TRANSKRYPCJA DNA
Transkrypcja oznacza proces syntezy RNA na matrycy DNA przez różne enzymy - polimerazy RNA. Inaczej - przepisywanie informacji zawartej w DNA na RNA.
Matryca jest odczytywana w kierunku 3' → 5', a nowa cząsteczka RNA powstaje w kierunku 5' → 3'. Transkrypcję można podzielić na trzy etapy:
inicjację
elongację
terminację
Do reakcji potrzebne są wszystkie cztery trifosforany rybonukleozydów, czyli ATP, GTP, CTP i UTP, oraz jony magnezowe.
Nukleotyd na końcu 5' wytworzonego łańcucha RNA pozostawia resztę trifosforanową (ppp). Polimeraza RNA korzysta z jednego pasma DNA (pasma matrycowego DNA) jako matrycy do syntezy RNA. Zatem tylko jedna z dwóch nici DNA stanowiących gen jest komplementarna do mRNA i to właśnie ta nić jest transkrybowana. Sekwencja DNA zawiera sygnały dla inicjacji i terminacji syntezy RNA. Enzym przyłącza się do pasma matrycowego DNA i przesuwa się w kierunku 3' do 5'.
Polimeraza charakteryzuje się strukturą wielopodjednostkową. Wyróżnia się cztery rodzaje podjednostek: alfa, beta, beta' i sigma. Holoenzym zawiera wszystkie podjednostki, w tym podjednostkę sigma. Istotna rola podjednostki sigma polega na rozpoznawaniu promotora- sekwencji DNA która sygnalizuje początek transkrypcji RNA. Luźno związana podjednostka sigma jest uwalniana po rozpoczęciu transkrypcji. Polimeraza ma aktywność rozwijającą, która otwiera helisę DNA. Powstający kompleks składający się z polimerazy , matrycy DNA oraz rosnącego transkryptu nazywany jest bąblem transkrypcyjnym.. Długość fragmentu DNA który ulega rozpleceniu wynosi ok. 17 par zasad. Zakończenie syntezy cząsteczki RNA jest wyznaczone przez sekwencję na paśmie matrycowym. Sekwencja ta, która daje sygnał do zakończenia syntezy jest rozpoznawana przez białko terminacji.
U eukariontów występuje kilka rodzajów polimeraz RNA, w tym zbudowane z wielu podjednostek polimerazy RNA działające w jądrze komórkowym oraz specyficzne dla mitochondriów i chloroplastów polimerazy RNA, które budową przypominają polimerazy RNA prokariontów. Różne jądrowe polimerazy RNA biorą udział w transkrypcji różnych klas RNA. Polimeraza RNA II syntetyzuje pre-mRNA i większość snRNA, polimeraza RNA I transkrybuje część rRNA, a polimeraza RNA III odpowiada za syntezę tRNA, 5S rRNA i innych małych jądrowych RNA.
W przeciwieństwie do polimerazy RNA bakterii, jądrowe polimerazy RNA organizmów eukariotycznych potrzebują do rozpoczęcia transkrypcji zestawu właściwych dla danej polimerazy podstawowych czynników transkrypcyjnych, ponieważ rozpoznają nie sekwencję promotora, ale kompleks kwas nukleinowy-białko. Sterowanie transkrypcją - przez związanie czynników białkowych czy hormonalnych - może odbywać się z różnych miejsc na DNA. Miejsca te mogą leżeć w obrębie genów (promotory), lub też w odległości kilku tys. nukleotydów (enhancery, silencery). Pierwszym etapem transkrypcji jest powstanie kompleksu preinicjacyjnego (PIC) składającego się z ogólnych czynników transkrypcyjnych, który wiąże się z sekwencją promotora. Na dostępność miejsc wiązania się czynników transkrypcyjnych wpływa struktura chromatyny. Należy jednak zaznaczyć, że białka remodelujące chromatynę mogą wpływać na jej strukturę przed, w trakcie i po powstaniu PIC.
Wiele promotorów genów transkrybowanych przez jądrową polimerazę RNA II zawiera sekwencję TATA położoną ok. 25 par zasad przed miejscem rozpoczęcia transkrypcji. Sekwencja ta jest rozpoznawana przez białko TBP , które staje się zalążkiem kompleksu preinicjacyjnego. Drugą sekwencją rozpoznawaną przez ogólne czynniki transkrypcyjne jest sekwencja otaczająca miejsce startu transkrypcji (+1). Polimeraza RNA II wiąże się do kompleksu preinicjacyjnego i rozpoczyna transkrypcję. Do inicjacji transkrypcji przez polimerazę RNA II konieczny jest też kompleks białkowy zwany Mediatorem. W regulacji transkrypcji u eukariontów mogą brać udział także inne czynniki transkrypcyjne wiążące się z sekwencjami enhancerów i silencerów, często położone w znacznej odległości od miejsca inicjacji transkrypcji. Do rozpoczęcia transkrypcji przez polimerazę RNA I i III potrzebne są inne sekwencje oraz zestaw ogólnych czynników transkrypcyjnych specyficznych dla tych polimeraz.
Następny etap transkrypcji to elongacja. Polimeraza RNA przesuwa się dalej, a ogólne czynniki transkrypcyjne są uwalniane. Terminacja transkrypcji nie wymaga białek uwalniających, a jej sygnały są inne, niż u prokariontów. Zaproponowano dwa modele terminacji transkrypcji u eukariotów. Według pierwszego po transkrypcji miejsca poliadenylacji w polimerazie zachodzi zmiana konformacji, która ułatwia terminację transkrypcji. Według drugiego modelu w terminacji transkrypcji bierze udział trawiąca RNA egzonukleaza, która przecina cząsteczkę mRNA, a następnie niszczy ten fragment RNA, który ciągle jest związany z polimerazą.
Należy pamiętać, że informacje o strukturze (budowie) kodowanego białka zawarte są jedynie we fragmentach genu zwanych egzonami, natomiast introny to fragmenty będące najczęściej nic nie znaczącymi wtrętami (są usuwane przed zajściem translacji)