If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Jeżeli jesteś za filtrem sieci web, prosimy, upewnij się, że domeny *.kastatic.org i *.kasandbox.org są odblokowane.

Główna zawartość

Etapy transkrypcji

Dogłębny wgląd w to, jak działa transkrypcja. Inicjacja (promotory), elongacja i terminacja. Tłumaczenie na język polski zrealizowane przez Fundację Edukacja dla Przyszłości dzięki wsparciu Fundacji „HASCO-LEK".

Kluczowe punkty:

  • Transkrypcja to proces, w którym sekwencja DNA genu jest kopiowana (transkrybowana), aby stworzyć cząsteczkę RNA.
  • Polimeraza RNA jest głównym enzymem transkrypcyjnym.
  • Transkrypcja rozpoczyna się, kiedy polimeraza RNA łączy się z sekwencją promotorową blisko początku genu (bezpośrednio lub przy pomocy białek pomocniczych).
  • Polimeraza RNA wykorzystuje jedną nić DNA (nić matrycową) jako wzór do utworzenia nowej, komplementarnej cząsteczki RNA.
  • Transkrypcja kończy się procesem nazywanym terminacją. Terminacja zależy od sekwencji RNA, która sygnalizuje moment, kiedy ma ona zostać zakończona.

Wprowadzenie

Co sprawia, że muchomory sromotnikowe są śmiercionośne? Grzyby te nabywają swoje właściwości trujące dzięki wytwarzaniu specjalnej toksyny, która przyłącza się do kluczowego enzymu w organizmie człowieka - polimerazy RNA.1
_Obraz na podstawie "Amanita phalloides," autorstwa Archenzo (CC BY-SA 3.0). Zmieniony obraz jest na licencji CC BY-SA 3.0._
Polimeraza RNA ma kluczowe znaczenie, ponieważ przeprowadza proces transkrypcji, proces kopiowania DNA (kwas deoksyrybonukleinowy, materiał genetyczny) na RNA (kwas rybonukleinowy, podobny, ale dużo krócej żyjący).
Transkrypcja jest niezbędnym etapem przekazywania informacji od genów w naszym DNA do utworzenia białek. Białka są kluczowymi cząsteczkami, które nadają komórkom strukturę i utrzymują je przy życiu. Zablokowanie transkrypcji przez toksyny grzybów powoduje uszkodzenie wątroby i śmierć, ponieważ nowe RNA - a zatem i nowe białka nie mogą być wytwarzane.
Transkrypcja jest niezbędna do życia i zrozumienie, jak działa, jest ważne dla ludzkiego zdrowia. Przyjrzyjmy się bliżej, co dzieje się podczas transkrypcji.

Omówienie transkrypcji

Transkrypcja jest pierwszym etapem ekspresji genów. Podczas tego procesu, sekwencja DNA jest kopiowana na RNA.
Przed transkrypcją podwójna helisa DNA musi rozluźnić się w pobliżu genu, który ma zostać przepisany na RNA. Region rozluźnionego DNA jest nazywany oczkiem transkrypcyjnym.
Transkrypcja wykorzystuje jako matrycę tylko jedną z dostępnych nici DNA; tą nić nazywamy nicią matrycową. Produkt RNA jest komplementarny do nici matrycowej i jest prawie identyczny z drugą nicią DNA, nazywaną nicią niematrycową (lub kodującą). Jednakże jest jedna ważna różnica: w nowo utworzonym RNA wszystkie nukleotydy T zostały zamienione na nukleotydy U.
Miejsce na DNA, od którego pierwszy nukleotyd RNA jest transkrybowany, jest nazywane miejscem +1 lub miejscem inicjacji transkrypcji. Nukleotydy, które występują przez miejscem inicjacji transkrypcji otrzymują minusowe liczby i są nazywane upstream. Nukleotydy, które są za miejscem inicjacji transkrypcji są oznaczane liczbami dodatnimi i są nazywane downstream.
Jeśli transkrybowany gen koduje białko (jak dzieje się w wielu przypadkach), cząsteczka RNA będzie odczytywana, aby utworzyć białko w procesie nazywanym translacją.

Polimeraza RNA

Polimerazy RNA są enzymami, które przepisują DNA na RNA. Wykorzystując matrycę DNA, polimeraza RNA buduje nowe cząsteczki RNA dzięki parowaniu zasad. Na przykład, jeśli w matrycy DNA jest G, polimeraza RNA doda C do nowej, wydłużającej się nici.
Polimeraza RNA zawsze tworzy nową nić RNA w kierunku od 5' do 3'. To znaczy, że może dodawać nukleotydy (A, U, C lub G) tylko do końca 3' nici.
RNA polymerases are large enzymes with multiple subunits, even in simple organisms like bacteria. Humans and other eukaryotes have three different kinds of RNA polymerase: I, II, and III. Each one specializes in transcribing certain classes of genes. Plants have an additional two kinds of RNA polymerase, IV and V, which are involved in the synthesis of certain small RNAs.

Inicjacja transkrypcji

Aby rozpocząć transkrypcję genu, polimeraza RNA łączy się z DNA genu w regionie nazywanym promotorem. Zasadniczo, promotor mówi polimerazie, gdzie "usiąść" na DNA i rozpocząć transkrypcję.
Każdy gen (lub u bakterii, każda grupa genów przepisywana razem) ma swój własny promotor. Promotor zawiera sekwencję DNA, która pozwala polimerazie RNA lub jej białkom pomocniczym przyłączyć się do DNA. Kiedy tworzy się "oczko transkrypcyjne", polimeraza może rozpocząć transkrypcję.

Promotory u bakterii

Aby lepiej zrozumieć jak działa promotor, przyjrzyjmy się bakterii jako przykładowi. Typowy promotor bakteryjny zawiera dwie ważne sekwencje DNA, -10 i -35.
Polimeraza RNA reorganizuje i bezpośrednio łączy się z tymi sekwencjami. Sekwencje umieszczają polimerazę we właściwym miejscu rozpoczęcia transkrypcji docelowego genu a także zapewniają jej właściwe skierowanie.
Kiedy polimeraza RNA już się przyłączyła, może otworzyć DNA i rozpocząć swoją pracę. Otworzenie DNA występuje w miejscu -10, gdzie nici mogą łatwo zostać rozdzielone z powodu wielu A i T (które są połączone ze sobą dzięki dwóm wiązaniom wodorowym zamiast trzem jak to ma miejsce w przypadku wiązań pomiędzy G i C).
Miejsca -10 i -35 otrzymały swoje nazwy od nukleotydów 35 i10. przed miejscem inicjacji transkrypcji (+1 w DNA). Znak minus oznacza, że występują przed, a nie po, miejscu inicjacji transkrypcji.

Promotory u ludzi

U eukariotów, takich jak człowiek, główna polimeraza RNA w Twoich komórkach nie przyłącza się bezpośrednio do promotora tak jak to jest w przypadku bakteryjnej polimerazy RNA. Natomiast, białka pomocnicze nazywane podstawowymi (ogólnymi) czynnikami transkrypcyjnymi łączą się jako pierwsze z promotorem, pomagając polimerazie RNA w Twoich komórkach poprzez znajdowanie punktu zaczepienia na DNA.
Wiele promotorów eukariotycznych ma sekwencję nazywaną kasetą TATA. Kaseta TATA odgrywa taką samą rolę jak miejsce -10 u bakterii. Jest ona rozpoznawana przez jeden z głównych czynników transkrypcyjnych, umożliwiając przyłączenie innym czynnikom transkrypcyjnym i ewentualnie polimerazie RNA. Także zawiera wiele A i T, które ułatwiają rozdzielenie się nici DNA.

Elongacja

Kiedy polimeraza RNA znajduje się na pozycji promotora, kolejny etap transkrypcji - elongacja (wydłużanie) - może się rozpocząć. Zasadniczo wydłużanie jest etapem, w którym nić RNA wydłuża się, dzięki dodawaniu kolejnych nukleotydów.
Podczas elongacji, polimeraza RNA "kroczy" wzdłuż jednej nici DNA, znanej jako nić matrycowa, w kierunku od 3' do 5'. Dla każdego nukleotydu w matrycy, polimeraza RNA dodaje pasujące (komplementarne) nukleotydy RNA do końca 3' łańcucha RNA.
Transkrypt RNA jest prawie identyczny z nicią niematrycową lub kodującą. Jednakże nici RNA mają uracyl (U) w miejscu tyminy (T), jak również delikatnie inny cukier w nukleotydzie. Zatem, jak widzimy na powyższym diagramie, każda T nici kodującej jest zastępowana przez U w transkrypcie RNA.
Powyższy rysunek pokazuje DNA ulegające transkrypcji dzięki aktywności wielu polimeraz RNA w tym samym czasie, każdą z ciągnącym się "ogonkiem" z RNA. Polimerazy obok początku genu mają krótkie ogony RNA, które wydłużają się i wydłużają jak polimeraza dalej przepisuje gen.
_Zmieniony oraz za: "Transcription label en," autorstwa Dr. Hans-Heinrich Trepte (CC BY-SA 3.0). Zmieniony obraz jest na licencji CC BY-SA 3.0._

Terminacja transkrypcji

Polimeraza RNA kontynuuje transkrypcję do czasu, kiedy otrzyma sygnał stop. Proces zakończenia transkrypcji jest nazywany terminacją i zachodzi, kiedy polimeraza przepisuje sekwencję DNA znaną pod nazwą terminator.

Terminacja u bakterii

Istnieją dwie główne strategie terminacji u bakterii: Rho zależne i niezależne od Rho.
W terminacji zależnej od Rho, RNA zawiera miejsce dla przyłączenia białka nazywanego czynnikiem Rho. Czynnik Rho przyłącza się do tej sekwencji i rozpoczyna "wspinanie się" w górę transkryptu ku polimerazie RNA.
Kiedy dociera do polimerazy w 'oczku transkrypcyjnym', Rho rozdziela transkrypt RNA i matrycową nić DNA, uwalniając cząsteczkę RNA i kończy transkrypcję. Inna sekwencja znajdująca się dalej w DNA, nazywana miejscem zakończenia transkrypcji powoduje zatrzymanie polimerazy RNA i pomaga Rho ją dogonić.4
Terminacja niezależna od Rho zależy od specyficznej sekwencji w nici matrycowej DNA. Kiedy polimeraza RNA osiąga koniec genu ulegającego transkrypcji, znajduje się w regionie bogatym w nukleotydy C i G. RNA ulegające transkrypcji z tego regionu owijają się wokół siebie i komplementarne nukleotydy C i G łączą się ze sobą. Wynikiem tego jest stabilna struktura spinki do włosów, która powoduje zatrzymanie polimerazy.
W terminatorze, po spince do włosów znajduje się odcinek nukleotydów U w RNA, które parują z nukleotydami A w matrycy DNA. Komplementarny region U-A w transkrypcie RNA tworzy tylko słabe wiązania z matrycowym DNA. Ten fakt, wraz z zatrzymaną polimerazą, daje wystarczający brak stabilności enzymu, pozwalający na odłączenie się i uwolnienie nowego transkryptu RNA.

Co dzieje się z transkryptem RNA?

Po terminacji, transkrypcja jest ukończona. Transkrypt RNA , który jest gotowy do użycia podczas translacji, jest nazywany informacyjnym RNA (mRNA). U bakterii, transkrypty RNA są gotowe do translacji tuż po transkrypcji. W rzeczywistości, są gotowe trochę wcześniej: translacja może się rozpocząć, kiedy nadal zachodzi transkrypcja!
Na poniższym schemacie, mRNA ulegają transkrypcji z kilku różnych genów. Chociaż transkrypcja nadal trwa, rybosomy przyłączyły się do każdego mRNA i rozpoczęły ich translację na białka. Kiedy mRNA ulega translacji przez wiele rybosomów, mRNA i rybosomy razem tworzą strukturę nazywaną polirybosomem.
Zmieniony obraz za: "Prokaryotic transcription: Figure 3, OpenStax College, Biology, CC BY 4.0.
Dlaczego transkrypcja i translacja zachodzą jednocześnie dla mRNA bakteryjnego? Jedna przyczyna jest taka, że oba te procesy zachodzą w tym samym kierunku od 5' do 3'. To znaczy, że jeden z nich następuje po poprzednim lub "goni" ten drugi, który nadal zachodzi. Także u bakterii nie ma wewnętrznych przedziałów błonowych, które oddzieliłyby transkrypcję od translacji.
Obraz jest różny u komórek ludzi i innych eukariotów. Jest tak, ponieważ transkrypcja zachodzi w jądrze komórkowym ludzkich komórek, kiedy translacja zachodzi w cytozolu. Także u eukariotów, cząsteczki RNA potrzebują przejść specjalne etapy obróbki przed translacją. To znaczy, że translacja nie może się rozpocząć zanim transkrypcja i obróbka RNA nie są w pełni ukończone. Z filmu możesz dowiedzieć się więcej na temat etapów transkrypcji i obróbki RNA.

Chcesz dołączyć do dyskusji?

Na razie brak głosów w dyskusji
Rozumiesz angielski? Kliknij tutaj, aby zobaczyć więcej dyskusji na angielskiej wersji strony Khan Academy.