Transkripce (z latinského transcriptio „přepisování“) je proces syntézy RNA probíhající ve všech živých buňkách pomocí DNA jako šablony ; přenos genetické informace z DNA do RNA.
Transkripce je katalyzována enzymem DNA-dependentní RNA polymerázou. RNA polymeráza se pohybuje podél molekuly DNA ve směru 3`-5` [1] .
Pokud mluvíme o transkripci oblastí kódujících protein, pak jednotkou bakteriální transkripce je operon - fragment molekuly DNA sestávající z promotoru (operátor, na který se represorový protein váže), transkribované části (která může obsahovat několik sekvencí kódujících protein) a terminátor. U eukaryot transkribovaná část obvykle obsahuje jednu sekvenci kódující protein.
Řetězec DNA, který slouží jako templát pro dokončení RNA, se nazývá kódování nebo templát . Sekvence vyplývající z takové syntézy RNA bude identická se sekvencí nekódujícího řetězce DNA (s výjimkou nahrazení thyminové DNA uracilovou RNA) podle principu komplementarity .
U bakterií je transkripce katalyzována jedinou RNA polymerázou. Skládá se z hlavního těla pěti podjednotek (α 2 ββ'ω) a podjednotky σ (faktor sigma), která určuje vazbu na promotor a je jediným iniciátorem transkripce. Například u Escherichia coli je nejběžnější forma sigma faktoru σ 70 .
Eukaryotické buňky obsahují alespoň 3 RNA polymerázy , zatímco rostliny obsahují 5, které vyžadují sadu faktorů pro iniciaci a prodloužení. RNA polymeráza II je hlavním enzymem eukaryotických buněk, který katalyzuje transkripci protein-kódujících mRNA (a některých dalších RNA).
U bakterií není mRNA po transkripci nijak modifikována a k translaci může dojít přímo během transkripce . V eukaryotických buňkách je mRNA modifikována v jádře - je na ni zavěšen 5'-cap a syntetizován 3'-polyA ocas, dochází ke sestřihu . mRNA pak může vstoupit do cytoplazmy, kde proběhne translace.
Transkripce se skládá z fází iniciace, elongace a ukončení.
Iniciace transkripce je proces DNA-dependentní RNA polymerázy navázání na promotor a vytvoření stabilního komplexu pro pokračování transkripce.
Iniciaci transkripce lze rozdělit do několika kroků [2] .
Iniciace transkripce je komplexní proces, který závisí na sekvenci DNA v blízkosti transkribované sekvence (a u eukaryot i na vzdálenějších částech genomu- enhancerů a tlumičů ) a na přítomnosti či nepřítomnosti různých proteinových faktorů .
Okamžik přechodu RNA polymerázy z iniciace transkripce do elongace nebyl přesně stanoven. Tento přechod v případě RNA polymerázy E. coli charakterizují tři hlavní biochemické děje : separace sigma faktoru, první translokace molekuly enzymu podél templátu a silná stabilizace transkripčního komplexu, který kromě RNA polymeráza, zahrnuje rostoucí řetězec RNA a transkribovanou DNA. Stejné jevy jsou charakteristické pro eukaryotické RNA polymerázy. Přechod od iniciace k elongaci je doprovázen porušením vazeb mezi enzymem, promotorem , transkripčními iniciačními faktory a v některých případech přechodem RNA polymerázy do stavu elongační kompetence (například fosforylace CTD domény v RNA polymeráze II). Elongační fáze končí po uvolnění rostoucího transkriptu a disociaci enzymu z templátu (terminace).
Ve fázi elongace je v DNA rozpleteno přibližně 18 párů bází nukleotidů . Přibližně 12 nukleotidů templátového řetězce DNA tvoří hybridní šroubovici s rostoucím koncem řetězce RNA. Jak se RNA polymeráza pohybuje po templátu, dochází před ní k odvíjení a za ní dochází k obnově dvoušroubovice DNA. Současně se z komplexu s templátem a RNA polymerázou uvolní další článek rostoucího řetězce RNA. Tyto pohyby musí být doprovázeny relativní rotací RNA polymerázy a DNA. Je těžké si představit, jak se to může stát v buňce, zejména při transkripci chromatinu . Proto je možné, že pro zabránění takové rotaci je RNA polymeráza pohybující se podél DNA doprovázena topoizomerázami .
Prodlužování se provádí pomocí hlavních prodlužovacích faktorů nutných k tomu, aby se proces předčasně nezastavil [3] .
Nedávno se objevily důkazy, že prodlužování mohou regulovat i regulační faktory. RNA polymeráza se v určitých oblastech genu během prodlužování zastaví . To je zvláště zřetelné při nízkých koncentracích substrátů . V některých částech matrice dochází k dlouhým prodlevám v podpoře RNA polymerázy, tzv. pauzy jsou pozorovány i při optimálních koncentracích substrátů. Trvání těchto pauz může být řízeno elongačními faktory.
Bakterie mají dva mechanismy pro ukončení transkripce:
Ukončení transkripce u eukaryot je méně prozkoumáno. Končí štěpením RNA, po kterém enzym přidá na svůj 3' konec několik adeninů (…AAAA), jejichž počet určuje stabilitu tohoto transkriptu [4] .
Existuje řada experimentálních údajů, které naznačují, že transkripce se provádí v tzv. transkripčních továrnách: obrovské, podle některých odhadů, až 10 M Da komplexy, které obsahují asi 8 RNA polymeráz II a složky následného zpracování a sestřihu , např. stejně jako korekce nově syntetizovaného transkriptu [5] . V buněčném jádru probíhá neustálá výměna mezi zásobami rozpustné a zahrnuté RNA polymerázy. Aktivní RNA polymeráza je zapojena do takového komplexu, který je zase strukturní jednotkou organizující zhutnění chromatinu . Nejnovější data [6] naznačují, že transkripční továrny existují i v nepřítomnosti transkripce, jsou fixované v buňce (dosud není jasné, zda interagují s jadernou matricí buňky či nikoli) a představují nezávislý jaderný subkompartment. Komplex transkripční továrny obsahující RNA polymerázu I, II nebo III byl analyzován hmotnostní spektrometrií. [7]
Některé viry (jako je virus lidské imunodeficience, který způsobuje infekci HIV ) mají schopnost přepisovat RNA do DNA. HIV má RNA genom , který se integruje do DNA. Výsledkem je, že DNA viru může být kombinována s genomem hostitelské buňky. Hlavní enzym zodpovědný za syntézu DNA z RNA se nazývá reverzní enzym . Jednou z funkcí reverzní fáze je vytvoření komplementární DNA (cDNA) z virového genomu. Přidružený enzym ribonukleáza H štěpí RNA a reverzní enzym syntetizuje cDNA z dvojité šroubovice DNA. cDNA je integrována do genomu hostitelské buňky integrázou . Výsledkem je syntéza virových proteinů hostitelskou buňkou, které tvoří nové viry. V případě HIV je také naprogramována apoptóza (buněčná smrt) T-lymfocytů . [8] V jiných případech může buňka zůstat distributorem virů.
Některé eukaryotické buňky obsahují enzym telomerasu , který také vykazuje aktivitu reverzní transkripce. S jeho pomocí se syntetizují opakující se sekvence v DNA. Telomeráza je často aktivována v rakovinných buňkách pro nekonečnou duplikaci genomu bez ztráty sekvence DNA kódující protein. Některé zvířecí viry obsahující RNA, využívající RNA-dependentní DNA polymerázu, jsou schopny syntetizovat DNA komplementární k virové RNA. Integruje se do genomu eukaryotické buňky, kde může zůstat skryt po mnoho generací. Za určitých podmínek (například vystavení karcinogenům) se mohou aktivovat virové geny a zdravé buňky se změní na rakovinné.
![]() | |
---|---|
V bibliografických katalozích |
|
Přepis (biologie) | |||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Regulace transkripce |
| ||||||||||||
Aktivace | |||||||||||||
Zahájení | Místo začátku přepisu | ||||||||||||
Prodloužení |
| ||||||||||||
Ukončení |