Transkripsiya (biologiya)

Transkripsiyada DNK asosida RNK sintezlanadi. Bunda ferment sifatida RNK-polimeraza II ishtirok etadi.

Transkripsiya (lot. transcriptio — «ko‘chirib yozish» so‘zidan) — barcha tirik hujayralarda RNK sintezi uchun DNKdan matritsa sifatida foydalaniladigan jarayon bo‘lib, bunda genetik axborot DNKdan RNKga ko‘chiriladi.

Transkripsiya jarayonini katalizlaydigan ferment — DNKga bog‘liq RNK-polimerazadir. RNK-polimeraza DNK molekulasi bo‘ylab 5`- 3` yo‘nalishda harakatlanadi.

Oqsil kodlovchi qismlarning transkripsiyasida bakteriyalarning transkripsiya birligi operon — DNK molekulasining bo‘lagi bo‘lib, u promotor (repressor oqsil birikadigan operator), transkripsiyalanadigan qism (bir nechta oqsil kodlovchi ketma-ketlikdan iborat bo‘lishi mumkin) va terminatordan tashkil topadi. Eukariotlarda esa transkripsiyalanadigan qism odatda bitta oqsil kodlovchi ketma-ketlikdan iborat bo‘ladi.

RNK sintezida andoza vazifasini bajaradigan DNK zanjiri matritsali zanjir deb ataladi. Shu tariqa sintezlangan RNK ketma-ketligi matritsali zanjirga komplementar, yaʼni DNKning kodlovchi zanjiri ketma-ketligi bilan bir xil bo‘ladi (DNKdagi timin RNKda uratsil bilan almashishi bundan mustasno). Bu komplementarlik tamoyiliga asoslanadi.

Prokariotlar va eukariotlarda transkripsiya

Bakteriyalarda transkripsiyani yagona RNK-polimeraza katalizlaydi. U beshta subbirlikdan (α₂ββ'ω) iborat asosiy qismdan hamda promotorga bog‘lanishni belgilovchi va transkripsiya boshlanishining yagona omili bo‘lgan σ-subbirlikdan (sigma-omil) tashkil topgan. Escherichia coli bakteriyasida, masalan, sigma-omilning eng keng tarqalgan shakli — σ⁷⁰.

Eukariot hujayralarida kamida 3 ta RNK-polimeraza, o‘simliklarda esa 5 ta bo‘lib, ularning transkripsiyani boshlashi va uzaytirishi uchun turli omillar zarur. RNK-polimeraza II — eukariot hujayralarida oqsilni kodlovchi iRNK (va ayrim boshqa RNKlar) transkripsiyasini katalizlaydigan asosiy fermentdir.

Bakteriyalarda transkripsiyadan so‘ng iRNK o‘zgartirilmaydi va transkripsiyaning o‘zidayoq translyatsiya sodir bo‘lishi mumkin. Eukariot hujayralarida esa iRNK yadroda o‘zgaradi: uning 5'-uchiga kep biriktiriladi, 3'-uchida poliA-dum sintezlanadi va splaysing (splicing) amalga oshadi. So‘ng iRNK sitoplazmaga o‘tib, u yerda translyatsiya jarayonida ishtirok etishi mumkin.

Transkripsiya jarayoni

Transkripsiya boshlanish (initsiatsiya), uzayish (elongatsiya) va yakunlanish (terminatsiya) bosqichlaridan iborat.

Boshlanish (initsiatsiya)

Transkripsiyaning boshlanishi — DNKga bog‘liq RNK-polimerazaning promotorga birikishi va transkripsiyani davom ettirish uchun barqaror kompleks hosil qilish jarayonidir.

Transkripsiyaning boshlanishini bir necha bosqichga ajratish mumkin.

RNK-polimeraza (eukariotlarda transkripsiyani boshlash omillari bilan birga) promotorga birikib, yopiq kompleks hosil qiladi. Bu holatda kompleks tarkibida DNKning qo‘sh spirali saqlanib turadi.
U ochiq kompleksga aylanadi. Transkripsiya boshlanadigan nuqtadan taxminan 13 juft nukleotid masofada DNK spirali ochiladi, yaʼni uning zanjirlari bir-biridan ajraladi. DNK zanjirlari ajralgan qism transkripsiya pufakchasi deb ataladi.
Zanjirlarning ajralishi DNKning kodlamaydigan zanjiridan foydalanish imkonini beradi. Dastlabki ikkita ribonukleotid andoza DNKga mos ravishda joylashib, o‘zaro birikadi. Keyin zanjirning 3'-uchiga ribonukleotidlar qo‘shilishi hisobiga RNK uzayadi. Dastlabki 10 ta nukleotidning birikishi uncha samarali emas. Shuning uchun bu bosqichda transkripsiya tez-tez to‘xtab, qisqa transkript ajraladi va sintez qaytadan boshlanadi. Polimerazaning bunday samarasiz urinishlari abortiv transkripsiya deb ataladi.
Polimeraza-promotor kompleksi 10 ta nukleotiddan uzun transkript hosil qilgach, transkripsiyani davom ettirish uchun yetarlicha barqarorlashadi va uzayish bosqichiga o‘tadi. Bu hodisa promotordan chiqish deb ataladi.

Transkripsiyaning boshlanishi murakkab jarayon bo‘lib, u transkripsiyalanadigan ketma-ketlik yaqinidagi DNK ketma-ketligiga ( eukariotlarda esa genomning uzoqroq qismlariga — enxanserlarga va saylenserlarga ham), shuningdek, turli oqsil omillarining mavjudligi yoki yo‘qligiga bog‘liq.

Uzayish (elongatsiya)

RNK-polimerazaning transkripsiya boshlanishidan uzayish bosqichiga qachon o‘tishi aniq belgilanmagan. Bunday o‘tish ichak tayoqchasi RNK-polimerazasida uchta asosiy biokimyoviy hodisa bilan tavsiflanadi: sigma-omilning ajralishi, dastlabki translokatsiya, yaʼni ferment molekulasining andoza bo‘ylab siljishi hamda RNK-polimeraza, o‘sayotgan RNK zanjiri va transkripsiyalanayotgan DNKni o‘z ichiga olgan kompleksning sezilarli darajada barqarorlashishi. Shu hodisalar eukariot RNK-polimerazalariga ham xos. Boshlanishdan uzayishga o‘tishda fermentning promotor va transkripsiyani boshlash omillari bilan bog‘lanishlari uziladi; baʼzan RNK-polimeraza uzayishga tayyor holatga keladi (masalan, RNK-polimeraza IIda fosforillanish jarayoni CTD-domenda sodir bo‘ladi). Uzayish bosqichi o‘sayotgan transkriptning ajralishi va fermentning dissotsiatsiyasi, yaʼni andozadan ajralishi bilan yakunlanadi (terminatsiya).

Uzayish bosqichida DNKning taxminan 18 juft nukleotidi ochilgan bo‘ladi. DNKning matritsali zanjiridagi taxminan 12 ta nukleotid o‘sayotgan RNK zanjirining uchi bilan gibrid spiral hosil qiladi. RNK-polimeraza andoza bo‘ylab harakatlanganda uning oldida spiral ochiladi, orqasida esa DNKning qo‘sh spirali qayta tiklanadi. Bir vaqtning o‘zida o‘sayotgan RNK zanjirining navbatdagi bo‘lagi matritsa va RNK-polimeraza kompleksidan ajraladi. Bu harakatlar RNK-polimeraza va DNKning bir-biriga nisbatan aylanishini talab qilishi kerak. Hujayrada, ayniqsa, xromatin transkripsiyalanganda bunday aylanish qanday sodir bo‘lishini tasavvur qilish qiyin. Shu bois DNK bo‘ylab harakatlanayotgan RNK-polimerazaga bunday aylanishning oldini oladigan topoizomerazalar hamrohlik qilishi mumkin.

Uzayish jarayoni muddatidan oldin to‘xtab qolmasligi uchun zarur bo‘lgan asosiy elongatsiya omillari yordamida amalga oshadi.

So‘nggi vaqtlarda regulyator omillar ham uzayish jarayonini boshqarishi mumkinligini ko‘rsatuvchi maʼlumotlar paydo bo‘ldi. RNK-polimeraza uzayish davomida genning ayrim qismlarida vaqtincha to‘xtab turadi. Bu, ayniqsa, substratlar konsentratsiyasi past bo‘lganda yaqqol ko‘rinadi. Andozaning ayrim qismlarida RNK-polimeraza harakati uzoq vaqtga to‘xtashi, yaʼni pauzalar yuz berishi, hatto substratlarning maqbul konsentratsiyalarida ham kuzatilishi mumkin. Bunday pauzalarning davomiyligini elongatsiya omillari boshqarishi mumkin.

Yakunlanish (terminatsiya)

Bakteriyalarda transkripsiyaning yakunlanishi ikki mexanizm orqali amalga oshadi:

Ro (rho) ga bog‘liq mexanizmda Rho ([ro]) oqsili DNK matritsasi bilan iRNK o‘rtasidagi vodorod bog‘larini beqarorlashtirib, RNK molekulasini ajratadi.
Ro (rho) ga bog‘liq bo‘lmagan mexanizmda yangi sintezlangan RNK molekulasi poya-halqa tuzilmasini hosil qilganda transkripsiya to‘xtaydi; undan keyin bir nechta uratsil (…УУУУ) joylashadi. Natijada RNK molekulasi DNK matritsasidan ajralib chiqadi.

Eukariotlarda transkripsiyaning yakunlanishi kamroq o‘rganilgan. Bu jarayon RNKning kesilishi bilan tugaydi, so‘ng ferment RNKning 3'-uchiga bir nechta adenin (…АААА) qo‘shadi. Ushbu adeninlar soni transkriptning barqarorligiga taʼsir qiladi.

Transkripsiya fabrikalari

Bir qator tajriba natijalari transkripsiya «transkripsiya fabrikalari» deb ataladigan yirik komplekslarda sodir bo‘lishini ko‘rsatadi. Baʼzi hisob-kitoblarga ko‘ra, ularning massasi 10 M Da gacha yetadi. Bu komplekslar tarkibida taxminan 8 ta RNK-polimeraza II va transkripsiyadan keyingi RNKga ishlov berish (processing) hamda splaysing (splicing), shuningdek, yangi sintezlangan transkriptni tahrirlashda qatnashuvchi tarkibiy qismlar bo‘ladi. Hujayra yadrosida RNK-polimerazaning erigan va faol ishlayotgan zaxiralari o‘rtasida doimiy almashinuv sodir bo‘ladi. Faol RNK-polimeraza ana shunday kompleks tarkibiga kiradi; kompleks, o‘z navbatida, xromatinning zichlashishini tashkil etadigan tuzilmaviy birlik hisoblanadi. So‘nggi maʼlumotlarga ko‘ra, transkripsiya fabrikalari transkripsiya sodir bo‘lmaganda ham mavjud bo‘ladi. Ular hujayra ichida muayyan joyda saqlanadi (ular hujayraning yadro matriksi bilan o‘zaro taʼsirlashadimi yoki yo‘qmi, hozircha nomaʼlum) va yadro ichidagi mustaqil bo‘limni hosil qiladi. RNK-polimeraza I, II yoki III ni o‘z ichiga olgan transkripsiya fabrikalari komplekslari mass-spektrometriya yordamida tahlil qilingan.

Teskari transkripsiya

Ayrim viruslar (masalan, odam immunitet tanqisligi virusi, yaʼni OIV infeksiyasini keltirib chiqaruvchi virus) RNKdan DNK sintezlay oladi. OIVning RNKdan iborat genomi DNKga qo‘shilib ketadi. Natijada virus DNKsi xo‘jayin hujayraning genomiga birlashishi mumkin. RNK asosida DNK sintezi uchun javobgar asosiy ferment teskari transkriptaza (revertaza) deb ataladi. Revertazaning vazifalaridan biri virus genomidan komplementar DNK (kDNK) hosil qilishdir. Jarayonda qatnashuvchi ribonukleaza H RNKni parchalaydi, revertaza esa DNK qo‘sh spiralidan kDNK sintezlaydi. kDNK xo‘jayin hujayra genomiga integraza yordamida kiritiladi. Natijada xo‘jayin hujayra yangi viruslarni hosil qiluvchi virus oqsillarini sintezlaydi. OIV holatida apoptoz (hujayraning o‘limi) ham dasturlanadi; bu T-limfotsitlarga taalluqlidir. Boshqa hollarda hujayra viruslarni tarqatuvchi manba bo‘lib qolishi mumkin.

Ayrim eukariot hujayralarida ferment — telomeraza ham mavjud bo‘lib, u teskari transkripsiya faolligini namoyon etadi. Telomeraza yordamida DNKdagi takrorlanuvchi ketma-ketliklar sintezlanadi. Telomeraza ko‘pincha saraton hujayralarida faollashadi va oqsil kodlovchi DNK ketma-ketliklarini yo‘qotmagan holda genomning cheksiz ko‘payishiga yordam beradi. RNK saqlovchi ayrim hayvon viruslari RNKga bog‘liq DNK-polimeraza yordamida virus RNKsiga komplementar DNK sintezlay oladi. Bu DNK eukariot hujayra genomiga birikadi va u yerda ko‘p avlodlar davomida yashirin holatda qolishi mumkin. Muayyan sharoitlarda (masalan, kanserogenlar taʼsirida) virus genlari faollashib, sog‘lom hujayralar saraton hujayralariga aylanishi mumkin.

Transkripsiya tamoyillari

komplementarlik — RNK nukleotidlari komplementarlik tamoyiliga muvofiq birikadi (replikatsiyadagidek, ammo A qarshisiga U birikadi);
bir yo‘nalishlilik — RNK sintezi 5'→3' yo‘nalishda, DNKning 3'→5' yo‘nalishli matritsasi bo‘ylab sodir bo‘ladi;
antiparallellik — sintezlanayotgan RNK zanjiri DNK matritsasiga antiparallel bo‘ladi;
asimmetriya — DNKning faqat bitta, yaʼni matritsali (kodlamaydigan, antisens) zanjiri transkripsiyalanadi;
praymersiz boshlanish — transkripsiya uchun praymer talab qilinmaydi.