Транскрипция – процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы, происходящий во всех живых клетках, является первой стадией реализации генетической информации в клетке. В основе механизма транскрипции лежит принцип комплементарности спаривания оснований. Транскрипция катализируется ферментом ДНК-зависимой РНК-полимеразой. Процесс синтеза РНК протекает в направлении от 5'- к 3'- концу, то есть по матричной цепи ДНК РНК-полимераза движется в направлении 3'→5'. Субстратами и источниками энергии служат рибонуклеозидтрифосфат (ATФ, ГTФ, ЦTФ и УTФ). Нить ДНК, которая служит матрицей для синтеза РНК при транскрипции называется смысловой или матричной. Вторая нить ДНК называется некодирующей. Синтез РНК начинается в определенных последовательностях (сайтах) ДНК, которые называют промотором,и завершается в терминирующих участках (сайты терминации). Участок ДНК, ограниченный промотором исайтом терминации, называется транскриптоном.У эукариотов в состав транскриптона входит один ген,у прокариотов несколько.
Факторы транскрипции – это белки взаимодействующие с друг другом, регуляторными участками ДНК и РНК-полимеразой с образованием транскрипционного комплекса и регулирующие транскрипцию. Благодаря факторам транскрипции и регуляторным последовательностям генов становится возможным специфический синтез РНК. Принципы транскрипции: комплементарность - мРНК комплементарна матричной цепи ДНК и аналогична кодирующей цепи ДНК; антипараллельность; униполярность; беззатравочность - РНК-полимераза не требует праймера; асимметричность.
В процессе транскрипции можно выделить три этапа. Первый этап - инициация транскрипции – начало синтеза нити РНК, образуется первая связь между нуклеотидами. Затем идет наращивание нити, ее удлинение – элонгация, и, когда синтез завершен, происходит терминация, освобождение синтезированной РНК.
Стадии транскрипции
Инициация.Транскрипция начинается с распознавания промотора и связывания РНК-полимеразы с промотором. Распознавание РНК-полимеразой промотора происходит с помощью белка ТАТА-фактора, взаимодействующего со специфической последовательностью нуклеотидов ТАТААА на матричной кодирующей цепи ДНК, которая называется ТАТА-боксом. Какая из двух цепей ДНК будет матрицей, определяется направлением промотора. Присоединение ТАТА-фактора облегчает взаимодействие РНК-полимеразы с промотором.
CААТ-бокс (регуляторный участок ДНК) определяет частоту транскрипции
Факторы инициации обеспечивают раскручивание примерно одного витка спирали ДНК, в результате чего образуется транскрипционная вилка.
Элонгация.РНК-полимераза удлиняет пре-мРНК в направлении от 5׳→3׳ комплементарно матричной (кодирующей, смысловой) цепи ДНК. Факторы элонгации повышают активность РНК-полимеразы и способствуют расхождению цепей ДНК примерно на 18 нуклеотидных пар. Растущий конец пре-мРНК образует временную гибридную спираль, а позади происходит восстановление двойной спирали ДНК.
Терминация. Раскручивание двойной спирали ДНК в области сайта терминации делает его доступным для фактора терминации, который облегчает отделение первичного транскрипта – пре-мРНК от матрицы.
Посттранскрипционная модификация
Молекулы пре-мРНК претерпевают посттранскрипционную модификацию. В начале элонгации происходит кепирование (от cap) – к 5׳ концу присоединяется 7-метилгуанозинтрифосфат с помощью фермента гуанилилтрансферазы с образованием 5׳,5׳ фосфодиэфирной связи.
А 3׳ конец полиаденилируется – фермент полиА-полимераза наращивает «полиадениловый хвост» – присоединяет до 200 молекул АМФ.
Посттранскрипционная модификация защищает пре-мРНК от экзонуклеаз, кроме того, кепирование необходимо для удаления интроной и синтеза белка.