Biochemie - základní kapitoly

Transkripce

Kapitoly:

1. K čemu dochází během procesu transkripce?

2. Jak začíná transkripce?

3. Co vzniká během transkripce a proč je RNA jednovláknová?

4. Jaká je funkce enzymu RNA-polymerasy?

5. Proč transkripce není tak přesná jako replikace?

6. Co jsou posttranskripční úpravy?

7. Co jsou exony a introny?

 

1. K čemu dochází během procesu transkripce?

Jestliže buňka potřebuje nějaký konkrétní protein, je nukleotidová sekvence v patřičné oblasti dlouhé molekuly DNA v chromosomu nejprve zkopírována do mRNA (mediatorová, informační RNA). Tato RNA je přímo využívána jako templát (předloha, matrice) pro tvorbu proteinů. Genetická informace je tedy předávána z DNA do RNA procesem zvaným transkripce a následně z RNA do proteinu procesem zvaným translace.

Prvním krokem pro uplatnění genetické informace v buňce je přepsání části nukleotidové sekvence DNA – genu – do nukleotidové sekvence RNA. Tento proces se nazývá transkripce a je v mnoha krocích podobný replikaci DNA. Přepis celého genu označujeme jako expresi (vyjádření) genu.

Veškerá RNA v buňce vzniká transkripcí.

2. Jak začíná transkripce?

Transkripce začíná rozvolňováním krátkého úseku dvoušroubovice DNA, jeden z řetězců pak slouží jako templát pro syntézu RNA. Ribonukleotidová sekvence RNA je určena komplementárním párováním bází. Jestliže se volný ribonukleotid páruje s deoxyribonukleotidem v templátové DNA, je tento ribonukleotid kovalentně připojen fosfodiesterovou vazbou k rostoucímu řetězci RNA v enzymově katalyzované reakci.

U eukaryotních organismů nejprve musí dojít ke vzniku poměrně složitého transkripčního iniciačního komplexu za přítomnosti několika transkripčních faktorů (= regulační proteiny).

3. Co vzniká během transkripce a proč je RNA jednovláknová?

Řetězec RNA vznikající transkripcí se nazývá transkript. Transkript je prodlužován a má stejnou sekvenci jako vlákno DNA, které je komplementární k templátovému řetězci DNA. RNA nezůstává spojena s templátovou DNA vodíkovými vazbami. Místo toho dochází za místem, kde byl přidán ribonukleotid, k obnovení dvoušroubovicové struktury DNA a vytěsnění vlákna RNA. Proto jsou molekuly RNA jednovláknové.

Vzhledem k tomu, že dochází k přepisu pouze malé části DNA, jsou molekuly RNA mnohem kratší (cca několik 1000 ribonukleotidů).

4. Jaká je funkce enzymu RNA-polymerasy?

Enzymy, které přepisují DNA do RNA, se nazývají RNA-polymerasy. Katalyzují vznik fosfodiesterové vazby, která spojuje jednotlivé ribonukleotidy a vytváří tak cukr-fosfátovou kostru RNA. RNA-polymerasa se pohybuje krok po kroku po DNA, rozvíjí její dvoušroubovicovou strukturu a uvolňuje tak vlákno pro komplementární párování s volnými ribonukleotidy. RNA je syntetizována ve směru 5' → 3'. Pro její syntézu je využívána energie vznikající hydrolýzou ribonukleosidtrifosfátu (ATP, UTP, GTP a CTP) – princip viz Replikace.

U prokaryotních organismů existuje pouze jeden typ RNA-polymerasy, u eukaryotních organismů existují tři typy RNA-polymeras: I, II a III.

Transkripce a RNA-polymerasa
Obr. 1. Transkripce a RNA-polymerasa.

5. Proč transkripce není tak přesná jako replikace?

RNA-polymerasa postrádá korektorskou schopnost, tzn., že před přidáním dalšího ribonukleotidu do řetězce RNA nekontroluje, zda se předcházející ribonukleotid správně páruje, a proto může RNA-polymerasa začít syntetizovat nový RNA řetězec bez potřeby primeru.

Transkripce (1 chyba na 104 nukleotidů) není a ani nemusí být tak přesná jako replikace (1 chyba na 107 nukleotidů), protože RNA není určena k trvalému uchovávání genetické informace v buňkách.

6. Co jsou posttranskripční úpravy?

U eukaryotních organismů je DNA uzavřena v jádře, ale ribosomy se nacházejí v cytoplasmě. mRNA musí být transportována z jádra do cytoplasmy malými jadernými póry. Před opuštěním z jádra však mRNA podléhá posttranskripčním úpravám.

Transkripcí vzniká nejprve primární transkript (pre-mRNA) neboli heterogenní jaderná RNA (hnRNA), která se dále upravuje. Upravená mRNA je transportována do cytoplasmy a tam překládána na proteiny (translace). U prokaryotních organismů se vzniklá mRNA posttranskripčně neupravuje, slouží ihned jako matrice pro tvorbu proteinu.

7. Co jsou exony a introny?

Eukaryotní DNA obsahuje kromě kódujících sekvencí (tzv. exony) i nekódující sekvence (tzv. introny). Celá DNA včetně intronů je transkribována do mRNA (přesněji do Pre-mRNA). Introny jsou odstraňovány enzymy a exony jsou spojeny dohromady. Tento krok se nazývá sestřih (anglicky splicing).