Asosiy kontent

Course: Biologiya > Unit 15

Lesson 2: Transkripsiya

Transkripsiya bosqichlari

Transkripsiya qanday amalga oshishi bilan chuqurroq tanishish. Initsiatsiya (promoterlar), elongatsiya va terminatsiya.

Asosiy tushunchalar:

Transkripsiya – genning DNK ketma-ketligi nusxasining RNK molekulasiga koʻchirilishi jarayoni.
RNK polimeraza – transkripsiyaning eng asosiy fermenti.
RNK polimerazaning gen boshlanish qismidan oldinroqda joylashgan promoter qismiga birikishi natijasida transkripsiya boshlanadi (bevosita yoki yordamchi oqsillar orqali).
RNK polimeraza DNK zanjirlarining bittasidan (andoza zanjir) komplimentar RNK molekulasi sintezi uchun andoza sifatida foydalanadi.
Transkripsiya terminatsiya jarayonida yakunlanadi. Terminatsiya RNKdagi transkriptning sintezi yakunlanganini bildiruvchi nukleotidlar ketma-ketligiga bogʻliq.

Kirish

Qalpoqli qoʻziqorinlarning zaharli boʻlishi nimaga bogʻliq? Qoʻziqorinlar oʻzlarining letal effektini odam organizmiga taʼsir koʻrsatuvchi spetsifik toksin ishlab chiqarish orqali namoyon qiladi: bu ferment RNK polimeraza.

^{1}

RNK polimerazaning boʻlishi transkripsiya, yaʼni DNK (dezoksiribonuklein kislota, genetik material)ni RNK (ribonuklein kislota, oddiy va qisqa umr koʻruvchi molekula)ga koʻchirish jarayoni uchun juda muhim.

Transkripsiya DNK genlari tarkibidagi maʼlumot orqali oqsil ishlab chiqarish uchun muhim bosqich hisoblanadi. Oqsillar hujayra strukturasi va ularning yashashini taʼminlash uchun zarur molekulalardir. Qoʻziqorin toksini transkripsiyani bloklashi natijasida jigar yetishmovchiligi va oʻlim yuz beradi, chunki RNK sintezlanmasa, yangi oqsil ham sintezlanmaydi.

^{2}

Transkripsiya hayot uchun juda muhim, uning qanday ishlashini tushunish esa sogʻliq uchun ahamiyatli. Keling, transkripsiya jarayonida nimalar sodir boʻlishi bilan toʻliqroq tanishib chiqamiz.

Transkripsiya haqida umumiy tushuncha

Transkripsiya – gen ekspressiyasidagi birinchi qadam. Bu jarayon davomida gendagi DNK ketma-ketligi RNKga koʻchiriladi.

Transkripsiya boshlanishidan oldin genning atrofidagi DNK qoʻsh spirali ochilishi kerak. DNKning ochilgan qismi transkripsion pufakcha deyiladi.

Transkripsiyada ochilgan DNK zanjirining bittasi andoza sifatida ishlatiladi; bu andoza zanjir deb yuritiladi. Sintezlangan RNK andoza zanjirga komplimentar va ikkinchi zanjir bilan deyarli bir xil boʻlib, u andoza boʻlmagan (yoki kodlovchi) zanjir deyiladi. Lekin ular oʻrtasida bitta muhim farq mavjud: RNKda barcha T nukleotidlari oʻrniga U joylashadi.

DNKning RNK sintezi boshlanuvchi dastlabki nuqtasi

+ 1

yoki initsiatsiya nuqtasi deyiladi. Initsiatsiya nuqtasidan oldin keluvchi nukleotidlar manfiy sonlar bilan belgilanadi va oqimga qarshi deyiladi. Bu nuqtadan keyingi nukleotidlar musbat sonlar bilan belgilanib, oqim boʻyicha deb yuritiladi.

Agar transkripsiya qilinayotgan gen (koʻplab genlar kabi) oqsilni kodlasa, RNK molekulasi translyatsiya deb nomlangan oqsil ishlab chiqarish jarayonida oʻqiladi.

RNK polimeraza

RNK polimeraza – DNKdan RNK transkripsiya qiluvchi ferment. RNK polimeraza andoza DNKdan foydalanib yangi RNK molekulasini sintezlaydi. Masalan, agar andozada G boʻlsa, RNK polimeraza yangi zanjirga S qoʻshadi.

RNK polimeraza yangi zanjirni doimo 5ʼ-3ʼ yoʻnalishida sintez qiladi. Bunda RNK nukleotidlari zanjirning 3ʼ oxiriga qoʻshilib boradi.

RNK va DNK zanjirining ikkita uchi bir-biridan farq qiladi. Yaʼni DNK va RNK zanjirlari yoʻnalgan hisoblanadi.

Zanjirning 5ʼ uchida birinchi nukleotidning fosfat guruhi tashqarida joylashgan. Fosfat guruhi uglevod halqasidagi 5ʼ uglerodga birikadi, shuning uchun 5ʼ oxir deyiladi.
3ʼ uchi deb nomlangan ikkinchi uchida zanjirga qoʻshilgan oxirgi nukleotidda gidroksil guruhi boʻladi. Bu gidroksil guruhi uglevod halqasidagi 3ʼ uglerodiga birikadi va shuning uchun 3ʼ uchi deb yuritiladi.

DNK replikatsiyasi va transkripsiyasi kabi koʻplab jarayonlar DNK yoki RNK zanjirining yoʻnalishiga mutanosib tomonga yoʻnalgan boʻladi.

Bu haqida koʻproq maʼlumotni nuklein kislotalar maqolasidan olishingiz mumkin.

Bakteriyalar kabi oddiy tuzilishga ega boʻlgan organizmlarda ham RNK polimerazalari mavjud va bir necha subbirliklardan iborat yirik fermentlar hisoblanadi. Odamlar va boshqa eukariotlarda uch xil RNK polimerazalari mavjud: I, II va III. Ularning har biri maʼlum bir gen sinflarini transkripsiya qilishga ixtisoslashgan. Oʻsimlikar maʼlum turdagi kichik RNKlarni ishlab chiqarishda ishtirok etuvchi ikki xil: IV va V chi qoʻshimcha RNK polimerazalarga ham ega.

Transkripsion initsiatsiya

Gen transkripsiyasini boshlash uchun RNK polimeraza DNKning promoter deb nomlangan qismiga birikadi. Polimerazaga DNKning qayeriga birikish kerakligini asosan promoter aniqlab beradi.

Har bir gen (yoki bakteriya hujayrasida birgalikda transkripsiyalangan har bir genlar guruhi) oʻz promoteriga ega. Promoterda RNK polimeraza yoki uning yordamchi oqsillari birikadigan maxsus DNK ketma-ketligi mavjud. Transkripsiya pufakchasi hosil boʻlgach, polimeraza transkripsiyani boshlaydi.

Bakteriyada promoterlar

Promoter qanday ishlashini bakteriya misolida koʻrib chiqamiz. Bakteriya hujayrasidagi tipik promoter ikkita muhim DNK ketma-ketligidan iborat: $-$ ‍ $10$ ‍ va $-$ ‍ $35$ ‍ elementlar.

RNK polimeraza aynan shu qismlarni taniydi va ularga birikadi. Qismlar kerakli gen transkripsiyasini boshlash uchun polimerazani kerakli joyga joylashtiradi va uning toʻgʻri yoʻnalishda ekanini tekshiradi.

RNK polimeraza bogʻlangach, DNKni ochadi va ishni boshlaydi. DNKning ochilishi

-

10

elementdan boshlanadi, u yerda zanjirlar A va T nukleotidlari koʻpligi tufayli oson ajraladi (ular oʻrtasida ikkita vodorod bogʻi mavjud).

-

10

-

35

elementlarining nomi ular initsiatsiya nuqtasidan (DNKda

+ 1

) nechta nukleotid oldinda kelishiga bogʻliq. Manfiylik belgisi ular initsiatsiya nuqtasidan oldin kelishini bildiradi.

Inson organizmida promoterlar

Eukariot hujayralarda, masalan, inson hujayralarida RNK polimeraza bakteriya hujayrasining RNK polimerazasi kabi bevosita promoterga birikmaydi. Bunda promoterga birinchi boʻlib bazal (umumiy) transkripsion faktor deb nomlangan yordamchi oqsillar birikadi va RNK polimeraza uchun tayanch nuqta hosil qiladi.

Aksariyat eukariot hujayra promoterlari TATA boks deb nomlangan ketma-ketlikka ega. TATA boks bakteriyalardagi

-

10

elementga qaraganda kattaroq vazifani bajaradi. Umumiy transkripsion faktorlar bu qismni taniydi va natijada RNK polimerazaning birikishi uchun sharoit yaratadi. TATA boks bundan tashqari koʻplab A va T nukleotidlarini tutadi, bu esa DNK zanjirlarining oson ajralishiga imkon yaratadi.

Elongatsiya

RNK polimeraza promoterga birikkach, transkripsiyaning keyingi bosqichi – elongatsiya boshlanadi. Elongatsiya bosqichida RNK zanjiri asosan yangi nukleotidlar qoʻshilishi hisobiga uzunlashadi.

Elongatsiya davomida RNK polimeraza andoza zanjir deb nomlangan DNK zanjiri boʻylab 3ʼ-5ʼ yoʻnalishda harakatlanadi. Andozadagi har bir nukleotid uchun RNK polimeraza RNK zanjirining 3ʼ oxiriga komplimentar nukleotidlarni biriktiradi.

RNK transkript DNKning andoza boʻlmagan yoki kodlovchi zanjiri bilan bir xil. Lekin RNK zanjirida timin (T) oʻrnida uratsil (U) boʻladi, uglevodlari ham farq qiladi. Yuqorida keltirilgan rasmda kodlovchi zanjirdagi T oʻrniga RNK transkriptida U joylashganini koʻrishimiz mumkin.

Quyidagi rasmda DNK bir vaqtning oʻzida koʻplab RNK polimerazalari tomonidan transkripsiya qilingani va ularning har birida RNK “dumi” borligi tasvirlangan. Polimerazalarda genning boshlanish qismida kalta RNK dumlari boʻladi va u genlar transkripsiya qilingani sari uzayib boradi.

Transkripsion terminatsiya

RNK polimeraza toʻxtash haqida signal boʻlmaguncha transkripsiyani davom ettiradi. Transkripsiyaning tugallanish jarayoni terminatsiya deb yuritiladi va bu jarayon polimeraza DNKning terminator deb nomlangan qismini transkripsiya qilganda sodir boʻladi.

Bakteriyalarda terminatsiya

Bakteriyalarda terminatsiyaning ikkita katta usuli bor: Rho ga bogʻliq va Rho ga bogʻliq boʻlmagan.

Rho ga bogʻliq terminatsiyada RNK Rho faktor deb nomlanadigan oqsil uchun maxsus birikish nuqtasiga ega boʻladi. Rho faktor shu qismga birikadi va RNK boʻylab polimeraza tomon “sirgʻalib” chiqa boshlaydi.

Rho transkripsion pufakda polimerazaga yetgach, RNK transkript va DNK zanjirini bir-biridan uzadi, RNK ajraladi va transkripsiya yakunlanadi. Keyinroq DNKda aniqlangan, transkripsion stop nuqtasi deb nomlangan qism RNK polimerazani toʻxtatadi va Rho ning unga yetib olishiga sharoit yaratadi.

^{4}

Rho ga bogʻliq boʻlmagan terminatsiya DNK andoza zanjiridagi maxsus qismga bogʻliq. Transkripsiya qilinayotgan gen tugashiga yaqin qolganda RNK polimeraza S va G ga boy qismga duch keladi. Bu qismdan transkripsiyalangan RNK qismi oʻraladi va komplimentar boʻlgan S va G oʻzaro bogʻlar hosil qiladi. Natijada polimerazaning toʻxtashiga olib keladigan stabil toʻgʻnagʻich hosil boʻladi.

Terminatorda DNK andozasidagi A nukleotidlari bilan mos keladigan, RNK tarkibidagi U nukleotidlarning qisqarishi kuzatiladi. RNK transkriptining bir-biriga komplimentar U-A qismlari andoza DNK bilan kuchsiz bogʻ hosil qiladi. Bu holat RNK transkriptini chiqarib yuborish uchun va toʻxtab qolgan polimeraza fermentini ajratishga yetarli boʻlgan beqarorlikni hosil qiladi.

Eukariot hujayralarida, shu jumladan, inson hujayralarida terminatsiya genga bogʻliq holda sodir boʻladi. Quyida oqsil kodlovchi gen terminatsiyasi qanday sodir boʻlishini koʻrib chiqamiz.

Eslatma: bu juda antiqa mexanizm. Bu hatto uni batafsil oʻrgangan biologlar uchun ham mutlaqo mantiqsiz boʻlib tuyuladi. Oldindan ogohlantirib qoʻyaylik!

Terminatsiya RNK zanjirida poliadenil signal paydo boʻlganda boshlanadi. Bu nukleotidlar ketma-ketligi RNK transkripsiyasi tugashi kerakligini belgilaydi. Ferment poliadenil signalni taniydi va RNK transkriptni polimerazadan ajratish uchun unga yaqin qismidan kesadi.

Shunisi qiziqki, RNK polimeraza transkript chiqarib yuborilganidan keyin ham transkripsiyani davom ettiradi va

500

-

2

000

dan ortiq nukleotidlardan iborat RNK hosil qiladi

^{5}

. Oxir-oqibat u DNKdan hali toʻliq tushunib yetilmagan mexanizmlar orqali ajralib chiqadi

^{6}

. Qoʻshimcha RNK odatda translyatsiya qilinmaydi va transkripsiyaning keraksiz, qoʻshimcha mahsuloti hisoblanadi.

RNK transkriptining keyingi taqdiri nima boʻladi?

Terminatsiyadan keyin transkripsiya yakunlanadi. Tayyor boʻlgan RNK transkript informatsion RNK (iRNK) sifatida translyatsiyada ishtirok etadi. Bakteriyalarda RNK transkripti transkripsiya tugashi bilan translyatsiyaga tayyor holatda boʻladi. Aslida ular bundan biroz oldinroq tayyor boʻladi: hali transkripsiya davom etayotgan paytda translyatsiya boshlanishi mumkin!

Quyidagi rasmda turli genlardan transkripsiya qilingan iRNK tasvirlangan. Transkripsiya davom etayotgan boʻlsa ham, ribosomalar har bir iRNKga birikib, undan oqsil sintez qila boshlaydi. iRNKni bir nechta ribosomalar translyatsiya qilganda, iRNK va ribosomalar birgalikda poliribosomani hosil qiladi.

Nima uchun bakteriyalardagi iRNK uchun transkripsiya va translyatsiya bir vaqtning oʻzida roʻy berishi mumkin? Buning sababi shundaki, bu jarayonlar bir xil 5ʼ dan 3ʼ ga tomon yoʻnalishda sodir boʻladi. Bu yangi oqsil hali translyatsiya boʻlayotgan oqsilga “yetib olishi” ham mumkinligini anglatadi. Bundan tashqari, bakteriyalarda transkripsiya va translyatsiya jarayonlarini ajratib turuvchi membrana yoʻq.

Bu jarayon inson hujayralari va boshqa eukariotlarda bakteriyalarnikidan farq qiladi. Chunki transkripsiya inson hujayrasi yadrosida, translyatsiya esa sitozolda kechadi. Shuningdek, eukariotlarda RNK molekulalari translyatsiyadan oldin maxsus ishlov berish bosqichlaridan oʻtishi kerak boʻladi. Bu shuni anglatadiki, transkripsiya va RNKni qayta ishlash bosqichlari tugallanmaguncha translyatsiya boshlanmaydi. Bu bosqichlar haqida transkripsiya va RNK protsessing videosi orqali toʻliqroq maʼlumotga ega boʻlishingiz mumkin.

Mavzuga oid manbalar:

Ushbu maqola quyidagi maqolalarning oʻzgartirilgan hosilasidir:

"Prokaryotic transcription," by OpenStax College, Biology, CC BY 4.0. Download the original article for free at http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@10.61.
- "Eukaryotic transcription," by OpenStax College, Biology, CC BY 4.0. Download the original article for free at http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@10.61.

Ushbu maqola CC BY-NC-SA 4.0 litsenziyasiga ega.

Mavzuda keltirilgan iqtiboslar:

Berger, S. (2006). The mushroom Amanita phalloides. In Transcription and RNA polymerase II. Retrieved from http://www.chem.uwec.edu/Webpapers2006/sites/bergersl/pages/amanitin.html.
Amanita phalloides. (2016, February 6). Retrieved February 13, 2016 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Amanita_phalloides.
CyberBridge. (2007). RNA structure. In Structure of DNA. Retrieved from http://cyberbridge.mcb.harvard.edu/dna_3.html.
Rho factor. (2016, October 19). Retrieved November 20, 2016 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Rho_factor.
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. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21601/#_A2857_.
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.

Mavzuga oid qoʻshimcha maʼlumotlar:

5ʼ-end cleavage and polyadenylation. (2016). In Nobelprize.org. Retrieved from 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. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26890/.

Alpha-amanitin. (2016, February 11). Retrieved February 13, 2016 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Alpha-Amanitin.

Amanita phalloides. (2016, February 6). Retrieved February 13, 2016 from 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. Retrieved from http://www.chem.uwec.edu/Webpapers2006/sites/bergersl/pages/eukaryotic.html.

Berger, S. (2006). The mushroom Amanita phalloides. In Transcription and RNA polymerase II. Retrieved from http://www.chem.uwec.edu/Webpapers2006/sites/bergersl/pages/amanitin.html.

Boundless (2016, January 8). Initiation of transcription in eukaryotes. In Boundless biology. Retrieved from 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. Retrieved from 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. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22085/.

Inverted repeat. (2016, February 13). Retrieved February 13, 2016 from 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. Retrieved from 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. Retrieved from 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. Retrieved from 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. Retrieved from http://sandwalk.blogspot.com/2008/09/how-rna-polymerase-binds-to-dna.html

OpenStax College, Biology. (2016, March 23). Eukaryotic transcription. In OpenStax CNX. Retrieved from http://cnx.org/contents/GFy_h8cu@10.8:6l70P9u6@5/Eukaryotic-Transcription.

OpenStax College, Concepts of Biology. (2016, October 31). Transcription. In OpenStax CNX. Retrieved from http://cnx.org/contents/s8Hh0oOc@9.11:TkuNUJis@3/Transcription.

Polyadenylation. (2016, January 24). Retrieved February 11, 2016 from 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.

Rho factor. (2016, October 19). Retrieved November 20, 2016 from 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.

Terminator (genetics). (2015, December 14). Retrieved February 13, 2016 from 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. Retrieved from http://www.biochem.umd.edu/biochem/kahn/molmachines/newpolII/TFIIH.html.

Muhokamaga qoʻshilmoqchimisiz?

Kirish

Saralash:

Hozircha izohlar yoʻq.

Ingliz tilini tushunasizmi? Khan Academyʼning inglizcha saytida boʻlayotgan muhokamalarni koʻrish uchun shu yerga bosing.