Transkripsiya (lot. transcriptio — “ko‘chirib yozish”) — barcha tirik hujayralarda sodir bo‘ladigan, DNK ni matritsa sifatida ishlatib RNK sintez qilish jarayoni; genetik ma’lumotning DNKdan RNKga ko‘chirilishi.

Transkripsiyani DNK-ga qaram RNK-polimeraza fermenti katalizlaydi. RNK-polimeraza DNK molekulasi bo‘ylab harakat qiladi va RNK zanjiri 5'-3' yo‘nalishda sintezlanadi.

Oqsil kodlovchi uchastkalar transkripsiyasi haqida gapirganda, bakteriyalarda transkripsiya birligi operon hisoblanadi — u promotor (unga repressor oqsil ulanadigan operator bilan), transkripsiya qilinadigan qism (unda bir nechta oqsil-kodlovchi ketma-ketliklar bo‘lishi mumkin) va terminatordan iborat DNK bo‘lagidir. Eukaryotlarda esa transkripsiya qilinadigan qism odatda bitta oqsil-kodlovchi ketma-ketlikni o‘z ichiga oladi.

RNKni qurish uchun qolip bo‘lib xizmat qiladigan DNK zanjiri matritsa zanjiri (shablon) deyiladi. Natijada olingan RNK ketma-ketligi, timin (T) o‘rniga urasil (U) qo‘yilishini istisno etganda, kodlovchi DNK zanjiri ketma-ketligiga komplementar bo‘lgan ketma-ketlikka mos (identik) bo‘ladi — ya’ni komplementarlik tamoyiliga muvofiq.

Avval gen DNK (A, T, G, C) ning 4-belgili alifbosidan transkripsiya jarayoni yordamida RNK (A, U, G, C) ning 4-belgili alifbosiga ko‘chiriladi, so‘ng RNKdagi ma’lumot translyatsiya jarayoni orqali sintezlanayotgan oqsilning 20-belgili alifbosi — aminokislotalar to‘plamiga “tarjima” qilinadi.

Prokaryotlar va eukaryotlarda transkripsiya

Bakteriyalarda transkripsiyani bitta RNK-polimeraza bajaradi. U besh ta asosiy subbirlardan (α₂ββ'ω) tashkil topgan yadro (core) va promotorni tanib bog‘lanishni belgilaydigan, transkripsiya initsiatsiyasining yagona omili bo‘lgan σ-subbir (sigma-faktor)dan iborat. Masalan, Escherichia coli da eng ko‘p uchraydigan sigma-faktor turi — σ⁷⁰.

Eukaryot hujayralar kamida 3 tur RNK-polimerazaga ega (o‘simliklarda 5 gacha) va initsiatsiya hamda elongatsiya uchun bir qator omillar to‘plamini talab qiladi. RNK-polimeraza II — eukaryot hujayralarida oqsil-kodlovchi mRNK (iRNK) (hamda ayrim boshqa RNK turlari) transkripsiyasini katalizlaydigan asosiy fermentdir.

Bakteriyalarda mRNK transkripsiyadan so‘ng modifikatsiyalanmaydi va ko‘pincha transkripsiya ketayotganda-yoq translyatsiya (tarjima) boshlanishi mumkin. Eukaryot hujayralarda mRNK yadroda 5'-kep (5'-cap) qo‘yilishi, 3'-poli(A) dum sintezi va splaysing orqali modifikatsiyalanadi. Shundan keyin mRNK sitoplazmaga chiqadi va u yerda translyatsiya sodir bo‘ladi.

Prokaryotlar va eukariotlar uchun umumiy bo'lgan transkripsiya bosqichlarining diagrammasi. Moviy promotorli DNK hududi kulrang rangda, yangi paydo bo'lgan RNK esa yashil rangda ko'rsatilgan.

Transkripsiya jarayoni

Transkripsiya uch bosqichdan iborat: initsiatsiya, elongatsiya va terminatsiya.

Initsiatsiya

Transkripsiya initsiatsiyasi — DNK-ga qaram RNK-polimerazaning promotorga bog‘lanishi va transkripsiyani davom ettira oladigan barqaror kompleks hosil qilishi jarayoni.

Initsiatsiya bir necha ketma-ket qadamlarni o‘z ichiga oladi:

• Yopiq kompleks hosil bo‘lishi. RNK-polimeraza (eukaryotlarda — initsiatsiya omillari bilan birga) promotor bilan bog‘lanadi; bu holatda kompleks ichida DNK hali ikki spiral holatda.
• Ochiq kompleksga o‘tish. Transkripsiya boshlanish nuqtasidan taxminan 13 juft nukleotid oralig‘ida DNK spiralining “eritilishi” (ikkala zanjir ajralishi) yuz beradi. Ajralgan hudud transkripsion pufakcha deb ataladi.
• Dastlabki nukleotidlarni ulash. Shablon (matritsa) DNK zanjiriga mos birinchi ikki ribonukleotid tekislanib ulanadi. Keyin RNK 3' uchiga navbatdagi ribonukleotidlar qo‘shilib zanjir uzayadi. Dastlabki ~10 nukleotidni ulash samarasiz kechishi mumkin; ko‘p hollarda qisqa transkript ajralib chiqadi va sintez qaytadan boshlanadi. Bu “polimeraza sirpanishi” holati abortiv transkripsiya deyiladi.
• Promotordan chiqish (promoter escape). Transkript uzunligi 10 nukleotiddan oshgach, polimeraza-promotor kompleksi yetarlicha barqaror bo‘lib, transkripsiyani davom ettiradi va elongatsiya bosqichiga o‘tadi.

Initsiatsiya murakkab bo‘lib, transkripsiya qilinadigan ketma-ketlik atrofidagi DNK tartibi (eukaryotlarda — uzoqroq joylashgan enhancer va silencerlar) hamda turli oqsil omillarning mavjudligiga bog‘liq.

Elongatsiya

RNK-polimerazaning initsiatsiyadan elongatsiyaga o‘tish lahzasi aniq chizilmagan. E. coli misolida bu o‘tishni uchta asosiy hodisa tavsiflaydi: sigma-faktorning ajralishi, ferment molekulasining matritsa bo‘ylab birinchi translokatsiyasi va transkripsion kompleksning kuchli barqarorlashuvi (bu kompleks tarkibiga RNK-polimeraza, o‘sayotgan RNK zanjiri va transkripsiya qilinayotgan DNK kiradi). Eukaryot RNK-polimerazalarida ham shunga o‘xshash hodisalar kuzatiladi. Ko‘pincha o‘tish promotor, initsiatsiya omillari va ferment orasidagi aloqalarning uzilishi hamda, masalan, RNK-polimeraza II dagi CTD-domenning fosforillanishi bilan bog‘liq elongatsiyaga kompetent holatga o‘tish bilan kechadi. Elongatsiya fazasi o‘sayotgan transkriptning ajralishi va fermentning matritsadan dissotsiatsiyasi bilan yakunlanadi (terminatsiya).

Elongatsiya vaqtida DNKda taxminan 18 juft nukleotid ochilgan bo‘ladi; shundan ~12 nukleotid matritsa DNK RNKning o‘sayotgan uchi bilan gibrid spiral hosil qiladi. RNK-polimeraza harakatlanishi davomida old tomonda spiral yoyiladi, ortda esa qayta tiklanadi; bir vaqtning o‘zida RNKning navbatdagi bo‘g‘ini matritsa va polimeraza bilan kompleksdan bo‘shab boradi. Bu siljishlar nisbiy buralishlarni talab qiladi; hujayra sharoitida, ayniqsa xromatin transkripsiyasida, bunday buralishlar topoizomerazalar yordamida boshqarilishi ehtimoldan xoli emas.

Elongatsiya jarayonning barqaror davom etishi uchun asosiy elongatsiya omillari talab etiladi; ular jarayonning erta to‘xtab qolishining oldini oladi.

So‘nggi ma’lumotlar regulyator omillar elongatsiyani ham boshqarishi mumkinligini ko‘rsatadi. RNK-polimeraza ayrim gen uchastkalarida pauza qiladi; bu holat substratlar konsentratsiyasi past bo‘lganda ayniqsa yaqqol. Ba’zi matritsa hududlarida substratlar optimal bo‘lsa ham davomli pauzalar kuzatiladi; bu pauzalar davomiyligi elongatsiya omillari tomonidan nazorat qilinishi mumkin.

Terminatsiya

Bakteriyalarda transkripsiya terminatsiyasining ikki asosiy mexanizmi mavjud:

• Rho-bog‘liq (ρ-bog‘liq) terminatsiya. Rho (Ro) oqsili matritsa DNK va mRNK orasidagi vodorod bog‘larini beqarorlashtirib, RNK molekulasini ajratadi.
• Rho-bog‘liq bo‘lmagan terminatsiya. Yangi sintezlangan RNK shox-halqa (stem-loop) tuzilmasini hosil qilganda va undan keyin bir necha urasil (…UUUU) kelganda, RNK matritsadan ajraladi.

Eukaryotlarda terminatsiya kamroq o‘rganilgan. Odatda RNK kesiladi, so‘ng 3' uchiga bir nechta adenin (…AAAA) qo‘shiladi; poli(A) uzunligi transkriptning barqarorligiga ta’sir etadi.

Transkripsion “fabrikalar”

Bir qator eksperimental ma’lumotlar transkripsiya hujayra yadrosida “transkripsion fabrikalar” deb ataluvchi yirik (ba’zi baholashlarga ko‘ra 10 MDa gacha) komplekslarda ro‘y berishini ko‘rsatadi. Bunday komplekslar taxminan 8 ta RNK-polimeraza II ni, shuningdek keyingi prosessing va splaysing komponentlarini hamda yangi transkriptni to‘g‘rilash (korrektlash) tizimlarini o‘z ichiga oladi. Yadroda erkin (eritiladigan) va jarayonda qatnashayotgan RNK-polimeraza havzalari o‘rtasida uzluksiz almashinuv mavjud. Faol RNK-polimeraza ana shunday kompleks tarkibida bo‘ladi va bu kompleks xromatinning kompaktlashuvini tashkil etuvchi tuzilmaviy birlik sifatida xizmat qiladi. So‘nggi kuzatishlar transkripsion fabrikalar transkripsiyasiz ham mavjud bo‘lishi, hujayrada fiksatsiyalangan turishi (ular yadro matritsasi bilan o‘zaro ta’sir qiladimi-yo‘qmi — aniqlashtirilmoqda) va mustaqil yadro subkompartmentini ifodalashini ko‘rsatadi. RNK-polimeraza I, II yoki III ni o‘z ichiga olgan transkripsion fabrikalar mass-spektrometriya yordamida tahlil qilingan.

Orqa (teskari) transkripsiya

Ba’zi viruslar (masalan, odam immun tanqisligi virusi — OIV, OIV-infeksiyani keltirib chiqaruvchi) RNKdan DNKga transkripsiya qila oladi. OIVning RNK-genomi DNKga ko‘chiriladi va keyin hujayra genomiga qo‘shilib ketadi. RNKdan DNK sintezini amalga oshiradigan asosiy ferment teskari transkriptaza (reverse transcriptase) hisoblanadi. Uning vazifalaridan biri — virus genomidan komplementar DNK (kDNK, cDNA) yaratish. U bilan bog‘liq ribonukleaza H RNKni parchalab yuboradi, teskari transkriptaza esa ikki spiral DNK qolipidan kDNKni sintez qiladi. Integraza yordamida kDNK mezbon hujayra genomiga integratsiyalanadi. Natijada hujayra virusning oqsillarini sintez qiladi va yangi viruslar yig‘iladi. OIV holatida, qo‘shimcha ravishda, T-limfotsitlarda apoptoz (hujayra o‘limi) dasturlanishi mumkin. Boshqa hollarda ham hujayra viruslarning tashuvchisi bo‘lib qolishi ehtimoli bor.

Teskari transkripsiya sxemasi

Ba’zi eukaryot hujayralarida telomeraza fermenti ham teskari transkriptaza faolligini ko‘rsatadi — u DNKda takrorlanuvchi ketma-ketliklarni sintezlaydi. Telomeraza ko‘pincha saraton hujayralarida faollashadi va genom cheksiz dublikatlanishiga (kodlovchi ketma-ketliklar yo‘qolmasdan) imkon beradi. Ayrim hayvon RNK-viruslari RNK-ga qaram DNK-polimeraza yordamida virus RNK-siga komplementar DNKni sintezlay oladi; u eukaryot hujayra genomiga qo‘shilib, ko‘p avlodlar davomida yashirin holda saqlanadi. Ma’lum sharoitlarda (masalan, kantsinogenlar ta’sirida) virus genlari faollashib, sog‘lom hujayralar saraton hujayralariga aylanishi mumkin.

Transkripsiya prinsiplari

• Komplementarlik. RNK nukleotidlari DNKga komplementarlik tamoyili bo‘yicha ulanadi (replikatsiyadagidek, ammo A ga U mos keladi).
• Yakkayo‘nalishlilik (unipolyarlik). RNK sintezi 5'→3' yo‘nalishda boradi; DNK matritsasi 3'→5' yo‘nalishda o‘qiladi.
• Antiparallellik. Yangi sintezlangan RNK zanjiri DNK matritsasiga antiparallel.
• Assimmetriya. Faqat bitta DNK zanjiri — matritsa (nekodlovchi, antisens) zanjir transkripsiya qilinadi.
• Praymersiz boshlanish. Transkripsiya uchun primer talab qilinmaydi.