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
შხამა სოკოს (Amanita phalloides) ფოტო.
_სურათის წყარო "Amanita phalloides," ავტორი Archenzo (CC BY-SA 3.0). შეცვლილი სურათისთვის ლიცენზია აღებულია CC BY-SA 3.0 ლიცენზიის მიხედვით._
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 პროცესში დნმ-ის ორმაგი ჯაჭვის ერთი უბანი იხსნება. ერთ-ერთი ჯაჭვი ნიმუში, ანუ მატრიცა, იქნება, რომელზეც მისი კომპლემენტარული რნმ-ტრანსკრიპტი აეწყობა. მეორე ჯაჭვს კი მაკოდირებელი ეწოდება და წარმოქმნილი რნმ-ტრანსკრიპტის იდენტურია, თუ იმას არ ჩავთვლით, რომ რნმ-ს თიმინის (თ) ფუძეების ნაცვლად ურაცილის (უ) ფუძეები აქვს.
მაგალითი:
მაკოდირებელი ჯაჭვი: 5'-ATGATCTCGTAA-3' მატრიცა ჯაჭვი: 3'-TACTAGAGCATT-5' რნმ-ტრანსკრიპტი: 5'-AUGAUCUCGUAA-3'
ტრანსლაციის დროს რნმ-ის ტრანსკრიპტი ამოიკითხება და პოლიპეპტიდი წარმოიქმნება.
მაგალითი:
რნმ-ტრანსკრიპტი: 5'-AUG AUC UCG UAA-3' პოლიპეპტიდი: (N-ბოლო) Met - Ile - Ser - [სტოპ] (C-ბოლო)
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.
ეუკარიოტულ უჯრედებში, მაგალითად ჩვენი ორგანიზმისაში, ტრანსკრიფციასა და ტრანსლაციას შორის კიდევ რამდენიმე საფეხურია რნმ-ის გადასამუშავებლად. მათ შესახებ მეტის გასაგებად შეგიძლიათ, გაეცნოთ სტატიას რნმ-ის გადამუშავებაზე, მაგრამ ამ წუთას ეს ინფორმაცია არ გჭირდებათ.

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 დნმ-ის ნიმუში ჯაჭვის კომპლემენტარულ რნმ-ტრანსკრიპტს აწყობს. იგი დნმ-ის ჯაჭვს 3'-დან 5' მიმართულებით კითხულობს და რნმ-ს 5'-3' მიმართულებით აწყობს. დნმ-ის მატრიცა ჯაჭვი და რნმ-ტრანსკრიპტი ერთმანეთის ანტიპარალელურნი არიან.
რნმ-ტრანსკრიპტი: 5'-UGGUAGU...-3' (წერტილები ნიშნავს, რომ 3' ბოლოზე ნუკლეოტიდები ჯერკიდევ ემატება) დნმ-ის მატრიცა ჯაჭვი: 3'-ACCATCAGTC-5'
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.
დნმ-ის, ისევე როგორც რნმ-ის, ჯაჭვის ორი ბოლო განსხვავდება ერთმანეთისგან. ამიტომ ვამბობთ, რომ დნმ-ისა და რნმ-ის ჯაჭვებს მიმართულება აქვთ.
  • ჯაჭვის 5' ბოლოზე პირველი ნუკლეოტიდის ფოსფატური ჯგუფია გამოჩრილი. ეს ფოსფატი შაქრის მოლეკულის 5' ნახშირბადთანაა დაკავშირებული და სწორედ აქედან მოდის მისი სახელწოდება.
  • მეორე, 3' ბოლოზე უკანასკნელი ნუკლეოტიდის ჰიდროქსილის ჯგუფი მდებარეობს. იგი შაქრის მოლეკულის 3' ნახშირბადთანაა დაკავშირებული, რაც მის სახელწოდებას განსაზღვრავს.
მრავალი პროცესი, მაგალითად დნმ-ის რეპლიკაცია და ტრანსკრიფცია, მხოლოდ ერთი კონკრეტული მიმართულებით მდებარეობს (დნმ-ის ან რნმ-ის ჯაჭვის ერთი ბოლოდან მეორესკენ).
გაიგეთ მეტი ამის შესახებ სტატიიდან ნუკლეინის მჟავები.
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.
პრომოტორი იმ უბნის წინ მდებარეობს (და ნაწილობრივ გადაფარავს), რომლის ტრანსკრიფციასაც არეგულირებს. იგი შეიცავს სპეციალურ თანმიმდევრობებს, რომლებსაც რნმ-პოლიმერაზა და მისი დამხმარე ცილები ამოიცნობს და უკავშირდება. დნმ-ის ორმაგი სპირალი პრომოტორულ უბანში იხსნება, რათა რნმ-პოლიმერაზამ ტრანსკრიფციის დაწყება შეძლოს.
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.
ფერმენტის უკანა ნაწილი 3535 ელემენტს უკავშირდება, წინა კი 1010-ს. შესაბამისად, რნმ-პოლიმერაზა პრომოტორს მხოლოდ იმ შემთხვევაში უკავშირდება, თუ სწორი მიმართულებითაა განთავსებული და "პირი" ტრანსკრიფციის სამიზნე უბნისკენ აქვს მიქცეული.
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).
ბაქტერიული პრომოტორი. პრომოტორი ტრანსკრიბირებული რეგიონის დასაწყისშია, შემოსაზღვრავს მანამდე არსებულ დნმ-ს და ცოტათი თანაკვეთს ტრანსკრიფციის საწყის უბანს. პრომოტორი ორ ელემენტს შეიცავს, -35-სა და -10 ელემენტებს. -35 ელემენტი დაახლოებით 35 ნუკლეოტიდითაა დაშორებული ტრანსკრიფციის საწყისი უბნიდან (+1) 5' ბოლოსკენ, -10 ელემენტი კი ტრანსკრიფციის საწყის უბნამდე 10 ნუკლეოტიდითაა დაშორებული. ამ კონკრეტულ მაგალითში, -35 ელემენტის თანმიმდევრობაა (მაკოდირებელ ჯაჭვზე) 5'-TTGACG-3', -10 ელემენტის თანმიმდევრობა კი (მაკოდირებელ ჯაჭვზე) 5'-TATAAT-3'. რნმ პოლიმერაზას აქვს რეგიონები, რომლებიც კონკრეტულად -10 და -35 ელემენტბს უკავშირდება.
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.
სურათზე ასახულია ეუკარიოტული გენი პრომოტორი. იგი ტრანსკრიფციის საწყისი წერტილის (+1) წინ მდებარეობს და ოდნავ გადაფარავს მას. პრომოტორი შეიცავს TATA ბოქსს, რომლის თანმიმდევრობაა (მაკოდირებელ ჯაჭვზე) - 5'-TATAAA-3. ეუკარიოტების ტრანსკრიფციის პირველი ზოგადი ფაქტორი ბოქსს უკავშირდება, შემდეგ კი მას სხვა ზოგადი ფაქტორებიც მოჰყვებიან. საბოლოოდ დნმ-პოლიმერაზა II და ზოგი სხვა ფაქტორი უკავშირდება პრომოტორს.

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.
აი, რეაქცია, რომლითაც ჯაჭვს ახალი რნმ-ნუკლეოტიდი ემატება:
პოლიმერიზაციის რეაქცია, რომელშიც რნმ-ნუკლეოტიდ-ტრიფოსფატი რნმ-ის მზარდ ჯაჭვს ემატება. ნუკლეოტიდს სამი ფოსფატური ჯგუფი აქვს დაკავშირებული. ყველაზე შიგნით მდებარე ფოსფატი რნმ-ის ბოლო ნუკლეოტიდის 3' ჰიდროქსილის ჯგუფთან რეაგირებს და ფოსფოდიესტერული ბმა წარმოიქმნება. შედეგად რნმ-ის მზარდ ჯაჭვს ახალი ნუკლეოტიდი ემატება. რეაქციაში პიროფოსფატი (ორი ფოსფატის ჯგუფისგან შემდგარი მოლეკულა) გამოთავისუფლდება და შემდეგ ორ არაორგანულ ფოსფატად გაიხლიჩება. ზოგადად, ეს რეაქცია მხოლოდ მაშინ წარიმართება, თუ ახალი ნუკლეოტიდი დნმ-ის მოპირდაპირე, ნიმუში ჯაჭვის ნუკლეოტიდის კომპლემენტარულია.
რნმ-ის ჯაჭვი დნმ-ისას ჰგავს, იმ განსხვავებით, რომ ურაცილის ფუძეს შეიცავს თიმინის ნაცვლად და შაქარი რიბოზა (2' ნახშირბადზე დაკავშირებული ჰიდროქსილის ჯგუფით) აქვს დეზოქსირიბოზას ნაცვლად.
რნმ პოლიმერაზა დნმ-ის ნიმუში ჯაჭვის კომპლემენტარულ რნმ-ტრანსკრიპტს აწყობს 5'-დან 3' მიმართულებით. იგი ნიმუშ ჯაჭვზე 3'-5' მიმართულებით მოძრაობს და თანდათან ხსნის დნმ-ის ორმაგ სპირალს. სინთეზირებული რნმ-ის მოლეკულა ნიმუშ ჯაჭვს მხოლოდ ცოტა ხნით უკავშირდება, შემდეგ კი რნმ-პოლიმერაზას მიჰყვება გადმოკიდებული ძაფივით. დნმ-ის ორმაგი სპირალი რნმ-პოლიმერაზას "ჩავლის" მერე ისევ იხურება.
ამ მაგალითში მაკოდირებელი ჯაჭვის, მატრიცა ჯაჭვისა და რნმ-ტრანსკრიპტის თანმიმდევრობებია:
მაკოდირებელი ჯაჭვი: 5' - ATGATCTCGTAA-3'
მატრიცა ჯაჭვი: 3'-TACTAGAGCATT-5'
რნმ: 5'-AUGAUC...-3' (წერტილები ნიშნავს, რომ რნმ-ის ჯაჭვის 3' ბოლოდე ნუკლეოტიდები ჯერ კიდევ ემატება)
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.
დნმ-ის ნუკლეოტიდი: არ აქვს ჰიდროქსილის ჯგუფი შაქრის 2' ნახშირბადზე (ანუ შაქარი დეზოქსირიბოზაა). აქვს თიმინის ფუძე, რგოლთან დაკავშირებული მეთილის ჯგუფით.
რნმ-ნუკლეოტიდი: აქვს ჰიდროქსილის ჯგუფი შაქრის 2' ნახშირბადზე (ანუ შაქარი რიბოზაა). შეიცავს ურაცილის ფუძეს, რომელიც ძალიან ჰგავს თიმინს სტრუქტურით, მაგრამ არ აქვს რგოლთან დაკავშირებული მეთილის ჯგუფი.
სურათი დაფუძნებულია მსგავს დიაგრამაზე CyberBridge-დან 3^3.
რნმ-ნუკლეოტიდები დნმ-ის ნუკლეოტიდების მსგავია, მაგრამ არა იდენტური. მათ შაქარი რიბოზა აქვთ დეზოქსირიბოზას ნაცვლად, ანუ შაქრის რგოლის 2' ნახშირბადზე დამატებითი ჰიდროქსილის ჯგუფი. ამასთანავე, რნმ-ში თ (თიმინი) საერთოდ არ გვხვდება. რნმ-ნუკლეოტიდებს ფუძე ურაცილი (უ) აქვთ, სტრუქტურულად თიმინის მსგავსი და ასევე ადენინის (ა) კომპლემენტარული.
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.
ამ მიკროსკოპულ სურათზე ჩანს გენისტრანსკრიფცია ერთდროულად რამდენიმე რნმ-პოლიმერაზას მიერ. რნმ-ის ჯაჭვები გენის დასაწყისთან უფრო მოკლეა და პოლიმერაზების გენის ბოლოსკენ გადაადგილებასთან ერთად გრძელდება. გენიდან აქეთ-იქით გამოშვერილი, სხვადასხვა სიგრძის რნმ-ტრანსკრიპტები სოლის ფორმის სტრუქტურას ქმნის (ერთ ბოლოში წვრილი, მეორეში - მსხვილი).
_სახეცვლილი სურათის წყაროა "Transcription label en," ავტორი დრ. ჰანს-ჰაინრიხ ტრეპტე (CC BY-SA 3.0). სახეცვლილი სურათი ვრცელდება ლიცენზიით CC BY-SA 3.0._

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.
რო-დამოკიდებული ტერმინაცია. ტერმინატორი დნმ-ის უბანია, რომელიც ი-რნმ-ის რო-დამკავშირებელ საიტს აკოდირებს, ტრანსკრიფციის სტოპ-წერტილთან ერთად (ეს "წერტილი" სპეციალური თანმიმდევრობაა, რომელზეც რნმ-პოლიმერაზა ყოვნდება და რო მას ეწევა). რო ფაქტორი ი-რნმ-ზე რო-დამკავშირებელ საიტს ებმის და რნმ-ტრანსკრიპტზე მიცოცავს 5'-3' მიმართულებით, ტრანსკრიფციის ბუშტისკენ, სადაც რნმ-პოლიმერაზაა. ფერმენტთან დაწევის შემდეგ რო ტრანსკრიპტის გამოთავისუფლებასა და ტრანსკრიფციის დასრულებას იწვევს.
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.
რო-დამოუკიდებელი ტერმინაცია. დნმ-ის ტერმინატორი თანმიმდევრობა აკოდირებს რნმ-ის უბანს, რომელიც იკეცება და თმის სარჭის მაგვარ სტრუქტურას წამოქმნის. სარჭის შემდეგ უ ნუკლეოტიდების შემცველი მონაკვეთი მდებარეობს რნმ-ზე (არ არის დიაგრამაზე). სარჭი დნმ-პოლიმერაზას დაყოვნებას იწვევს, დნმ-ის ნიმუში ჯაჭვის ა ნუკლეოტიდებსა და რნმ-ის ტრანსკრიპტის უ ნუკლეოტიდებს შორის არსებული სუსტი ბმების გამო კი ტრანსკრიპტი ნიმუშს შორდება და ტრანსკრიფცია წყდება.
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.
ადამიანებსა და სხვა ეუკარიოტებში ტერმინაცია სხადასხვანაირად მიმდინარეობს, იმის მიხედვით თუ როგორი გენი ტრანსკრიბირდება. აქ ცილის მაკოდირებელი გენების ტრანსკრიფციის ტერმინაციას განვიხილავთ.
შენიშვნა: ეს საკმაოდ უცნაური მექანიზმია. იგი ბოლომდე იმ ბიოლოგებსაც კი არ ესმით, რომლებიც სწორედ ამ საკითხს სიღრმისეულად შეისწავლიან. ჩვენ გაგაფრთხილეთ!
ტერმინაცია მაშინ იწყება, როცა რნმ-ის ტრანსკრიპტზე პოლიადენილაციის სიგნალი ჩნდება. ნუკლეოტიდების ეს თანმიმდევრობა აღნიშნავს ადგილს, სადაც რნმ-ტრანსკრიპტის ბოლო უნდა იყოს. პოლიადენილაციის სიგნალს აღიქვამს ფერმენტი, რომელიც ტრანსკრიპტს ჭრის და მას რნმ-პოლიმერაზასგან ათავისუფლებს.
უცნაურია, რომ რნმ-პოლიმერაზა ტრანსკრიფციას ტრანსკრიპტის გათავისუფლების შემდეგაც აგრძელებს და ხშირად კიდევ 500500 2,2,000000 ნუკლეოტიდს ამატებს5^5. ბოლოს ის მაინც შორდება დნმ-ს, თუმცა ბოლომდე ცნობილი არაა, რა მექანიზმით6^6. ეს ზედმეტი რნმ, ძირითადად, არ ტრანსლირდება და, როგორც ჩანს, ტრანსკრიფციის უსარგებლო პროდუქტია.

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.
ილუსტრაციაზე ასახულია გენებიდან ი-რნმ-ების ტრანსკრიფცია. რიბოსომები ტრანსკრიფციის დასრულებამდე უკავშირდებიან ი-რნმ-ებს და იწყებენ ცილების წარმოქმნას.
სახეცვლილი სურათის წყაროა "ტრანსკრიფცია პროკარიოტებში: სურათი 3, მფლობელი ოპენსტაქსის კოლეჯი, ბიოლოგია CC BY 4.0.
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.

ატრიბუცია:

მოდიფიცირებული სტატიის თავდაპირველი ვერსიებია:
სახეცვლილი სტატია ვრცელდება CC BY-NC-SA 4.0 ლიცენზიით.

ციტირებული შრომები:

  1. Berger, S. (2006). The mushroom Amanita phalloides. In Transcription and RNA polymerase II. წყარო http://www.chem.uwec.edu/Webpapers2006/sites/bergersl/pages/amanitin.html.
  2. Amanita phalloides. (6 თებერვალი, 2016). მოძიების თარიღი და ადგილია 13 თებერვალი, 2016, Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Amanita_phalloides.
  3. CyberBridge. (2007). RNA structure. In Structure of DNA. წყარო http://cyberbridge.mcb.harvard.edu/dna_3.html.
  4. რო-ფაქტორი. (8 ოქტომბერი, 2016). მოძიების თარიღი და ადგილი: 20 ნოემბერი, 2016, Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Rho_factor.
  5. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S. L., Matsudaira, P., Baltimore, D., and Darnell, J. (2000). Three eukaryotic RNA polymerases employ different termination mechanisms. n Molecular cell biology (4th ed., section 11.1). New York, NY: W. H. Freeman. წყარო http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21601/#_A2857_.
  6. Richard, P. and Manley, J. L. (2009). Transcription termination by nuclear RNA polymerases. Genes & Dev., 23, 1247-1269. http://genesdev.cshlp.org/content/23/11/1247.full.

წყაროები:

3'-end cleavage and polyadenylation. (2016). In Nobelprize.org. წყარო http://www.nobelprize.org/educational/medicine/dna/a/splicing/splicing_endformation.html.
Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., and Walter, P. (2002). Posttranscriptional controls. In Molecular biology of the cell (4th ed.). New York, NY: Garland Science. წყარო http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26890/.
ალფა-ამანიტინი. (11 თებერვალი, 2016). მოძიების თარიღი 13 თებერვალი, 2016 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Alpha-Amanitin.
Amanita phalloides. (6 თებერვალი, 2016). მოძიების თარიღი და ადგილია 13 თებერვალი, 2016, Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Amanita_phalloides.
Berg, J. M., Tymoczko, J. L., and Stryer, L. (2002). Transcription is catalyzed by RNA polymerase. In Biochemistry (5th ed., section 28.1). New York, NY: W. H. Freeman. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22546/.
Berger, Shanna. (2006). Eukaryotic transcription. In Transcription and RNA polymerase II. წყარო http://www.chem.uwec.edu/Webpapers2006/sites/bergersl/pages/eukaryotic.html
Berger, S. (2006). The mushroom Amanita phalloides. In Transcription and RNA polymerase II. წყარო http://www.chem.uwec.edu/Webpapers2006/sites/bergersl/pages/amanitin.html.
Boundless (8 იანვარი, 2016). Initiation of transcription in eukaryotes. In Boundless biology. წყარო https://www.boundless.com/biology/textbooks/boundless-biology-textbook/genes-and-proteins-15/eukaryotic-transcription-108/initiation-of-transcription-in-eukaryotes-445-11670/.
Brown, T. A. (2002). Assembly of the transcription initiation complex. In Genomes (2nd ed., Ch. 9). Oxford, UK: Wiley-Liss. წყარო www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21115/.
Gong, X. Q., Nedialkov, Y. A., and Burton, Z. F. (2004). α-amanitin blocks translocation by human RNA polymerase II. The Journal of Biological Chemistry, 279, 27422-27427. http://dx.doi.org/10.1074/jbc.M402163200.
Griffiths, A. J. F., Miller, J. H., Suzuki, D. T., Lewontin, R. C., and Gelbart, W. M. (2000). Transcription and RNA polymerase. In An introduction to genetic analysis (7th ed.). New York, NY: W. H. Freeman. წყარო http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22085/.
Inverted repeat. (13 თებერვალი, 2016). მოძიების თარიღი და ადგილია 13 თებერვალი, 2016, Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Inverted_repeat.
Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S. L., Matsudaira, P., Baltimore, D., and Darnell, J. (2000). Bacterial transcription initiation. In Molecular cell biology (4th ed., section 10.2). New York, NY: W. H. Freeman. წყარო http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21612/.
Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S. L., Matsudaira, P., Baltimore, D., and Darnell, J. (2000). RNA polymerase II transcription-initiation complex. In Molecular cell biology (4th ed., section 10.6). New York, NY: W. H. Freeman. წყარო http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21610/.
Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S. L., Matsudaira, P., Baltimore, D., and Darnell, J. (2000). Transcription termination. In Molecular cell biology (4th ed., section 11.1). New York, NY: W. H. Freeman. წყარო http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21601/.
Moran, L. A. (2008, September 16). How RNA polymerase binds to DNA [Web log post]. In Sandwalk: Strolling with a skeptical biochemist. წყარო http://sandwalk.blogspot.com/2008/09/how-rna-polymerase-binds-to-dna.html
ოპენსტაქსის კოლეჯი, ბიოლოგია. (23 მარტი, 2016). ეუკარიოტული გენების ტრანსკრიფცია. მფლობელი OpenStax CNX. წყარო: http://cnx.org/contents/GFy_h8cu@10.8:6l70P9u6@5/Eukaryotic-Transcription.
OpenStax College, Concepts of Biology. (31 ოქტომბერი, 2016). Transcription. In OpenStax CNX. წყარო http://cnx.org/contents/s8Hh0oOc@9.11:TkuNUJis@3/Transcription.
Polyadenylation. (24 იანვარი, 2016). მოძიების თარიღი და ადგილია 11 თებერვალი, 2016, Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Polyadenylation.
Purves, W. K., Sadava, D. E., Orians, G. H., and Heller, H.C. (2004). Transcription: DNA-directed RNA synthesis. In Life: the science of biology (7th ed., pp. 237-239). Sunderland, MA: Sinauer Associates.
Raven, P. H., Johnson, G. B., Mason, K. A., Losos, J. B., and Singer, S. R. (2014). Genes and how they work. In Biology (10th ed., AP ed., pp. 278-303). New York, NY: McGraw-Hill.
Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). Transcription is the DNA-directed synthesis of RNA: A closer look. In Campbell biology (10th ed., pp. 340-342). San Francisco, CA: Pearson.
რო-ფაქტორი. (8 ოქტომბერი, 2016). მოძიების თარიღი და ადგილი: 20 ნოემბერი, 2016, Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Rho_factor.
Richard, P. and Manley, J. L. (2009). Transcription termination by nuclear RNA polymerases. Genes & Dev., 23, 1247-1269. http://genesdev.cshlp.org/content/23/11/1247.full.
Saunders, A., Core, L. J., and Lis, J. T. (2006). Breaking barriers to transcription elongation. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 7, 557-567. http://dx.doi.org/10.1038/nrm1981.
ტერმინატორი (გენეტიკა). (14 დეკემბერი, 2015). მოძიების თარიღი და ადგილი: 13 თებერვალი, 2015, Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Terminator_%28genetics%29.
Webb, S. Witte, L., Wong, K., Woreta, T., and Yoo, E. (2002, May 8). TFIIH. In RNA polymerase II in eukaryotes and prokaryotes. წყარო http://www.biochem.umd.edu/biochem/kahn/molmachines/newpolII/TFIIH.html.
იტვირთება