Транскрипция

Основные этапы экспрессии генов

РЕПЛИКАЦИЯ

ДНК иРНК белок

Из приведенной схемы видно, что генетическая информация заключенная в нуклеиновой кислоте может передаваться лишь в направлении нуклеиновая кислота → белок. Передача информации в обратном направлении – от белка к нуклеиновой кислоте – невозможна.

В потоке биологической информации участвует ДНК хромосом, молекулы иРНК, переносящие информацию в цитоплазму, цитоплазматический аппарат трансляции (рибосомы и полисомы, тРНК, ферменты).

На завершающем этапе потока информации в клетке полипептиды, синтезированные на рибосомах, преобретают вторичную, третичную, четвертичную структуру и используются в качестве ферментов, строительных блоков, антител и др. (рис 9.1.)

Рис. 9.1. Поток биологической информации в клетке

Благодаря потоку информации клетка приобретает характерную для нее морфофункциональную организацию, поддерживает ее во времени и передает ряду поколений.

Передача качественно полноценной информации в ряду поколений обеспечивается путем воспроизведения (репликации идентичных двойных спиралей ДНК), а использование этой информации для организации клеточных функций путем биосинтеза белка в результате экспрессии генов.

(реализации генетической информации)

Экспрессия генов – совокупность биохимических процессов, в результате которых проходит преобразование генетической информации, представленной в последовательности нуклеотидов ДНК, в структуру молекулы иРНК, а затем в последовательность аминокислот в молекуле белка. Реакции синтеза иРНК и белка, осуществляются по матрицам (ДНК и РНК соответственно). Поэтому они получили название реакций матричного синтеза.

9.2.1. Транскрипция – процесс перенесения (переписывания) генетической информации с ДНК на РНК. Матрицей для синтеза РНК служит только одна из двух цепей ДНК, так называемая кодогенная или матричная (она же смысловая) «+» цепь ДНК. Транскрипция происходит не на всей молекуле ДНК, а лишь на участке, отвечающем определенному гену. В процессе транскрипции образуются РНК всех трех типов – информационная (матричная), рибосомальная, транспортная.

Транскрипция состоит из множества молекулярных процессов, которые условно разделяют на этапы: инициация, элонгация, терминация.

Инициация транскрипции – начало синтеза РНК (запуск транскрипции), регулируется специфическими белками, активность которых зависит от метаболических процессов и нужд клетки.

Инициирует процесс транскрипции фермент РНК-полимераза, которая связывается с промоторным участком ДНК, а после это обеспечивает синтез РНК.

Промоторы прокариот и эукариот содержат короткие универсальные последовательности нуклеотидов, которые распознаются РНК-полимеразами и служат местом их присоединения. После присоединения к промотору РНК-полимераза раскручивает прилежащий виток спирали ДНК. Фермент геликаза разрывает водородные связи между азотистыми основаними параллельных цепей ДНК и они в этом месте расходятся. На одной из них (кодогенной) РНК-полимераза осуществляет синтез РНК по принципу элонгации (рис. 9.2.).

Рис.9.2. Схема синтеза мРНК

Матрицей для транскрипции мРНК служит кодогенная цепь ДНК, обращенная к ферменту своим 3ꞌ-концом

Элонгация – последовательное присоединение свободных нуклеотидов к кодогенной цепи ДНК по принципу комплементарности (А-У, Г-Ц) и соединение их в единую цепь при помощи РНК-полимеразы в полирибонуклеиновою цепочку.

Процесс элонгации требует присутствия ионов Mg²⁺ или Mn²⁺. Транскрипцию катализируют три разных типа полимераз. Это большие ферменты с четвертичной структурой. Первый тип синтезирует большие рибосомные РНК (рРНК), второй – транскрибирует гены, на которых закодированы полипептиды (образуется иРНК); третий - синтезирует тРНК и малую рРНК.

Терминация – завершение синтеза РНК в участке-терминаторе, который узнаётся РНК-полимеразой при участии особых белков факторов-терминации. В этом участке РНК-полимераза отделяется от матрицы ДНК от вновь синтезированной РНК. Фрагмент молекулы ДНК, который находится между промотором и терминатором образует единую транскрипцин - транскриптон.