ДНК Транскрипція: Як РНК-полімераза Читає Ген

Копіювання одного ланцюга, а не двох

Транскрипція — це перший етап експресії генів: клітина копіює послідовність ДНК гена в одноланцеву молекулу повідомляючого РНП (мРНК), яка може покинути ядро та бути перетворена на білок. Фермент РНК-полімераза зв’язується з послідовністю промотора, що знаходиться безпосередньоupstream від гена, локально розгортає подвійну нитку ДНК в невеликий «транскрипційний бульбаш» і читає лише один із двох ланцюгів — шаблонний ланцюг, залишаючи інший, код/сенс-ланцюг, відсунутим і невикористаним для цього гена.

РНК-полімераза рухається вздовж шаблонного ланцюга з 3' → 5' (читаючи його в цьому напрямку), синтезуючи новий РНК-ланцюг з 5' → 3' шляхом додавання одного рибонуклеотиду за раз, кожен з яких обирається через те, що він парує з шаблоном: шаблонний A париться з РНК U, шаблонний T париться з РНК A, шаблонний G париться з РНК C і шаблонний C париться з РНК G. Результатом є мРНК-ланцюг, який є компліментарним шаблону та — критично важливо — має ту ж послідовність, що й код/сенс-ланцюг, крім того, що U замінюється там, де код/сенс-ланцюг має T, оскільки РНК використовує урацил замість тиміну.

template (3'→5'):   ...T A C  G G C  A T T...
mRNA     (5'→3'):   ...A U G  C C G  U A A...      (RNA pol reads template, builds complementary RNA)
coding   (5'→3'):   ...A T G  C C G  T A A...      (same sequence as mRNA, T instead of U)

Три фази: ініціалізація, продовження та завершення

Ініціалізація починається тоді, коли РНК-полімераза, часто за допомогою транскрипційних факторів, які розпізнають специфічні послідовності промоторів (у еукаріотах, зазвичай TATA-ящик приблизно 25–35 пар основ на відстані upstream від стартового сайту), зв’язується з промотором та розкручує ДНК для виявлення шабловної нитки. Продовження – це повторювана основна частина процесу – полімераза рухається вздовж гена, безперервно розкручуючи ДНК попереду себе та намотуючи подвійну спіраль позаду, продовжуючи нарощувати зростаючу РНК-ланцюг приблизно на десятки пар основ за секунду в еукаріотах. Завершення завершує процес, коли полімераза досягає специфічної послідовності термінатора або, у еукаріотів, сигналу поліаденілювання, що змушує полімеразу звільнити завершений РНК-транскрипт та від’єднатися від ДНК.

Кодони: як послідовність пізніше визначатиме амінокислоти

МРНК послідовність зчитується, під час пізнішого процесу трансляції, у вигляді неперервних трибазових груп, що називаються кодонами, кожен з яких визначає одну амінокислоту (або стоп-сигнал) відповідно до генетичного коду — відображення, яке є в основному універсальним для всіх відомих живих організмів, від бактерій до людей, що є сильним свідченням спільного еволюційного походження. Оскільки існує 4³ = 64 можливі кодони, але лише 20 стандартних амінокислот, код є дегенеративним (повторним): більшість амінокислот специфікується кількома кодонами, що забезпечує певну толерантність до мутацій, особливо на третьому ('вхилі') місці кодона, де багато замінок все ще дають ту ж амінокислоту.

Еукаріотична обробка: транскрипт ще не завершено

В еукаріотах сировий транскрипт – пре-мРНК – ще не готовий до перекладу та зазнає подальшої обробки перед тим, як залишається в ядрі. До 5' кінця майже одразу після початку транскрипції додають захисну модифіковану гуанінову нуклеотидну заставку (5’ cap), а до 3' кінця після завершення транскрипції додають полі-А хвіст (до кількох сотень аденінових нуклеотидів); обидва модифікації захищають транскрипт від деградації та сприяють подальшим етапам, включаючи експорт з ядра та ініціацію перекладу. Між ними, сплайсинг видаляє некодовані інтрони та об'єднує кодові ексиони – і оскільки одна пре-мРНК може бути спайована різними способами (альтернативний сплайсинг), один ген може давати кілька різних білкових продуктів залежно від того, які ексиони зберігаються, що є основним джерелом білкової різноманітності за межами кількості сирового гена самої лише.

Bacteria, lacking a nucleus and largely lacking introns in most genes, mostly skip this processing step entirely — their mRNA can begin being translated by ribosomes even while transcription is still in progress.

Frequently asked questions

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте DNA Transcription — RNA Polymerase Animation і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.