ტრანსკრიფციის სიღრმისეული განხილვა. ინიციაცია (პრომოტორები), ელონგაცია და ტერმინაცია.

საკვანძო საკითხები:

  • ტრანსკრიფცია პროცესია, რომლის დროსაც გენის დნმ-თანმიმდევრობა რნმ-ის მოლეკულაზე გადაიწერება (ტრანსკრიბირდება).
  • ტრანსკრიფციის მთავარი ფერმენტი რნმ-პოლიმერაზაა.
  • ტრანსკრიფცია იწყება რნმ-პოლიმერაზას პრომოტორთან, ანუ გენის დასაწყისში მდებარე თანმიმდევრობასთან, დაკავშირებით (პირდაპირ ან დამხმარე ცილების საშუალებით).
  • რნმ-პოლიმერაზა დნმ-ის ერთ-ერთ ჯაჭვს (ნიმუშ, ანუ მატრიცა, ჯაჭვს) იყენებს ახალი, კომპლემენტარული რნმ-ის წარმოსაქმნელად.
  • ტრანსკრიფცია ტერმინაციით სრულდება. ტერმინაციას რნმ-ის სპეციფიკური თანმიმდევრობა იწვევს და ტრანსკრიფციაც წყდება.

შესავალი

რატომაა შხამასოკო სასიკვდილო? ეს სოკოები სიკვდილს ერთი სპეციფიკური ტოქსინის გამომუშავებით იწვევენ. იგი ადამიანის ორგანიზმში ერთ უმნიშვნელოვანეს ფერმენტს, რნმ-პოლიმერაზას, უკავშირდება.1^1
რნმ-პოლიმერაზა მნიშვნელოვანია, რადგან იგი ტრანსკრიფციას წარმართავს - დნმ-ის (დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავას, გენეტიკური მასალის) გადაწერას რნმ-ზე (რიბონუკლეინის მჟავა, მსგავსი, მაგრამ სიცოცხლის ნაკლები ხანგრძლივობის მქონე მოლეკულა).
ტრანსკრიფცია აუცილებელი ნაბიჯია გენებში, დნმ-ში ჩაწერილი ინფორმაციის გამოყენებით ცილების წარმოსაქმნელად. ცილები ის უმთავრესი მოლეკულებია, რომლებიც უჯრედებს სტრუქტურასა და ფუნქციას ანიჭებს. სოკოს ტოქსინის მიერ ტრანსკრიფციის დათრგუნვა ღვიძლის უკმარისობასა და სიკვდილს იწვევს, რადგან ახალი რნმ - და შესაბამისად, ახალი ცილები - აღარ წარმოიქმნება.2^2
ტრანსკრიფცია სიცოცხლისთვის აუცილებელი პროცესია და ადამიანების ჯანმრთელობის შესწავლისთვის მნიშვნელოვანია, გვესმოდეს, როგორ მიმდინარეობს იგი. მოდით, დეტალურად განვიხილოთ, რა ხდება ტრანსკრიფციის დროს.

ტრანსკრიფციის მიმოხილვა

ტრანსკრიფცია გენის ექსპრესიის პირველი საფეხურია. ამ პროცესში გენის დნმ-თანმიმდევრობა რნმ-ზე გადაიწერება.
ტრანსკრიფციამდე დნმ-ის ორმაგი სპირალი უნდა გაიხსნას იმ გენთან ახლოს, რომელიც უნდა გადაიწეროს. გახსნილი დნმ-ის უბანს ტრანსკრიფციული ბუშტი ეწოდება.
ტრანსკრიფციის დროს სპირალის ორი ჯაჭვიდან ერთ-ერთი ნიმუშად გამოიყენება. ამ ჯაჭვს ნიმუში, ანუ მატრიცა, ეწოდება. მიღებული რნმ-ის მოლეკულა ნიმუში ჯაჭვის კომპლემენტარულია, ხოლო დნმ-ის მეორე, ანუ არანიმუში (მაკოდირებელი), ჯაჭვისა - თითქმის იდენტური. არსებობს ერთი მნიშვნელოვანი განსხვავებაც: ახლადწარმოქმნილ რნმ-ში ყველა თ ნუკლეოტიდი უ-თია ჩანაცვლებული.
დნმ-ის უბანს, რომლიდანაც რნმ-ის პირველი ნუკლეოტიდი გადაიწერება, +1+1, ანუ ინიციაციის, საიტი ეწოდება. ინიციაციის საიტის წინ მდებარე ნუკლეოტიდებს უარყოფითი რიცხვები ენიჭებათ ნომრებად და ვამბობთ, რომ ისინი აღმა მდებარეობენ. ინიციაციის საიტის შემდეგ მდებარე ნუკლეოტიდები დადებითი რიცხვებით ინომრება და ისინი დაღმა მდებარეობენ.
თუ ტრანსკრიბირებული გენი ცილას აკოდირებს (რაც ასეა მრავალი გენის შემთხვევაში), რნმ-ის მოლეკულა უნდა გაიშიფროს ამ ცილის ასაწყობად, რასაც ტრანსლაცია ეწოდება.

რნმ-პოლიმერაზა

რნმ-პოლიმერაზები ფერმენტებია, რომლებიც დნმ-ს რნმ-ად გადაწერენ. დნმ-ის ნიმუშის გამოყენებით რნმ-პოლიმერაზა რნმ-ის ახალ მოლეკულას აწყობს კომპლემენტარული ფუძეების დაწყვილებით. მაგალითად, თუ დნმ-ის ნიმუშში გ ნუკლეოტიდია, რნმ-პოლიმერაზა ახალ, მზარდ რნმ-ჯაჭვზე ც-ს დაამატებს.
რნმ-პოლიმერაზა რნმ-ის ახალ ჯაჭვს ყოველთვის 5’-დან 3’ მიმართულებით აწყობს. ეს ნიშნავს, რომ მას ახალი ნუკლეოტიდების (ა, უ, ც, გ) დამატება მხოლოდ ჯაჭვის 3' ბოლოზე შეუძლია.
რნმ-პოლიმერაზები დიდი ფერმენტებია რამდენიმე სუბერთეულით, ისეთ მარტივ ორგანიზმებშიც კი, როგორიც ბაქტერიებია. ამასთანავე, ადამიანებსა და სხვა ეუკარიოტებს სამნაირი რნმ-პოლიმერაზა აქვთ: I, II და III. თითოეული მათგანი გენების განსაზღვრული კლასის ტრანსკრიფციას წარმართავს.

ტრანსკრიფციის ინიციაცია

გენის ტრანსკრიფციის დასაწყებად რნმ-პოლიმერაზა დნმ-ზე გენის შესაბამის მონაკვეთზე პრომოტორს უკავშირდება. პრომოტორული თანმიმდევრობა ის უბანია, სადაც პოლიმერაზა უნდა მოთავსდეს, "დაჯდეს" და დნმ-ის ტრანსკრიფცია დაიწყოს.
თითოეულ გენს (ან ბაქტერიებში ერთდროულად ტრანსკრიბირებული გენების ჯგუფს) საკუთარი პრომოტორი აქვს. პრომოტორი შეიცავს სპეციალურ დნმ-თანმიმდევრობას, რომელიც რნმ-პოლიმერაზასა და მის დამხმარე ცილებს დაკავშირების საშუალებას აძლევს. ტრანსკრიფციის ბუშტის წარმოქმნის შემდეგ პოლიმერაზას შეუძლია, დაიწყოს გადაწერა.

პრომოტერები ბაქტერიებში

უკეთ რომ გაიგოთ, როგორ მუშაობს პრომოტორი, მოდით, ბაქტერიების მაგალითი განვიხილოთ. ბაქტერიის ტიპური პრომოტორი ორ მნიშვნელოვან დნმ-თანმიმდევრობას შეიცავს: 1010 და 3535 ელემენტებს.
რნმ-პოლიმერაზა ამოიცნობს და პირდაპირ უკავშირდება ამ თანმიმდევრობებს. შედეგად იგი სწორ ადგილას თავსდება, რათა სამიზნე გენის ტრნაკრიფცია დაიწყოს და ამით ასევე უზრუნველყოფილია ფერმენტის მუშაობის სწორი მიმართულებაც.
რნმ-პოლიმერაზა დაკავშირების შემდეგ დნმ-ის ორმაგ სპირალს ხსნის და მუშაობას შეუდგება. დნმ 1010 ელემენტის უბანში იხსნება, რადგან აქ ჯაჭვების განცალკევება ადვილია მრავალი ა- და თ ნუკლეოტიდის არსებობის გამო (ისინი ერთმანეთს მხოლოდ ორი წყალბადური ბმით უკავშირდება, გ და ც კი - სამით).
1010 და 3535 ელემენტების სახელწოდებები მათი მდებარეობიდან გამომდინარეობს: ისინი ინიციაციის საიტამდე (აღინიშნება +1+1-თ) 3535 და 1010 ნუკლეიტიდით წინ მდებარეობს. მინუსი სწორედ იმას ნიშნავს, რომ ისინი ინიციაციის საიტის წინაა და არა შემდეგ.

პრომოტორები ადამიანებში

ადამიანებში და სხვა ეუკარიოტებში რნმ-პოლიმერაზა პირდაპირ პრომოტორს არ უკავშირდება ბაქტერიული ფერმენტისგან განსხვავებით. ამის ნაცვლად მისი დამხმარე ცილები, ტრანსკრიფციის ბაზალური, ანუ ზოგადი, ფაქტორები ებმის პრომოტორს და ეხმარება თქვენი უჯრედების რნმ-პოლიმერაზას, "მოეჭიდოს" დნმ-ს.
მრავალ ეუკარიოტულ პრომოტორს აქვს სპეციალური თანმიმდევრობა, ე.წ. TATA-ბოქსი. იგი ბაქტერიული 1010 ელემენტის მსგავს ფუნქციას ასრულებს. TATA-ბოქსს ტრანსკრიფციის ერთ-ერთი ზოგადი ფაქტორი ამოიცნობს და მისი დახმარებით სხვა ფაქტორები და რნმ-პოლიმერაზაც უკავშირდება დნმ-ს. ბოქსი მრავალ ა-სა და თ-ს შეიცავს, რის გამოც ამ უბანში ორმაგი სპირალის გახსნა ადვილია.

ელონგაცია

რნმ-პოლიმერაზას პრომოტორზე განთავსებისას ტრანსკრიფციის შემდეგი საფეხური, ელონგაცია, იწყება. ელონგაცია ნიშნავს რნმ-ის ჯაჭვის დაგრძელებას მასზე ახალი ნუკლეოტიდების დამატების გზით (long - ინგლ. გრძელი).
ელონგაციის პროცესში რნმ-პოლიმერაზა დნმ-ის ერთ-ერთ, ნიმუშ, ჯაჭვზე მიცოცავს 3'-დან 5' მიმართულებით. ამავდროულად იგი ნიმუში ჯაჭვის თითოეული ნუკლეოტიდის კომპლემენტარულ ნუკლეოტიდს ამატებს რნმ-ის ჯაჭვის 3' ბოლოზე.
რნმ-ტრანსკრიპტი დნმ-ის არანიმუში, ანუ მაკოდირებელი, ჯაჭვის თითქმის იდენტურია, თუმცა რნმ-ის ჯაჭვებში ურაცილია (უ) თიმინის (თ) მაგივრად და ნუკლეოტიდებიც ცოტათი განსხვავებულ შაქარს შეიცავენ (რიბოზას დეზოქსირიბოზას მაგივრად). შესაბამისად, როგორც ზედა დიაგრამაზე ხედავთ, რნმ-ის ტრანსკრიპტში მაკოდირებელი ჯაჭვის ყველა თ უ-თია ჩანაცვლებული.
ქვედა სურათზე ასახულია დნმ-ის ტრანსკრიფცია ერთდროულად მრავალი რნმ-პოლიმერაზას მიერ, თითოეული მათგანიდან "გადმოკიდებული" რნმ-ის "კუდით". გენის დასაწყისთან ახლოს მდებარე პოლიმერაზებს მოკლე რნმ-კუდები აქვთ და ისინი გენის მეტი ნაწილის გადაწერისას უფრო და უფრო გრძელდება.

ტრანსკრიფციის ტერმინაცია

რნმ-პოლიმერაზა ტრანსკრიფციას მანამ აგრძელებს, სანამ გაჩერების სიგნალს არ მიიღებს. ტრანსკრიფციის დასრულების პროცესს ტერმინაცია ეწოდება და იგი მას შემდეგ იწყება, რაც პოლიმერაზა დნმ-ის სპეციალურ თანმიმდევრობას, ტერმინატორს, მიაღწევს.

ტერმინაცია ბაქტერიებში

ბაქტერიებში ტერმინაციის ორი ძირითადი გზა არსებობს: რო-დამოკიდებული და რო-დამოუკიდებელი.
რო-დამოკიდებული ტერმინაციის შემთხვევაში რნმ შეიცავს დაკავშირების უბანს ცილა რო ფაქტორისთვის. რო ფაქტორი ებმის ამ თანმიმდვრობას და იწყებს "ცოცვას" ტრანსკრიპტზე რნმ-პოლიმერაზასკენ.
პოლიმერაზასმდე, ტრანსკრიფციის ბუშტთან მიღწევისას, რო ფაქტორი ერთმანეთს აშორებს რნმ-ტრანსკრიპტსა და დნმ-ის ნიმუშ ჯაჭვს. რნმ-ის მოლეკულა გათავისუფლდება და ტრანსკრიფცია წყდება. დნმ-შიცაა ერთი თანმიმდევრობა, რომელსაც ტრანსკრიფციის სტოპ წერტილი ეწოდება. იქ რნმ-პოლიმერაზა ყოვნდება და რო ფაქტორს საშუალება ეძლევა, დაეწიოს მას.4^4
რო-დამოუკიდებელი ტერმინაცია დნმ-ის ნიმუში ჯაჭვის სპეციალური თანმიმდევრობების წყალობით ხერხდბა. რნმ-პოლიმერაზა ტრანსკრიბირებადი გენის ბოლოს რომ მიუახლოვდება, ც და გ ნუკლეოტიდებით მდიდარ უბანს გადაეყრება. ამ მონაკვეთიდან ტრანსკრიბირებული რნმ იკეცება და კომპლემენტარული ც და გ-ები ერთმანეთთან წყვილდება. შედეგად წარმოიქმნება სტაბილური, თმის სარჭის მაგვარად მოკეცილი მოლეკულა, რაც პოლიმერაზას გაჩერებას იწვევს.
ტერმინატორში თმის სარჭის შემდეგ რნმ-ის უ ნუკლეოტიდებიანი მონაკვეთია, რომელიც ნიმუში დნმ-ის ა- ნუკლეოტიდებიან უბანს შეესაბამება. რნმ-ტრანსკრიპტის უ-ა კომპლემენტარული უბანი სუსტად ებმის ნიმუშ დნმ-ს. ეს და ადგილზე დაყოვნებული პოლიმერაზა საკმარისია ისეთი არასტაბილურობის გამოსაწვევად, რომ ფერმენტი მოშორდეს ჯაჭვს და რნმ-ტრანსკრიპტი გათავისუფლდეს.

რა მოსდის რნმ-ს ტრანსკრიპტს?

ტერმინაციის შემდეგ ტრანსკრიფცია სრულიად დასრულებულია. რნმ-ტრანსკრიპტს, რომელიც მზადაა ტრანსლაციაში გამოსაყენებლად, საინფორმაციო რნმ (ი-რნმ) ეწოდება. ბაქტერიებში რნმ-ტრანსკრიპტების ტრანსლაცია ტრანსკრიფციის დასრულებისთანავე შეიძლება, დაიწყოს. მეტიც, ეს უფრო ადრეც ხდება: ტრანსლაცია ზოგჯერ მანამ იწყება, სანამ ტრანსკრიფცია მორჩება!
ქვედა დიაგრამაზე ი-რნმ-ები რამდენიმე გენისგან ტრანსკრიბირდება. ტრანსკრიფცია ჯერ კიდევ მიმდინარეობს, მაგრამ რიბოსომები უკვე დაკავშირებულია თითოეულ ი-რნმ-ზე და ცილის ტრანსლაციაც დაწყებულია. რამდენიმე რიბოსომის მიერ ი-რნმ-ის ერთდროულად ტრანსლაციისას პოლირიბოსომა წარმოიქმნება.
რატომ შეიძლება, ტრანსკრიფცია და ტრანსლაცია ერთდროულად მიმდინარეობდეს ბაქტერიაში ი-რნმ-ზე? ერთი მიზეზი ისაა, რომ ეს ორივე პროცესი 5'-3' მიმართულებით წარიმართება. ანუ ჯერ ტრანსკრიფცია შეიძლება "მიდიოდეს", უკან კი მას "ტრანსლაცია" მიჰყვებოდეს. ამასთანავე, ბაქტერიულ უჯრედში მემბრანული ორგანელები არ არის, რომლითაც ტრანსკრიფცია და ტრანსლაცია სივრცეში გაიმიჯნებოდა ერთმანეთისგან.
ადამიანებსა და სხვა ეუკარიოტებში ყველაფერი სხვანაირადაა. ტრანსკრიფცია ადამიანის უჯრედების ბირთვში მიმდინარეობს, ტრანსლაცია კი - ციტოზოლში. ამასთანავე, ეუკარიოტებში რნმ-ის მოლეკულები ჯერ სპეციალურად უნდა გადამუშავდეს, სანამ მათი ტრანსლაცია დაიწყებოდეს. ეს ნიშნავს, რომ სანამ ტრანსკრიფციაცა და გადამუშავებაც არ დასრულდება, ტრანსლაცია ვერ წარიმართება. ამ საფეხურების შესახებ მეტის გასაგებად შეგიძლიათ, იხილოთ ვიდეო ტრანსკრიფციასა და რნმ-ის გადამუშავებზე.
იტვირთება