ТРАНСКРИПЦИЯ в биологии

ТРАНСКРИПЦИЯ в биологии (син. матричный синтез РНК) — синтез рибонуклеиновой кислоты на матрице дезоксирибонуклеиновой кислоты. Т., происходящая в живых клетках, представляет собой начальный этап реализации генетических признаков, заключенных в ДНК (см. Дезоксирибонуклеиновые кислоты). В результате Т. образуется РНК (см. Рибонуклеиновые кислоты) — точная копия одной из нитей ДНК по последовательности азотистых оснований в полинуклеотидной цепи. Т. катализируется ДНК-за-висимыми РНК-полимеразами (см. Полимеразы) и обеспечивает синтез РНК трех типов: матричных РНК (мРНК), кодирующих первичную структуру белка, т. е. последовательность аминокислотных остатков в строящейся иолипептидной цепи (см. Белки, биосинтез); рибосомных РНК (рРНК), входящих в состав рибосом (см.), и транспортных РНК (тРНК), участвующих в процессе синтеза белка в качестве компонента, осуществляющего «перекодирование» информации, заключенной в мРНК.

Т. у микроорганизмов изучена полнее, чем у высших организмов (см. Бактерии, генетика). Процесс Т., катализируемый РНК-полимеразой, делится на 4 стадии: связывание РНК-полимеразы с ДНК, начало — инициацию — синтеза цепи РНК, собственно процесс синтеза полинуклеотидной цепи — элонгацию и завершение этого синтеза — терминацию.

РНК-полимераза обладает наибольшим сродством к определенным участкам ДНК-матрицы, содержащим специфическую последовательность нуклеотидов (так наз. промоторным участкам). Связывание фермента с таким участком сопровождается частичным локальным плавлением нитей ДНК и их расхождением. На стадии инициации происходит включение первого нуклеотида — обычно аденозина (А) или гуанозина (Г) — в молекулу РНК. В течение элонгации РНК-полимераза локально расплетает двойную спираль ДНК и копирует одну из ее цепей в соответствии с принципом комплементарности (см. Репликация). По мере продвижения РНК-полимеразы вдоль ДНК растущая цепь РНК отходит от матрицы, а двуспиральная структура ДНК после прохождения фермента восстанавливается. Терминация синтеза РНК происходит также на специфических участках ДНК. В нек-рых случаях для распознавания сигналов терминации необходимы дополнительные белки, одним из к-рых является р-фактор, представляющий собой белок с АТФ-азной активностью, в других случаях это могут быть модифицированные азотистые основания. При достижении РНК-полимеразой терминаторного участка синтезированная нить РНК окончательно отделяется от ДНК-матрицы.

Функциональной транскрипционной единицей у микроорганизмов является оперон (см.), включающий один промотор, один оператор и ряд генов, кодирующих полипептидные цепи (см. Ген). Т. оперона начинается со стадии связывания РНК-по-лимеразы с промотором — участком, находящимся в самом начале оперона. Сразу же за промотором расположен оператор — участок ДНК, способный связываться с белком-репрессором. Если оператор свободен, то происходит Т. всего оперона, но если оператор связан с белком-репрессором, Т. блокируется. Все хорошо изученные реп-рессоры представляют собой белки, способные подвергаться аллостерическим изменениям (см. Конформация). Структура белков-репрессоров кодируется регуляторными генами, расположенными или непосредственно перед опероном или на значительном расстоянии от него. Синтез и активность репрессоров определяются условиями вне- и внутриклеточной среды (концентрацией метаболитов, ионов и др.).

Транскрипция ДНК у высших организмов осуществляется отдельными участками, называемыми единицами Т.— транскриптонами. В состав единицы Т. входит ДНК соответствующего гена и примыкающих к нему участков. Представления о структуре единиц Т. получили существенное развитие в связи с выявлением функциональной неравнозначности последовательности участков генов эукариотов. Оказалось, что внутри структурных генов высших организмов находятся так наз. интроны — вставочные последовательности ДНК, не имеющие прямого отношения к кодированию данного белка. Число и размер интронов разных генов сильно варьируют, во многих случаях общая длина всех нитронов значительно превышает длину кодирующей части генов (экзона). Выяснение роли интронов — одна из актуальных задач молекулярной генетики (см.).

В процессе Т. образуется РНК, являющаяся копией всей транскрипционной единицы. В тех случаях, когда гены кодируют синтез белков, первичный продукт Т. называется ядерным предшественником мРНК (про-мРНК), по размеру он в несколько раз превышает мРНК. В состав про-мРНК входят последовательности, транскрибированные на кодирующих участках (экзонах), интронах и, возможно, прилежащих зонах ДНК. В клеточном ядре про-мРНК превращается в зрелую мРНК, происходит так наз. процессинг, или созревание. При этом специфические ферменты взаимодействуют с про-мРНК и избирательно удаляют избыточные последовательности, в частности, те, к-рые синтезированы на интронах. На этой же стадии осуществляются нек-рые модификации РНК, такие, как метилирование, добавление специфических групп и др. Зрелая мРНК, выходящая в цитоплазму, содержит тем не менее избыточные участки, не относящиеся непосредственно к кодированию структуры белка и необходимые, как полагают, для правильного взаимодействия РНК с рибосомами, белковыми факторами трансляции (см.) и др.

Нарушения процесса Т. могут значительно изменять метаболизм клеток. Дефекты ферментов, принимающих участие в синтезе РНК, могут вызывать снижение интенсивности Т. большого числа генов и приводить к значительному нарушению функционирования клетки вплоть до ее гибели.

Генетические дефекты в структуре отдельной единицы Т. являются причиной нарушения синтеза данной РНК (и соответствующего ей белка) и тем самым могут быть основой мо-ногенной наследственной патологии (см. Наследственные болезни).

Существует обратная Т.— синтез ДНК на матрице РНК, при к-ром перенос информации происходит не с ДНК на РНК, как в процессе прямой Т., а в обратном направлении. Обратная Т. была впервые установлена у РНК-содержащих онкогенных вирусов после того, как в зрелых вирусных частицах обнаружили РНК-зависимую ДНК-полимеразу, называемую обратной транскриптазой, или ревертазой (см.). При участии этого фермента в клетке, зараженной вирусами, на матрице РНК синтезируется ДНК, в дальнейшем способная служить матрицей для образования РНК новых вирусных частиц. Синтезированная путем обратной Т. вирусная ДНК может включаться в ДНК клетки-хозяина и тем самым быть причиной злокачественной трансформации клеток. Обратная Т. in vitro обычно используется в исследованиях по генной инженерии (см.) для синтеза на матрицах любых РНК структурных зон соответствующих генов.

См. также Трансляция.


Библиогр.: Ашмарин И. П., Молекулярная биология, с. 70, Л., 1974; 3 е н г б у ш П. Молекулярная и клеточная биология, пер. с нем., т. 1, с. 135, М., 1982; Киселев Л. Л. РНК-на-правляемый синтез ДНК. (Обратная транскрипция), М., 1978, библиогр.; Уотсон Дж. Молекулярная биология гена, пер. с англ., с. 268, М., 1978.




Популярные статьи

Источник: Большая Медицинская Энциклопедия (БМЭ), под редакцией Петровского Б.В., 3-е издание