Перенос информации возможен не только с ДНК на РНК, но и в обратном направлении? с РНК на ДНК. Подобная обратная Т. происходит у РНК-содержащих опухолеродных вирусов В их составе обнаружен фермент, который после заражения клеток использует вирусную РНК как матрицу для синтеза комплементарной нити ДНК. В результате образуется двунитевой РНК-ДНК гибрид, используемый для синтеза второй нити ДНК, комплементарной первой. Возникающая двуспиральная ДНК, несущая всю информацию исходной РНК, может встраиваться в хромосомы клетки, пораженной вирусом, и вызывать её злокачественное перерождение. Открытие обратной Т. послужило веским подтверждением вирусно-генетической теории рака, выдвинутой советским учёным Л. А. Зильбером Обратная Т., возможно, играет важную роль в системах реализации и накопления информации в нормальных клетках, например при эмбриональном развитии.
Фермент, осуществляющий обратную Т.? РНК зависимая ДНК-полимераза (обратная транскриптаза, ревертаза), подобен по свойствам ДНК зависимым ДНК-полимеразам и значительно отличается от ДНК зависимых РНК-полимераз, ведущих Т.
Лит.: Темин Г., РНК направляет синтез ДНК, «Природа», 1972, № 9; Гершензон С. М., Обратная транскрипция и ее значение для общей генетики и онкологии, «Успехи современной биологии», 1973, т. 75, №3; Стент Г., Молекулярная генетика, пер. с англ., М., 1974, гл. 16.
Б. Г. Никифоров. Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия 1969-1978
ТРАНСКРИПЦИЯ в биологии (син. матричный синтез РНК ) - синтез рибонуклеиновой кислоты на матрице дезоксирибонуклеиновой кислоты. Т., происходящая в живых клетках, представляет собой начальный этап реализации генетических признаков, заключенных в ДНК (см. Дезоксирибонуклеиновые кислоты). В результате Т. образуется РНК (см. Рибонуклеиновые кислоты) - точная копия одной из нитей ДНК по последовательности азотистых оснований в полинуклеотидной цепи. Т. катализируется ДНК-за-висимыми РНК-полимеразами (см. Полимеразы) и обеспечивает синтез РНК трех типов: матричных РНК (мРНК), кодирующих первичную структуру белка, т. е. последовательность аминокислотных остатков в строящейся иолипептидной цепи (см. Белки , биосинтез); рибосомных РНК (рРНК), входящих в состав рибосом (см.), и транспортных РНК (тРНК), участвующих в процессе синтеза белка в качестве компонента, осуществляющего «перекодирование» информации, заключенной в мРНК.
Т. у микроорганизмов изучена полнее, чем у высших организмов (см. Бактерии, генетика). Процесс Т., катализируемый РНК-полимеразой, делится на 4 стадии: связывание РНК-полимеразы с ДНК, начало - инициацию - синтеза цепи РНК, собственно процесс синтеза полинуклеотидной цепи - элонгацию и завершение этого синтеза - терминацию.
РНК-полимераза обладает наибольшим сродством к определенным участкам ДНК-матрицы, содержащим специфическую последовательность нуклеотидов (так наз. промоторным участкам). Связывание фермента с таким участком сопровождается частичным локальным плавлением нитей ДНК и их расхождением. На стадии инициации происходит включение первого нуклеотида - обычно аденозина (А) или гуанозина (Г) - в молекулу РНК. В течение элонгации РНК-полимераза локально расплетает двойную спираль ДНК и копирует одну из ее цепей в соответствии с принципом комплементарности (см. Репликация). По мере продвижения РНК-полимеразы вдоль ДНК растущая цепь РНК отходит от матрицы, а двуспиральная структура ДНК после прохождения фермента восстанавливается. Терминация синтеза РНК происходит также на специфических участках ДНК. В нек-рых случаях для распознавания сигналов терминации необходимы дополнительные белки, одним из к-рых является р-фактор, представляющий собой белок с АТФ-азной активностью, в других случаях это могут быть модифицированные азотистые основания. При достижении РНК-полимеразой терминаторного участка синтезированная нить РНК окончательно отделяется от ДНК-матрицы.
Функциональной транскрипционной единицей у микроорганизмов является оперон (см.), включающий один промотор, один оператор и ряд генов, кодирующих полипептидные цепи (см. Ген). Т. оперона начинается со стадии связывания РНК-по-лимеразы с промотором - участком, находящимся в самом начале оперона. Сразу же за промотором расположен оператор - участок ДНК, способный связываться с белком-репрессором. Если оператор свободен, то происходит Т. всего оперона, но если оператор связан с белком-репрессором, Т. блокируется. Все хорошо изученные реп-рессоры представляют собой белки, способные подвергаться аллостерическим изменениям (см. Конформация). Структура белков-репрессоров кодируется регуляторными генами, расположенными или непосредственно перед опероном или на значительном расстоянии от него. Синтез и активность репрессоров определяются условиями вне- и внутриклеточной среды (концентрацией метаболитов, ионов и др.).
Транскрипция ДНК у высших организмов осуществляется отдельными участками, называемыми единицами Т.- транскриптонами. В состав единицы Т. входит ДНК соответствующего гена и примыкающих к нему участков. Представления о структуре единиц Т. получили существенное развитие в связи с выявлением функциональной неравнозначности последовательности участков генов эукариотов. Оказалось, что внутри структурных генов высших организмов находятся так наз. интроны - вставочные последовательности ДНК, не имеющие прямого отношения к кодированию данного белка. Число и размер интронов разных генов сильно варьируют, во многих случаях общая длина всех нитронов значительно превышает длину кодирующей части генов (экзона). Выяснение роли интронов - одна из актуальных задач молекулярной генетики (см.).
В процессе Т. образуется РНК, являющаяся копией всей транскрипционной единицы. В тех случаях, когда гены кодируют синтез белков, первичный продукт Т. называется ядерным предшественником мРНК (про-мРНК), по размеру он в несколько раз превышает мРНК. В состав про-мРНК входят последовательности, транскрибированные на кодирующих участках (экзонах), интронах и, возможно, прилежащих зонах ДНК. В клеточном ядре про-мРНК превращается в зрелую мРНК, происходит так наз. процессинг, или созревание. При этом специфические ферменты взаимодействуют с про-мРНК и избирательно удаляют избыточные последовательности, в частности, те, к-рые синтезированы на интронах. На этой же стадии осуществляются нек-рые модификации РНК, такие, как метилирование, добавление специфических групп и др. Зрелая мРНК, выходящая в цитоплазму, содержит тем не менее избыточные участки, не относящиеся непосредственно к кодированию структуры белка и необходимые, как полагают, для правильного взаимодействия РНК с рибосомами, белковыми факторами трансляции (см.) и др.
Нарушения процесса Т. могут значительно изменять метаболизм клеток. Дефекты ферментов, принимающих участие в синтезе РНК, могут вызывать снижение интенсивности Т. большого числа генов и приводить к значительному нарушению функционирования клетки вплоть до ее гибели.
Генетические дефекты в структуре отдельной единицы Т. являются причиной нарушения синтеза данной РНК (и соответствующего ей белка) и тем самым могут быть основой мо-ногенной наследственной патологии (см. Наследственные болезни).
Существует обратная Т.- синтез ДНК на матрице РНК, при к-ром перенос информации происходит не с ДНК на РНК, как в процессе прямой Т., а в обратном направлении. Обратная Т. была впервые установлена у РНК-содержащих онкогенных вирусов после того, как в зрелых вирусных частицах обнаружили РНК-зависимую ДНК-полимеразу, называемую обратной транскриптазой, или ревертазой (см.). При участии этого фермента в клетке, зараженной вирусами, на матрице РНК синтезируется ДНК, в дальнейшем способная служить матрицей для образования РНК новых вирусных частиц. Синтезированная путем обратной Т. вирусная ДНК может включаться в ДНК клетки-хозяина и тем самым быть причиной злокачественной трансформации клеток. Обратная Т. in vitro обычно используется в исследованиях по генной инженерии (см.) для синтеза на матрицах любых РНК структурных зон соответствующих генов.
Библиогр.: Ашмарин И. П., Молекулярная биология, с. 70, Л., 1974; 3 е н г б у ш П. Молекулярная и клеточная биология, пер. с нем., т. 1, с. 135, М., 1982; Киселев Л. Л. РНК-на-правляемый синтез ДНК. (Обратная транскрипция), М., 1978, библиогр.; Уотсон Дж. Молекулярная биология гена, пер. с англ., с. 268, М., 1978.
С. А. Лимборская.
Реставрация ванн в в Колпино vk.com/restavraciya_vann_kolpino .
Транскрипция. Begin - начало транскрипции, End - конец транскрипции, DNA - ДНК.
Транскрипция - процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы, происходящий во всех живых клетках. Другими словами, это перенос генетической информации с ДНК на РНК.
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"
Транскрипция состоит из стадий инициации, элонгации и терминации.
Инициация транскрипции
Инициация транскрипции сложный процесс, зависящий от последовательности ДНК вблизи транскрибируемой последовательности и от наличия или отсутствия различных белковых факторов.
Элонгация транскрипции
Момент перехода РНК-полимеразы от инициации транскрипции к элонгации точно не определен. Три основных биохимических события характеризуют этот переход в случае РНК-полимеразы кишечной палочки: отделение сигма-фактора, первая транслокация молекулы фермента вдоль матрицы и сильная стабилизация транскрипционного комплекса, который кроме РНК-полимеразы включает растущую цепь РНК и транскрибируемую ДНК. Эти же явления характерны и для РНК-полимераз эукариот. Переход от инициации к элонгации сопровождается разрывом связей между ферментом, промотором, факторами инициации транскрипции, а в ряде случаев - переходом РНК-полимеразы в состояние компетентности в отношении элонгации. Фаза элонгации заканчивается после освобождения растущего транскрипта и диссоциации фермента от матрицы.
На стадии элонгации в ДНК расплетено примерно 18 пар нуклеотидов. Примерно 12 нуклеотидов матричной нити ДНК образует гибридную спираль с растущим концом цепи РНК. По мере движения РНК-полимеразы по матрице впереди нее происходит расплетание, а позади - восстановление двойной спирали ДНК. Одновременно освобождается очередное звено растущей цепи РНК из комплекса с матрицей и РНК-полимеразой. Эти перемещения должны сопровождаться относительным вращением РНК-полимеразы и ДНК. Трудно себе представить, как это может происходить в клетке, особенно при транскрипции хроматина. Поэтому не исключено, что для предотвращения такого вращения двигающуюся по ДНК РНК-полимеразу сопровождают топоизомеразы.
Элонгация осуществляется с помощью основных элонгирующих факторов, необходимых, чтобы процесс не останавливался преждевременно.
В последнее время появились данные, показывающие, что регуляторные факторы также могут регулировать элонгацию. РНК-полимераза в процессе элонгации делает паузы на определенных участках гена. Особенно четко это видно при низких концентрациях субстратов. В некоторых участках матрицы длительные задержки в продвижении РНК-полимеразы, т.н. паузы, наблюдаются даже при оптимальных концентрациях субстратов. Продолжительность этих пауз может контролироваться факторами элонгации.
| Триптофановый оперон |
Прежде чем начнут синтезироваться белки, информацию об их строении необходимо "достать" из ДНК и доставить ее к месту синтеза белков. Этим занимаются информационные или матричные РНК . Одновременно клетке нужны транспортеры аминокислот – транспортные РНК и структурные компоненты органелл, синтезирующих белок, – рибосомальные РНК . Вся информация о строении транспортных и рибосомальных РНК также находится в ДНК.
Поэтому существует процесс переписывания или транскрипции данных с ДНК на РНК (англ. transcription – переписывание) – биосинтез РНК на матрице ДНК.
Как в любом матричном биосинтезе в транскрипции выделяют 5 необходимых элементов:
- матрица – одна из цепей ДНК,
- растущая цепь – РНК,
- субстрат для синтеза – рибонуклеотиды (УТФ, ГТФ, ЦТФ, АТФ),
- источник энергии – УТФ, ГТФ, ЦТФ, АТФ.
- ферменты РНК-полимеразы и белковые факторы транскрипции.
Биосинтез РНК происходит в участке ДНК, который называется транскриптон , с одного края он ограничен промотором (начало), с другого – терминатором (конец).
РНК-полимеразы эукариот имеют по две больших субъединицы и несколько малых субъединиц.
Стадии транскрипции
Выделяют три стадии транскрипции: инициация, элонгация и терминация.
Инициация
Промотор содержит стартовый сигнал транскрипции – ТАТА-бокс . Так называется определенная последовательность нуклеотидов ДНК, связывающая первый фактор инициации ТАТА-фактор . Этот ТАТА-фактор обеспечивает присоединение РНК-полимеразы к той нити ДНК, которая будет использоваться в качестве шаблона для транскрипции (матричная нить ДНК). Так как промотор ассиметричен ("ТАТА"), то он связывает РНК-полимеразу только в одной ориентации, что определяет направление транскрипции от 5"-конца к 3"-концу (5"→3"). Для связывания РНК-полимеразы с промотором необходим еще один фактор инициации – σ-фактор (греч. σ – "сигма"), но сразу после синтеза затравочного фрагмента РНК (длиной 8-10 рибонуклеотидов) σ-фактор отрывается от фермента.
Другие факторы инициации раскручивают спираль ДНК перед РНК-полимеразой.
Схема процесса транскрипции
Элонгация
Белковые факторы элонгации обеспечивают продвижение РНК-полимеразы вдоль ДНК и расплетают молекулу ДНК на протяжении примерно 17 нуклеотидных пар. РНК-полимераза продвигается со скоростью 40-50 нуклеотидов в секунду в направлении 5"→3". Фермент использует АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ одновременно в качестве субстрата и в качестве источника энергии.
Транскрипция
- процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы, происходящий во всех живых клетках. Другими словами, это перенос генетической информации с ДНК на РНК.
В процессе транскрипции генов происходит биосинтез молекул РНК, комплементарных одной из цепей матричной ДНК, сопровождаемый полимеризацией четырех рибонуклеозидтрифосфатов (ATP, GTP, CTP и UTP) с образованием 3"–5"-фосфодиэфирных связей и освобождением неорганического пирофосфата.
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"
РНК-полимеразы могут состоять из одной или нескальких субъединиц. У митохондрий и некоторых бактериофагов, например SP6, T7 с небольшим числом генов простых геномов, где отсутствует сложная регуляция РНК-полимераза состоит из одной субъединицы. Для бактерий и эукариот, с большим числом генов и сложными системами регуляции РНК-полимеразы состоят из нескольких субъединиц. Показано, что фаговые РНК-полимеразы состоящие из одной субъединицы могут взаиодействовать с белками бактерий, которые меняют их свойства [Патрушев, 2000].
У прокариот синтез всех видов РНК осуществляется одним и тем же ферментом.
У эукариот - 3 ядерные РНК-полимеразы, митохондриальные РНК-полимеразы, хлоропластные РНК-полимеразы.
Субстратами для РНК-полимераз служат рибонуклеозид-трифосфаты (активированные нуклеотиды). Весь процесс транскрипции осуществляется за счет энергии макроэргических связей актвированных нуклеотидов.
Первый нуклеотид в РНК всегда пурин в форме трифосфата.
Факторы транскрипции
- 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
комплиментарность - mRNA комплиментарна матричной цепи ДНК и аналогична кодирующей цепи ДНК
антипараллельность
униполярность
беззатравочность - РНК-полимераза не требует праймера
асимметричность
Стадии транскрипции
- распознавание промотора и связывание - РНК-полимераза связывается с ТАТА-боксом 3’-промотора при помощи основных факторов транскрипции, дополнительные факторы ингибируют или стимулируют присоединение
- инициация - образование первой фосфодиэфирной связи между Pu и первым нуклеотидом. К пуринтрифосфату присоед нуклеотид комплиментарный второму нуклеотиду ДНК с отщеплением пирофосфата от нуклеозидтрифосфата с образ диэфирной связи
- элонгация (3’→5’)- мРНК гомологичная нематричной (кодирующей, смысловой) ДНК, синтезируется на матричной ДНК; какая из двух цепей ДНК будет матрицей, определяется направлением промотора
- терминация
Транскрипционные фабрики
Существует ряд экспериментальных данных, свидетельствующих о том, что транскрипция осуществляется в так называемых транскрипционных фабриках: огромных, по некоторым оценкам, до 10 МДа комплексах, которые содержат около 8 РНК-полимераз II и компоненты последующего процессинга и сплайсинга, а также пруф-ридинга новосинтезированного транскрипта. В ядре клетки происходит постоянный обмен между пулами растворимой и задействованной РНК-полимеразы. Активная РНК-полимераза задействована в таком комплексе, который в свою очередь является структурной организовывающей компактизацию хроматина единицей. Последние данные. свидетельствуют о том, что транскрипционные фабрики существуют и в отсутствие транскрипции, они фиксированы в клетке (пока не ясно, взаимодействуют ли они с матриксом клетки или нет) и представляют собой независимый ядерный субкомпартмент. Попытки выделить белковый функциональный комплекс транскрипционной фабрики пока не привели к успеху ввиду его огромных размеров и низкой растворимости.