalnog kompleksa tvornice transkripcije još nisu doveli do uspjeha zbog njegove ogromne veličine i niske topljivosti.

1. Inicijacija je prva faza transkripcije, tokom koje dolazi do vezivanja RNA polimeraze sa promotorom i stvaranjem prve internukleotidne veze.

U bakterijama holoenzim RNA polimeraza direktno prepoznaje određene sekvence nukleotidnih parova u promotoru: sekvencu 5-TATAAT-3 (koja se nalazi na udaljenosti od 10 nukleotida od početne tačke transkripcije i naziva se Pribnow kutija) i sekvencu 5-TTGACA -3 (udaljeno od početne tačke transkripcije za 35 nukleotida). Kod nekih operona, na primjer kod laktoze, neophodna je preliminarna interakcija sa promotorom dodatnog proteina ( SAR mijenja strukturu promotora, naglo povećavajući njegov afinitet za RNA polimerazu).

Eukariotske RNA polimeraze nisu sposobne da se nezavisno vežu za promotore transkribovanih gena. Opći faktori transkripcije (TF) su uključeni u vezivanje RNA polimeraza za transkriptone. Oni se razlikuju od σ faktora prokariota po tome što se mogu vezati za DNK nezavisno od RNA polimeraze. Polimeraze I, II i III zahtevaju prisustvo različitih faktora transkripcije, označenih kao TF I, TF II i TF III, respektivno. Promoteri eukarioti složeniji su od prokariotskih i sastoje se od nekoliko elemenata. Najbliža početnoj tački transkripcije je TATA domen, koji se još naziva i Hognessov domen. Nakon toga slijede CAAT i GC domeni. Eukariotski promotori mogu sadržavati različite kombinacije ovih elemenata, ali nijedan od njih se ne nalazi u svim promotorima. CAAT domen igra bitnu ulogu u započinjanju transkripcije; čini se da TATA i GC obavljaju pomoćne funkcije.

Vezivanjem za promotor, RNA polimeraza uzrokuje lokalnu denaturaciju DNK, odnosno razdvajanje lanaca DNK na otprilike 15 parova nukleotida. Formira se transkripcijsko "oko". Prvi koji se uključuje u lanac RNK koji se gradi je purinski nukleotid - ATP ili GTP, dok se sva tri njegova fosfatna ostatka zadržavaju. Nakon formiranja prve fosfodiestarske veze, σ faktor u bakterijama gubi vezu sa enzimom, a preostali jezgro-enzim počinje da se kreće duž DNK. Nakon iniciranja transkripcije, eukariotska RNA polimeraza takođe gubi kontakt sa transkripcionim faktorima i kreće se nezavisno duž DNK.

2. Izduženje - sekvencijalno produžavanje rastućeg lanca RNK. Krećući se duž dvostruke spirale DNK, RNA polimeraza neprekidno odmotava spiralu ispred mjesta gdje se odvija sinteza RNA. Za kratko vrijeme nastaje takozvani otvoreni kompleks unutar kojeg se pojavljuje spirala RNA-DNK duga oko 20 nukleotida.
(Sl. 30). Zatim ga enzim (koristeći posebno mjesto) ponovo izvrće

Rice. 30. Elongacija transkripcije

DNK iza mjesta polimerizacije. RNK transkript se uklanja iz kompleksa kroz poseban kanal karakterističan za RNA polimerazu.

Stopa sinteze RNK u bakterijama je oko 30 nukleotidi u sekundi, međutim, nije konstantan i može se blago smanjiti. Takvi periodi se nazivaju pauze transkripcije.

Pokazalo se da čak i prije formiranja RNA-DNK hibrida, RNA polimeraza pretvara DNK iz B oblika u A oblik. U njemu ravni azotnih baza nisu okomite na osu spirale, već su nagnute za 20 0 u odnosu na okomicu. Ovo vjerovatno olakšava razdvajanje dvije susjedne azotne baze u lancu DNK. Parametri RNA-DNK heliksa su također gotovo potpuno identični karakteristikama A-forme DNK.

3. Terminacija (kraj transkripcije) je određena posebnom sekvencom nukleotida DNK koja se nalazi u zoni terminatora operona.

Postoje dvije vrste terminatora u bakterijskim operonima:

- ρ (rho)- nezavisni terminatori (tip I);

- ρ - zavisni terminatori (tip II).

Rice. 31. ρ- nezavisna terminacija transkripcije u bakterijama

ρ-nezavisni terminatori sastoje se od sekvenci koje predstavljaju obrnuti ponavljanje - palindrom (Sl. 31), a nalaze se 16-20 parova nukleotida od tačke terminacije. Palindromi(sekvencije koje glase isto s lijeva na desno i s desna na lijevo) ρ- nezavisni terminatori sadrže veliki broj G-C ponavljanja. Iza ovog odeljka na lancu šablona nalazi se oligo (A) sekvenca (4-8 adenil nukleotida u nizu). Transkripcija u palindromskoj regiji dovodi do činjenice da se u rezultujućem RNK transkriptu brzo formira stabilan element sekundarne strukture - "ukosnica" - spiralna regija koja sadrži komplementarne

G-C parovi. "Ukosnica" remeti snagu DNK-RNA veze u otvorenom kompleksu. Osim toga, transkripcija oligo(A) sekvence u lancu šablona dovodi do formiranja DNK-RNA hibridne sekcije sastavljene od slabih A-U parova, što također doprinosi razaranju kontakta između DNK i RNK.

ρ-ovisni terminatori. Jedan od faktora transkripcije prokariota je protein ρ . ρ -faktor je protein kvartarne strukture koji ima aktivnost ATPaze. Sposoban je da se veže za 5-kraj sintetizovane RNK dužine oko 50 nukleotida. ρ -faktor se kreće duž RNK istom brzinom kao što se RNA polimeraza kreće duž DNK. Zbog činjenice da u terminatoru postoji mnogo G-C parova (sa tri vodikove veze), RNA polimeraza u terminatorskoj regiji usporava, ρ -faktor ga sustiže, menja konformaciju enzima i zaustavlja se sinteza RNK (slika 32).

Tri ključna događaja se dešavaju na oba tipa terminatora:

zaustavlja se sinteza RNK;

RNK lanac je oslobođen DNK;

RNK polimeraza se oslobađa iz DNK.

Sa konceptom transkripcije susrećemo se prilikom učenja stranog jezika. Pomaže nam da pravilno prepišemo i izgovorimo nepoznate riječi. Šta se podrazumeva pod ovim pojmom u prirodnim naukama? Transkripcija u biologiji je ključni proces u sistemu reakcija biosinteze proteina. Upravo to omogućava ćeliji da se snabdijeva peptidima koji će u njoj obavljati konstrukcijske, zaštitne, signalne, transportne i druge funkcije. Samo prepisivanje informacija iz DNK lokusa na molekul informacione ribonukleinske kiseline pokreće ćelijski aparat za sintezu proteina, koji obezbeđuje biohemijske reakcije translacije.

U ovom članku ćemo se osvrnuti na faze transkripcije i sinteze proteina koji se javljaju u različitim organizmima, a također ćemo odrediti značaj ovih procesa u molekularnoj biologiji. Pored toga, daćemo definiciju šta je transkripcija. U biologiji se znanja o procesima koji nas zanimaju mogu dobiti iz odjeljaka kao što su citologija, molekularna biologija i biokemija.

Osobine reakcija matrične sinteze

Za one koji su upoznati sa osnovnim tipovima hemijskih reakcija koje se izučavaju na kursu opšte hemije, procesi matrične sinteze biće potpuno novi. Razlog je sljedeći: takve reakcije koje se dešavaju u živim organizmima osiguravaju kopiranje matičnih molekula pomoću posebnog koda. Nije odmah otkrivena, bolje je reći da je sama ideja o postojanju dva različita jezika za pohranjivanje nasljednih informacija probijala svoj put kroz dva stoljeća: od kraja 19. do sredine 20. Da bismo bolje zamislili šta su transkripcija i prevođenje u biologiji i zašto se odnose na reakcije matrične sinteze, okrenimo se tehničkom rečniku radi analogije.

Sve je kao u štampariji

Zamislite da treba da štampamo, na primer, sto hiljada primeraka popularnih novina. Sav materijal koji ulazi u njega skuplja se na matičnom nosaču. Ovaj prvi obrazac naziva se matrica. Zatim se replicira na štamparskim mašinama - prave se kopije. Slični procesi se dešavaju i u živoj ćeliji, samo molekuli DNK i mRNA naizmjenično služe kao šabloni, a glasnička RNK i proteinski molekuli služe kao kopije. Pogledajmo ih detaljnije i otkrijemo da je transkripcija u biologiji reakcija sinteze matriksa koja se događa u jezgri ćelije.

Genetski kod je ključ tajne biosinteze proteina

U modernoj molekularnoj biologiji više se nitko ne raspravlja o tome koja je supstanca nosilac nasljednih svojstava i pohranjuje podatke o svim proteinima tijela bez izuzetka. Naravno, radi se o deoksiribonukleinskoj kiselini. Međutim, izgrađen je od nukleotida, a proteini, o čijem sastavu su pohranjeni podaci u njemu, predstavljeni su molekulima aminokiselina koji nemaju nikakav kemijski afinitet s DNK monomerima. Drugim riječima, imamo posla sa dva različita jezika. U jednoj od njih riječi su nukleotidi, u drugoj su to aminokiseline. Šta će djelovati kao prevodilac koji će prekodirati informacije dobijene kao rezultat transkripcije? Molekularna biologija vjeruje da tu ulogu igra genetski kod.

Jedinstvena svojstva ćelijskog koda

Ovo je kod, čija je tabela prikazana u nastavku. Na njegovom stvaranju radili su citolozi, genetičari i biohemičari. Osim toga, u razvoju koda korišteno je znanje iz kriptografije. Uzimajući u obzir njegova pravila, moguće je uspostaviti primarnu strukturu sintetiziranog proteina, jer je prevođenje u biologiji proces prevođenja informacija o strukturi peptida sa jezika RNA nukleotida na jezik aminokiselina proteina. molekula.

Ideju o kodiranju u živim organizmima prvi je iznio G. A. Gamov. Dalji naučni razvoj doveo je do formulacije njegovih osnovnih pravila. Prvo je ustanovljeno da je struktura od 20 aminokiselina šifrovana u 61 tripletu glasničke RNK, što je dovelo do koncepta degeneracije koda. Zatim smo odredili sastav ne-ness kodona, koji djeluju kao početak i zaustavljanje procesa biosinteze proteina. Tada su se pojavile odredbe o njegovoj kolinearnosti i univerzalnosti, upotpunjavajući harmoničnu teoriju genetskog koda.

Gdje se događa transkripcija i prijevod?

U biologiji, nekoliko njenih sekcija koje proučavaju strukturu i biohemijske procese u ćeliji (citologija i molekularna biologija) određuju lokalizaciju reakcija sinteze matriksa. Dakle, transkripcija se dešava u jezgru uz učešće enzima RNA polimeraze. U svojoj karioplazmi, molekula mRNA se sintetizira iz slobodnih nukleotida prema principu komplementarnosti, kopirajući informacije o strukturi peptida iz jednog strukturnog gena.

Zatim napušta ćelijsko jezgro kroz pore u nuklearnoj ovojnici i završava u citoplazmi stanice. Ovdje se mRNA mora kombinirati s nekoliko ribozoma kako bi formirala polisom, strukturu spremnu da se sastane s molekulima transportnih ribonukleinskih kiselina. Njihov zadatak je da dovedu aminokiseline na mjesto druge reakcije sinteze matriksa - translacije. Razmotrimo detaljno mehanizme obe reakcije.

Osobine formiranja mRNA molekula

Transkripcija u biologiji je prepisivanje informacija o strukturi peptida iz strukturnog gena DNK na molekul ribonukleinske kiseline, što se naziva informacijskim. Kao što smo ranije rekli, javlja se u jezgru ćelije. Prvo, DNK restrikcijski enzim razbija vodonične veze koje povezuju lance deoksiribonukleinske kiseline, a njegova spirala se odmotava. Enzim RNA polimeraza se veže za slobodna polinukleotidna mjesta. Aktivira sklapanje kopije - molekule mRNA, koja osim informativnih dijelova - egzona - sadrži i prazne nukleotidne sekvence - introne. Oni su balast i zahtijevaju uklanjanje. Ovaj proces se u molekularnoj biologiji naziva obrada ili sazrijevanje. Time je transkripcija završena. Biologija to ukratko objašnjava na sljedeći način: samo gubitkom nepotrebnih monomera nukleinska kiselina će moći napustiti jezgro i biti spremna za daljnje faze biosinteze proteina.

Reverzna transkripcija kod virusa

Nećelijski oblici života upadljivo se razlikuju od prokariotskih i eukariotskih ćelija ne samo po svojoj vanjskoj i unutrašnjoj strukturi, već i po reakcijama sinteze matriksa. Sedamdesetih godina prošlog veka nauka je dokazala postojanje retrovirusa - organizama čiji se genom sastoji od dva RNK lanca. Pod djelovanjem enzima - reversetaze - takve virusne čestice kopiraju molekule DNK iz dijelova ribonukleinske kiseline, koje se zatim uvode u kariotip ćelije domaćina. Kao što vidimo, kopiranje nasljednih informacija u ovom slučaju ide u suprotnom smjeru: od RNK do DNK. Ovaj oblik kodiranja i čitanja karakterističan je, na primjer, za patogene agense koji uzrokuju različite vrste raka.

Ribosomi i njihova uloga u staničnom metabolizmu

Plastične metaboličke reakcije, koje uključuju biosintezu peptida, javljaju se u citoplazmi ćelije. Da bi se dobila gotova proteinska molekula, nije dovoljno kopirati nukleotidnu sekvencu iz strukturnog gena i prenijeti je u citoplazmu. Potrebne su i strukture koje će čitati informacije i osigurati povezivanje aminokiselina u jedan lanac putem peptidnih veza. To su ribosomi, čijoj se strukturi i funkcijama posvećuje velika pažnja u molekularnoj biologiji. Već smo otkrili gdje se događa transkripcija - ovo je karioplazma jezgra. Mjesto translacijskih procesa je ćelijska citoplazma. U njemu se nalaze kanali endoplazmatskog retikuluma, na kojima u grupama sjede organele koje sintetiziraju proteine ​​- ribozomi. Međutim, njihovo prisustvo još ne osigurava početak plastičnih reakcija. Potrebne su nam strukture koje će polisomu dostaviti molekule proteinskog monomera - aminokiseline. Zovu se transportne ribonukleinske kiseline. Šta su oni i koja je njihova uloga u emitovanju?

Transporteri aminokiselina

Mali molekuli transferne RNK u svojoj prostornoj konfiguraciji imaju regiju koja se sastoji od niza nukleotida - antikodona. Za izvođenje translacijskih procesa potrebno je da nastane inicijativni kompleks. Mora uključivati ​​triplet matriksa, ribozome i komplementarnu regiju transportnog molekula. Čim se organizira takav kompleks, to je signal za početak sklapanja proteinskog polimera. I prevođenje i transkripcija u biologiji su procesi asimilacije, koji uvijek uključuju apsorpciju energije. Za njihovo izvođenje, stanica se priprema unaprijed, akumulirajući veliki broj molekula adenozin trifosforne kiseline.

Sinteza ove energetske supstance odvija se u mitohondrijima - najvažnijim organelama svih eukariotskih ćelija bez izuzetka. Prethodi početku reakcija sinteze matriksa, zauzimajući mjesto u presintetskoj fazi životnog ciklusa ćelije i nakon reakcija replikacije. Raspad molekula ATP-a prati procese transkripcije i translacije, a energiju koja se oslobađa u tom procesu ćelija koristi u svim fazama biosinteze organskih supstanci.

Broadcast stages

Na početku reakcija koje dovode do formiranja polipeptida, 20 vrsta proteinskih monomera vezuje se za određene molekule transportnih kiselina. Paralelno, u ćeliji se događa formiranje polisoma: ribosomi se vežu za matriks na mjestu startnog kodona. Početak biosinteze počinje, a ribosomi se kreću duž tripleta mRNA. Za njih su pogodni molekuli koji transportuju aminokiseline. Ako je kodon u polizomu komplementaran antikodonu transportnih kiselina, tada aminokiselina ostaje u ribosomu, a rezultirajuća polipeptidna veza povezuje ga s aminokiselinama koje su već prisutne. Čim organela koja sintetiše protein dostigne stop triplet (obično UAG, UAA ili UGA), translacija prestaje. Kao rezultat toga, ribosom se, zajedno sa proteinskom česticom, odvaja od mRNA.

Kako peptid dobija svoj izvorni oblik?

Posljednja faza translacije je proces tranzicije primarne strukture proteina u tercijarni oblik, koji ima oblik globule. Enzimi uklanjaju nepotrebne ostatke aminokiselina, dodaju monosaharide ili lipide, a također dodatno sintetiziraju karboksilne i fosfatne grupe. Sve se to dešava u šupljinama endoplazmatskog retikuluma, gdje peptid ulazi nakon završetka biosinteze. Zatim, nativni proteinski molekul prelazi u kanale. Oni prodiru u citoplazmu i osiguravaju da peptid uđe u određeno područje citoplazme i zatim se koristi za potrebe ćelije.

U ovom članku smo saznali da su prevođenje i transkripcija u biologiji glavne reakcije matrične sinteze koje su u osnovi očuvanja i prijenosa nasljednih sklonosti organizma.

Prvo, uspostavite redoslijed koraka u biosintezi proteina, počevši od transkripcije. Čitav niz procesa koji se dešavaju tokom sinteze proteinskih molekula može se kombinovati u 2 faze:

1. Transkripcija.

2. Broadcast.

Strukturne jedinice nasljedne informacije su geni - dijelovi molekule DNK koji kodiraju sintezu određenog proteina. Što se tiče hemijske organizacije, materijal naslijeđa i varijabilnosti kod proeukariota se suštinski ne razlikuje. Genetski materijal u njima predstavljen je u molekuli DNK, a uobičajen je i princip bilježenja nasljednih informacija i genetski kod. Iste aminokiseline u pro- i eukariotima su šifrirane istim kodonima.

Genom modernih prokariotskih ćelija karakteriše relativno mala veličina, DNK E. coli ima oblik prstena, dužine oko 1 mm. Sadrži 4 x 10 6 parova nukleotida, formirajući oko 4000 gena. Godine 1961. F. Jacob i J. Monod su otkrili cistronsku, ili kontinuiranu organizaciju prokariotskih gena, koji se u potpunosti sastoje od kodirajućih nukleotidnih sekvenci, a u potpunosti se realizuju tokom sinteze proteina. Nasljedni materijal DNK molekula prokariota nalazi se direktno u citoplazmi ćelije, gdje se nalaze i tRNA i enzimi neophodni za ekspresiju gena.Ekspresija je funkcionalna aktivnost gena, odnosno ekspresija gena. Stoga mRNA sintetizirana iz DNK može odmah izvršiti funkciju šablona u procesu translacije sinteze proteina.

Eukariotski genom sadrži znatno više nasljednog materijala. Kod ljudi, ukupna dužina DNK u diploidnom setu hromozoma je oko 174 cm, sadrži 3 x 10 9 parova nukleotida i uključuje do 100.000 gena. Godine 1977. otkriven je diskontinuitet u strukturi većine eukariotskih gena, nazvan "mozaični" gen. Karakterizira ga kodiranje nukleotidnih sekvenci egzonic I intronic parcele. Za sintezu proteina koriste se samo informacije iz egzona. Broj introna varira u različitim genima. Utvrđeno je da gen za pileći ovalbumin uključuje 7 introna, a gen za prokolagen sisara 50. Funkcije tihih DNK introna nisu u potpunosti razjašnjene. Pretpostavlja se da obezbeđuju: 1) strukturnu organizaciju hromatina; 2) neki od njih su očigledno uključeni u regulaciju ekspresije gena; 3) introni se mogu smatrati skladištem informacija za varijabilnost; 4) mogu imati zaštitnu ulogu, preuzimajući djelovanje mutagena.

Transkripcija

Proces prepisivanja informacija u ćelijskom jezgru iz dijela molekule DNK u molekulu mRNA (mRNA) naziva se transkripcija(latinski Transcriptio - prepisivanje). Sintetizira se primarni genski proizvod, mRNA. Ovo je prva faza sinteze proteina. Na odgovarajućem mestu DNK, enzim RNA polimeraza prepoznaje znak za početak transkripcije - promotr. Polazna tačka je prvi nukleotid DNK koji je enzim ugrađen u RNA transkript. U pravilu, kodirajuća područja počinju kodonom AUG; ponekad se u bakterijama koristi GUG. Kada se RNA polimeraza veže za promotor, dolazi do lokalnog odmotavanja dvostruke spirale DNK i jedan od lanaca se kopira prema principu komplementarnosti. mRNA se sintetiše, njena brzina sklapanja dostiže 50 nukleotida u sekundi. Kako se RNA polimeraza kreće, lanac mRNA raste, a kada enzim dođe do kraja kopirajnog područja - terminator, mRNA se udaljava od šablona. Dvostruka spirala DNK iza enzima se obnavlja.

Transkripcija prokariota se dešava u citoplazmi. Zbog činjenice da se DNK u potpunosti sastoji od kodirajućih nukleotidnih sekvenci, stoga sintetizirana mRNA odmah djeluje kao šablon za translaciju (vidi gore).

Transkripcija mRNA kod eukariota se dešava u jezgru. Počinje sintezom velikih molekula – prekursora (pro-mRNA), nazvanih nezrela ili nuklearna RNK.Primarni proizvod gena – pro-mRNA je tačna kopija transkribovanog dijela DNK, uključuje egzone i introne. Proces formiranja zrelih RNK ​​molekula od prekursora naziva se obrada. Do sazrevanja mRNA dolazi do spajanje- oni su izrezani enzimima restrikcijski enzim introne i povezivanje regiona sa transkribovanim sekvencama egzona pomoću enzima ligaze. (Sl.) Zrela mRNA je mnogo kraća od molekula prekursora pro-mRNA; veličine introna u njima variraju od 100 do 1000 nukleotida ili više. Introni čine oko 80% sve nezrele mRNA.

Sada se pokazalo da je to moguće alternativno spajanje, u kojoj se nukleotidne sekvence mogu ukloniti iz jednog primarnog transkripta u različitim njegovim dijelovima i formirat će se nekoliko zrelih mRNA. Ova vrsta spajanja tipična je za sistem gena imunoglobulina kod sisara, što omogućava formiranje različitih tipova antitela na osnovu jednog transkripta mRNA.

Kada je obrada završena, zrela mRNA se bira prije izlaska iz jezgre. Utvrđeno je da samo 5% zrele mRNA ulazi u citoplazmu, a ostatak se cijepa u jezgru.

Broadcast

Translacija (latinski Translatio - prijenos, prijenos) je prevođenje informacija sadržanih u nukleotidnoj sekvenci molekula mRNA u aminokiselinsku sekvencu polipeptidnog lanca (slika 10). Ovo je druga faza sinteze proteina. Prijenos zrele mRNA kroz pore nuklearnog omotača proizvode se posebnim proteinima koji formiraju kompleks s molekulom RNK. Osim što prenose mRNA, ovi proteini štite mRNA od štetnog djelovanja citoplazmatskih enzima. U procesu translacije, tRNA igra centralnu ulogu; oni osiguravaju tačnu podudarnost aminokiseline s kodom mRNA tripleta. Proces translacije-dekodiranja odvija se u ribosomima i odvija se u smjeru od 5 do 3. Kompleks mRNA i ribozoma naziva se polizom.

Tokom prevođenja mogu se razlikovati tri faze: inicijacija, produljenje i završetak.

Iniciranje.

U ovoj fazi se sklapa čitav kompleks uključen u sintezu proteinske molekule. Dvije ribosomske podjedinice su ujedinjene na određenom dijelu mRNA, prva aminoacil-tRNA je vezana za nju i to postavlja okvir za čitanje informacija. U bilo kojoj molekuli m-RNA postoji regija koja je komplementarna r-RNK male ribosomske podjedinice i koja je njome specifično kontrolirana. Pored njega je inicijacijski startni kodon AUG koji kodira aminokiselinu metionin.Faza inicijacije završava se formiranjem kompleksa: ribosom, -mRNA-inicira aminoacil-tRNA.

Izduženje

— uključuje sve reakcije od trenutka stvaranja prve peptidne veze do dodavanja posljednje aminokiseline. Ribosom ima dva mjesta za vezivanje dva tRNA molekula. U jednoj regiji, peptidilu (P), nalazi se prva t-RNA s aminokiselinom metioninom, a s njom počinje sinteza bilo kojeg proteinskog molekula. Drugi molekul tRNA ulazi u drugi dio ribozoma, aminoacil dio (A), i veže se za svoj kodon. Između metionina i druge amino kiseline formira se peptidna veza. Druga tRNA se kreće zajedno sa svojim kodonom mRNA do peptidilnog centra. Kretanje t-RNK sa polipeptidnim lancem od aminoacilnog centra do peptidilnog centra je praćeno napredovanjem ribozoma duž m-RNK korakom koji odgovara jednom kodonu. T-RNA koja je isporučila metionin vraća se u citoplazmu, a amnoacil centar se oslobađa. Prima novu t-RNA sa aminokiselinom šifrovanom sledećim kodonom. Između treće i druge aminokiseline formira se peptidna veza i treća t-RNA zajedno sa kodonom m-RNA prelazi u peptidilni centar.Proces elongacije, produžavanja lanca proteina. Nastavlja se sve dok jedan od tri kodona koji ne kodiraju aminokiseline ne uđe u ribozom. Ovo je terminator kodon i za njega ne postoji odgovarajuća tRNA, tako da nijedna tRNA ne može zauzeti mjesto u aminoacilnom centru.

Raskid

– završetak sinteze polipeptida. Povezan je sa prepoznavanjem od strane specifičnog ribosomskog proteina jednog od terminacionih kodona (UAA, UAG, UGA) kada uđe u aminoacil centar. Za ribozom je vezan poseban terminacijski faktor, koji pospješuje razdvajanje ribosomskih podjedinica i oslobađanje sintetiziranog proteinskog molekula. Posljednjoj aminokiselini peptida dodaje se voda i njegov karboksilni kraj se odvaja od tRNA.

Sastavljanje peptidnog lanca odvija se velikom brzinom. Kod bakterija na temperaturi od 37°C izražava se dodavanjem 12 do 17 aminokiselina u sekundi polipeptidu. U eukariotskim ćelijama, dvije aminokiseline se dodaju polipeptidu svake sekunde.

Sintetizirani polipeptidni lanac zatim ulazi u Golgijev kompleks, gdje se završava izgradnja proteinskog molekula (druga, treća i četvrta struktura se pojavljuju uzastopno). Ovdje se molekule proteina spajaju s mastima i ugljikohidratima.

Cijeli proces biosinteze proteina predstavljen je u obliku dijagrama: DNK ® pro mRNA ® mRNA ® polipeptidni lanac ® protein ® kompleksiranje proteina i njihova transformacija u funkcionalno aktivne molekule.

Faze implementacije nasljedne informacije također se odvijaju na sličan način: prvo se transkribuje u nukleotidnu sekvencu mRNA, a zatim prevodi u aminokiselinsku sekvencu polipeptida na ribosomima uz sudjelovanje tRNA.

Transkripcija se kod eukariota odvija pod djelovanjem tri nuklearne RNA polimeraze. RNA polimeraza 1 nalazi se u nukleolusu i odgovorna je za transkripciju rRNA gena. RNA polimeraza 2 nalazi se u nuklearnom soku i odgovorna je za sintezu prekursora mRNA. RNA polimeraza 3 je mali dio u nuklearnom soku koji sintetizira male rRNA i tRNA. RNA polimeraze specifično prepoznaju nukleotidnu sekvencu promotora transkripcije. Eukariotska mRNA se prvo sintetizira kao prekursor (pro-mRNA), a na nju se prenose informacije iz egzona i introna. Sintetizirana mRNA je veća nego što je potrebno za translaciju i manje je stabilna.

Tokom sazrijevanja molekula mRNA, introni se izrezuju pomoću restrikcijskih enzima, a egzoni se spajaju pomoću enzima ligaze. Sazrijevanje mRNA naziva se procesiranje, a spajanje egzona naziva se spajanje. Dakle, zrela mRNA sadrži samo egzone i mnogo je kraća od svog prethodnika, pro-mRNA. Veličine introna variraju od 100 do 10.000 nukleotida ili više. Intoni čine oko 80% sve nezrele mRNA. Sada je dokazana mogućnost alternativnog spajanja, u kojem se nukleotidne sekvence mogu ukloniti iz jednog primarnog transkripta u različitim njegovim dijelovima i formirati nekoliko zrelih mRNA. Ova vrsta spajanja tipična je za sistem gena imunoglobulina kod sisara, što omogućava formiranje različitih tipova antitela na osnovu jednog transkripta mRNA. Po završetku obrade, zrela mRNA se odabire prije nego što se pusti u citoplazmu iz jezgra. Utvrđeno je da samo 5% zrele mRNK ulazi, a ostatak se cijepa u jezgru. Transformacija primarnih transkriptona eukariotskih gena, povezana sa njihovom egzon-intron organizacijom, a u vezi sa tranzicijom zrele mRNA iz jezgra u citoplazmu, određuje karakteristike implementacije genetičke informacije eukariota. Dakle, gen za mozaik eukariota nije gen cistron, jer se ne koristi cela sekvenca DNK za sintezu proteina.

DNK, nosilac svih genetskih informacija u ćeliji, ne učestvuje direktno u sintezi proteina. U životinjskim i biljnim stanicama, molekule DNK sadržane su u hromozomima jezgre i odvojene su nuklearnom membranom od citoplazme, gdje se odvija sinteza proteina. Glasnik koji prenosi informacije šalje se iz jezgre do ribozoma, mjesta sastavljanja proteina, i može proći kroz pore nuklearne membrane. Takav posrednik je glasnička RNK (i-RNA). Prema principu komplementarnosti, očitava se iz DNK uz učešće enzima zvanog RNA polimeraza. Proces čitanja (ili bolje rečeno, kopiranja), odnosno sintetiziranja RNK, koji provodi RNA polimeraza, naziva se transkripcija (latinski transcriptio - prepisivanje). Messenger RNA je jednolančana molekula, a transkripcija se odvija iz jednog lanca dvolančane DNK molekule. Ako transkribovani DNK lanac sadrži nukleotid G, onda RNK polimeraza uključuje C u RNK; ako je T, uključuje A; ako je A, uključuje y (RNA ne uključuje T) (Slika 46). Dužina svakog molekula mRNA je stotine puta kraća od DNK. Messenger RNA nije kopija cijele molekule DNK, već samo njen dio – jedan gen ili grupa susjednih gena koji nose informacije o strukturi proteina neophodnih za obavljanje jedne funkcije. Kod prokariota, takva grupa gena se naziva operon. O tome kako se geni kombinuju u operon i kako se transkripcija kontroliše, pročitaćete u odeljku o biosintezi proteina. Na početku svakog operona nalazi se neka vrsta platforme za slijetanje RNK polimeraze, koja se naziva promotor. Ovo je specifična sekvenca nukleotida DNK koju enzim prepoznaje zbog hemijskog afiniteta. Samo vezivanjem za promotor RNA polimeraza može započeti sintezu mRNA. Došavši do kraja operona, enzim nailazi na signal (u obliku specifične nukleotidne sekvence) koji ukazuje na kraj čitanja. Gotova mRNA napušta DNK i odlazi na mjesto sinteze proteina. U opisanom procesu transkripcije mogu se razlikovati četiri faze:

1) Vezivanje RNK polimeraze za promotor;

2) Inicijacija – početak sinteze. Sastoji se od formiranja prve fosfodiestarske veze između ATP-a ili GTP-a i drugog nukleotida sintetizirane molekule mRNA;

3) elongacija - rast lanca RNK, odnosno uzastopno dodavanje nukleotida jedan drugom redom kojim se komplementarni nukleotidi pojavljuju u transkribovanom lancu DNK. Brzina elongacije dostiže 50 nukleotida u sekundi;

4) terminacija - završetak sinteze mRNA.