Транскрипција на ДНК

Транскрипцијата претставува процес на синтеза на РНК молекула врз основа на информацијата содржана во ДНК. Таа е првиот чекор во процесот на експресија на гените, преку кој генетската информација од ДНК се пренесува во информативна РНК (mRNA), која подоцна се користи како матрица за синтеза на протеини во процесот на транслација.

Транскрипцијата е фундаментален процес во молекуларната биологија и хуманата генетика, бидејќи овозможува пренос на генетската информација од геномот до функционалните молекули во клетката.

1. Основни карактеристики на транскрипцијата

Транскрипцијата се одвива во клеточното јадро кај еукариотските клетки, додека кај прокариотите се одвива во цитоплазмата. Главни карактеристики: користи една нишка од ДНК како матрица, синтезата на РНК се одвива во насока 5' → 3', се синтетизира комплементарна РНК секвенца, се одвива под контрола на специфични ензими и регулаторни протеини.

2. РНК полимераза

Главниот ензим кој учествува во транскрипцијата е РНК полимеразата. Нејзината функција е да ја отвори ДНК спиралата, да чита ДНК матрица, да синтетизира нова РНК нишка. Кај еукариотите постојат три главни типови на РНК полимерази.

• RNA полимераза I синтетизира: 28S rRNA, 18S rRNA, 5.8S rRNA. Овие РНК молекули се компоненти на рибозомите.
• RNA полимераза II синтетизира: mRNA, некои snRNA. Ова е најважната полимераза за експресија на гените кои кодираат протеини.
• RNA полимераза III синтетизира: tRNA, 5S rRNA, други мали РНК молекули.

3. ДНК матрица и кодирачка нишка

Во транскрипцијата се користи само една од двете ДНК нишки. Таа се нарекува template strand (матрична нишка). Другата нишка се нарекува кодирачка нишка. mRNA има иста секвенца како кодирачката нишка, освен што урацил (U) го заменува тимин (T).

4. Фази на транскрипцијата

Транскрипцијата се одвива во три главни фази: иницијaција, елонгација и терминација.

5. Иницијaција на транскрипцијата

Иницијaцијата е фазата во која започнува синтезата на РНК. Овој процес започнува во промоторниот регион на генот. Промоторот е специфична ДНК секвенца која го означува почетокот на генот, овозможува врзување на РНК полимеразата. Еден од најважните елементи е TATA box. Оваа секвенца се наоѓа околу 25–30 базни парови пред почетокот на транскрипцијата.

Транскрипциони фактори: кај еукариотите, РНК полимеразата не може сама да се врзе за ДНК. Потребни се транскрипциони фактори. Најважни се: TFIID, TFIIB, TFIIE, TFIIF и TFIIH. Овие протеини формираат преинцијаторен комплекс.

6. Елoнгација

По иницијaцијата започнува елонгацијата, односно продолжување на РНК молекулата. Во оваа фаза РНК полимеразата се движи по ДНК, се додаваат нови рибонуклеотиди, се формира комплементарна РНК нишка. Спарувањето на базите е A – U, T – A, G – C, C – G. ДНК зад ензимот повторно се затвора во двојна спирала.

7. Терминација

Терминацијата е процес на завршување на транскрипцијата. Кај еукариотите, транскрипцијата завршува кога РНК полимеразата ќе достигне специфични сигнални секвенци. mRNA потоа се одвојува од ДНК и се подложува на посттранскрипциски модификации.

8. Посттранскрипциски модификации

Кај еукариотите, новосинтетизираната mRNA се нарекува пре-mRNA. Таа мора да помине низ неколку процеси пред да стане функционална.

5' капа: На 5' крајот на mRNA се додава метилиран гуанозин (5' cap). Функции: заштита од деградација, помага во транспорт од јадро, овозможува препознавање од рибозомите

Поли-А опашка на 3' крајот се додава полиаденилатна опашка (poly-A tail). Оваа опашка содржи 100–250 аденински нуклеотиди. Функции: стабилизација на mRNA, регулирање на животниот век на mRNA, олеснување на транслацијата

Сплајсинг гените кај еукариотите содржат екзони (кодирачки региони), интрони (некодирачки региони). При сплајсинг: интроните се отстрануваат, екзоните се спојуваат. Овој процес се изведува од spliceosome комплекс.

9. Алтернативен сплајсинг

Алтернативниот сплајсинг овозможува еден ген да кодира повеќе различни протеини. Ова значително ја зголемува генетската комплексност. Кај човекот околу 90% од гените подлежат на алтернативен сплајсинг.

10. Регулација на транскрипцијата

Транскрипцијата е строго регулиран процес. Главни регулаторни елементи се: еnhancers, ДНК секвенци кои ја зголемуваат активноста на транскрипцијата. Silencers ДНК региони кои ја намалуваат експресијата на гените. Транскрипциони фактори специфични протеини кои активираат или инхибираат експресија на гените.

11. Транскрипција и генетски заболувања

Нарушувања во транскрипцијата можат да доведат до генетски болести, канцер, развојни нарушувања. Пример: мутации во транскрипциони фактори можат да нарушат нормален развој на органите.

12. Биолошко значење на транскрипцијата

Транскрипцијата има централна улога во функционирањето на клетката. Таа овозможува експресија на гените, контролира клеточна диференцијација, овозможува адаптација на клетката на надворешни сигнали. Различните типови клетки во организмот имаат ист геном, но различна експресија на гените благодарение на регулацијата на транскрипцијата.

13. Заклучок

Транскрипцијата е фундаментален процес во молекуларната биологија и хуманата генетика, преку кој генетската информација од ДНК се пренесува во РНК молекули. Овој процес е строго регулиран и вклучува сложени механизми како иницијaција, елонгација, терминација и посттранскрипциски модификации. Благодарение на транскрипцијата, генетската информација може да се користи за синтеза на протеини и за регулирање на клеточните функции, што е од суштинско значење за растот, развојот и одржувањето на организмот.