Ko tajnica med sestankom prepisuje govorjene besede, jih ne spreminja – samo zapiše jih v drugo obliko. Celice naredijo nekaj podobnega, ko iz DNK nastane RNK. Genetsko informacijo prepišejo v drugo molekulo. Temu pravimo transkripcija.
V tem učnem priročniku boste spoznali, kako poteka transkripcija – od začetka do konca. Razložili bomo, kaj se zgodi med začetkom, podaljševanjem in koncem prepisovanja ter kako RNA polimeraza bere zaporedje DNK. Naučili se bomo tudi, kako celice po koncu transkripcije spremenijo molekulo RNK in zakaj so te spremembe pomembne za sintezo beljakovin.
Transkripcija: kratka razlaga
Potrebujete samo osnovo? Tukaj je poenostavljena razlaga, kaj je transkripcija:
🟠 Transkripcija je prepisovanje zaporedja DNK v RNK. Običajno nastane ob tem sporočilna RNK (mRNK). Prepis vodi RNA polimeraza.
🟠 Postopek ima tri glavne korake: RNA polimeraza se veže na promotor, zgradi verigo RNK in se ustavi ob zaključnem signalu.
🟠 Pri evkariontih se mora RNK pred izhodom iz jedra kemično obdelati – dobi kapico, poli-A rep in odstranjene introne.
🟠 V evkariontskih celicah obstajajo tri vrste RNA polimeraze, vsaka tvori drugačen tip RNK.
🟠 Napake pri vezavi baznih parov, napačno izrezovanje ali manjkajoče oznake na RNK lahko preprečijo pravilno prevajanje v beljakovine.
Iz DNK v RNK: trije glavni koraki transkripcije
Transkripcija se začne, ko celica iz zaporedja DNK izdela ustrezno verigo RNK. Pri prokariontih poteka v citoplazmi, pri evkariontih pa v jedru. Končni rezultat je molekula RNK – največkrat sporočilna RNK (mRNK), ki se prenese do ribosoma, kjer poteka sinteza beljakovin.
Transkripcija vedno poteka v treh zaporednih fazah:
Začetek
Proces začne encim RNA polimeraza, ki se veže na promotor – kratko zaporedje DNK pred začetkom gena. Ta odsek določa, kje se prepis začne. Po vezavi se dvojna vijačnica odpre, da RNA polimeraza dostopa do enega od dveh nizov.
Podaljševanje
RNA polimeraza drsi vzdolž predloge DNK in postopoma povezuje RNK nukleotide. Adenin (A) v DNK se veže z uracilom (U) v RNK. Citozin (C) se pari z gvaninom (G) in obratno. Veriga RNK nastaja od 5′ proti 3′ koncu in se podaljšuje, dokler ni gen v celoti prepisan.
Zaključek
Ko RNA polimeraza doseže zaključno zaporedje, se ustavi. RNK se loči od DNK, ki se nato ponovno zvije v dvojno vijačnico. Transkripcija je s tem končana.
Transkripcija se med prokarionti in evkarionti razlikuje:
| Lastnost | Prokarionti | Evkarionti |
| Lokacija | Citoplazma | Jedro |
| Obdelava RNK | Ni potrebna | Kapica, poli-A rep, izrezovanje intronov |
| Hitrost transkripcije | Hitra | Počasnejša |
Pri prokariontih transkripcija poteka hitro, nastala RNK pa se lahko takoj uporablja za prevajanje. Pri evkariontih mora RNK najprej ostati v jedru, kjer dobi zaščitno kapico, poli-A rep in se iz nje izrežejo introni. Šele nato lahko zapusti jedro in sodeluje pri sintezi beljakovin.
RNA polimeraza: tri oblike v evkariontskih celicah
V evkariontskih celicah transkripcija ne poteka le z enim encimom, ampak z več različicami. Obstajajo tri vrste RNA polimeraza, pri čemer ima vsaka svojo nalogo in prepisuje točno določeno vrsto RNK. To razdeljevanje omogoča natančen nadzor nad izražanjem genov.
| Vrsta RNA polimeraza | Lokacija | Funkcija |
|---|---|---|
| RNA polimeraza I (Pol I) | Jedrce | Prepisuje gene za ribosomsko RNK (rRNK), razen 5S rRNK. rRNK je gradnik ribosomov, kjer nastajajo beljakovine. |
| RNA polimeraza II (Pol II) | Jedro | Prepisuje zapise za sporočilno RNK (mRNK) ter za snRNK in miRNK, ki sodelujejo pri uravnavanju izražanja genov. |
| RNA polimeraza III (Pol III) | Jedro | Tvori tRNK, 5S rRNK in druge kratke RNK, ki so pomembne za celične procese. |
Vsaka RNA polimeraza prepozna svojo skupino začetnih zaporedij na DNK in za začetek sinteze potrebuje točno določene transkripcijske faktorje. S tem sistemom celica poskrbi, da je prepisovanje usmerjeno in usklajeno.
Kako evkariontska celica obdela RNK po transkripciji
Ko se RNK v jedru končno oblikuje, še ni pripravljena za uporabo. Najprej mora skozi tri zaporedne obdelave, ki jo zaščitijo in pripravijo na prevajanje. Šele nato jo lahko ribosomi uporabijo pri sintezi beljakovin.
Evkariontske celice najprej ustvarijo pre-mRNK, ki ima poleg kodirajočih tudi nekodirajoče dele. Ti ne nosijo nobenih navodil in jih je treba odstraniti ali spremeniti. Po obdelavi nastane zrela mRNK.
Trije glavni koraki obdelave RNK so:
- 5′ kapica: Na 5′ konec RNK se doda poseben gvaninski nukleotid. Ta kapica zaščiti RNK pred razgradnjo in pomaga ribosomu, da lažje prepozna začetek zapisa.
- 3′ poli-A rep: Na 3′ konec se doda veriga adeninovih nukleotidov, imenovana poli-A rep. Up počasni razpad molekule in usmerja RNK iz jedra v citoplazmo.
- Izrezovanje (splicing): Odstranijo se introni, deli brez informacije za beljakovine. Eksoni, ki vsebujejo zapis, se povežejo v enotno zaporedje. Če pride do napake pri izrezovanju, se lahko prebere napačna zaporedja kodonov.
Vse to poteka v jedru. Če je katera od obdelav napačna ali izpuščena, RNK ne more zapustiti jedra ali pa je med prevajanjem neuporabna za ribosome. Šele ko je vse opravljeno pravilno, lahko zrela mRNK preide v citoplazmo in sodeluje pri sintezi beljakovin.
Brez teh korakov evkariontska celica ne bi mogla ustvariti pravilnih beljakovin. Natančna obdelava RNK zagotavlja, da se genetska navodila prenesejo brez napak.
Transkripcija se začne le ob pravih signalih
Da se transkripcija sploh začne, mora biti določen odsek DNK – promotor – dostopen. Promotor leži tik pred genom in določa, kje naj RNA polimeraza začne prepisovanje. Ker so ta zaporedja precej podobna pri različnih genih, jih celica zlahka prepozna.
RNA polimeraza ne prepozna promotorja sama. Do tja jo pripeljejo posebne beljakovine, ki jih imenujemo transkripcijski faktorji. Ti se vežejo na DNK v bližini promotorja in vodijo encim na pravo mesto. Ko se enkrat veže, se DNK na tem mestu razpre in prepisovanje se lahko začne.
Ta sistem deluje kot varnostni mehanizem. Če promotor ni izpostavljen ali če transkripcijski faktorji manjkajo, RNA polimeraza ne more začeti delovati. Transkripcija poteka le, ko so vsi pogoji ustrezni, kar prepreči zmedo in ohranja nadzor nad izražanjem genov.
Na ta način celica ne troši energije po nepotrebnem. Prepisujejo se le tisti geni, ki so aktivirani s signalom. Brez ustreznih beljakovin in signalov transkripcija ne steče – ali pa se začne na napačnem mestu.
Napake med transkripcijo ustavijo delovanje RNK
Čeprav se zdi prepisovanje enostavno, lahko ena sama napaka popolnoma spremeni pomen molekule RNK. Vsaka faza – od vezave baz, prek obdelave, do označevanja – mora potekati brezhibno, sicer celica RNK ne more uporabiti. Do napake lahko pride že pri samem prepisovanju, ko RNA polimeraza vstavi napačen nukleotid. Zaradi tega RNK vsebuje napačen zapis, kar spremeni kodon in lahko privede do napačne aminokisline v verigi. Ena sama napačna aminokislina lahko vpliva na zgradbo beljakovine in onemogoči njeno delovanje.
Napake nastanejo tudi med obdelavo RNK. Iz pre-mRNK se morajo odstraniti introni, eksoni pa se morajo povezati v neprekinjeno zaporedje. Če se introni ne izrežejo pravilno, lahko ribosom začne prevajanje na napačnem mestu ali pa se sinteza beljakovine zaključi prehitro.
Tretja možna napaka je manjkajoča kapica ali poli-A rep. Kapica na 5′ koncu pomaga ribosomu, da prepozna začetek zapisa, medtem ko poli-A rep na 3′ koncu ščiti RNK pred razgradnjo. Če enega od teh delov ni, encimi RNK hitro razgradijo, še preden pride do prevajanja.
Nobena od teh napak se ne popravi sama. Če kateri koli korak odpove, RNK ne more izpolniti svoje naloge. Zato mora biti transkripcija natančna od začetka do konca.
Vrste RNK, ki nastanejo med transkripcijo
Pri transkripciji celica ne izdela le mRNK. Vsaka vrsta RNK ima svojo nalogo pri sintezi beljakovin. Vse se prepišejo iz zapisa v DNK, a le nekatere vsebujejo navodila za izdelavo beljakovin.
Tri glavne vrste RNK, ki nastanejo med transkripcijo:
- mRNK (sporočilna RNK): Prenese zapis gena do ribosoma, kjer poteka sinteza beljakovin.
- tRNK (prenašalna RNK): V citoplazmi prinaša ustrezne aminokisline in jih poveže s kodoni na mRNK.
- rRNK (ribosomska RNK): Gradi strukturo ribosoma in sodeluje pri povezovanju aminokislin v beljakovinsko verigo.
Vsaka od teh RNK nastane iz DNK predloge. Celica uporablja posebne promotorje in signalne poti, da v pravem trenutku aktivira prepisovanje ustrezne RNK. Sporočilna RNK se nato obdela: dobi kapico, poli-A rep in izrezane introne. Prenašalna in ribosomska RNK imata svoje postopke zorenja.
mRNK je kratkoživa in se hitro razgradi po prevajanju. Nasprotno pa tRNK in rRNK v celici ostaneta dalj časa in sodelujeta pri več zaporednih sintezah beljakovin. Kljub različnim nalogam imajo skupni začetek – vse nastanejo s transkripcijo.
Vam transkripcija povzroča težave? Pomaga vam lahko inštruktor
Imate občutek, da se pri transkripciji hitro izgubite? Niste edini. Morda vam ni jasno, kaj točno počne RNA polimeraza ali pa ne veste, zakaj je promotor tako pomemben. Prav zato pridejo prav inštrukcije – nekdo vam snov razloži po korakih in poskrbi, da pri vajah ne ponavljate istih napak.
Ni treba, da ure in ure presedite med zvezki. Dober inštruktor vam pokaže, kako prepoznati pogoste napake – na primer, kaj se zgodi, če RNK nima kapice ali repa, ali kako napačna baza spremeni pomen zapisa. Pri vajah ali pripravi na test vam te stvari lahko prinesejo odločilno prednost.
Lahko poiščete individualne inštrukcije molekularne biologije Maribor ali rezervirate uro z inštruktorjem biologije celice Ljubljana. Na voljo je veliko možnosti, ki se prilagodijo vašemu znanju in tempu.
V iskalnik vpišite »inštruktor biologije Kranj« ali »zasebni učitelj molekularne biologije Koper« in preverite ponudbo v vaši bližini. Dober inštruktor vam ne poda le rešitev, ampak poskrbi, da snov razumete. In to je pogosto tisto, kar naredi največjo razliko. Termin si lahko rezervirate prek meet’n’learn.
Potrebujete dodatne razlage? Obiščite našo zbirko spletnih učbenikov za biologijo, kjer boste našli še več primerov in razlag. Če želite pomoč pri težjih temah, vas lahko inštruktor vodi skozi snov jasno, potrpežljivo in učinkovito.
Transkripcija: pogosta vprašanja
1. Kaj pomeni transkripcija v biologiji?
To je proces, pri katerem celica iz zapisa v DNK sestavi novo verigo RNK.
2. Kje v evkariontski celici poteka transkripcija?
Transkripcija pri evkariontih poteka v jedru.
3. Kakšna je vloga RNA polimeraza med transkripcijo?
RNA polimeraza prebere DNK in iz nje sestavi ustrezno zaporedje RNK.
4. Kateri so trije glavni koraki transkripcije?
Najprej je začetek, sledi podaljševanje, na koncu pa pride do zaključka.
5. Kaj se zgodi z RNK po transkripciji v evkariontskih celicah?
RNK dobi kapico, poli-A rep in se ji odstranijo introni, šele nato lahko zapusti jedro.
6. Kako RNA polimeraza prepozna začetek prepisovanja?
Prepozna posebno zaporedje v DNK, imenovano promotor.
7. Kakšna je razlika med pre-mRNK in zrelo mRNK?
Pre-mRNK ima še introne, zrela mRNK pa jih nima in je pripravljena za prevajanje.
8. Kaj se zgodi, če med transkripcijo pride do napake?
RNK lahko vsebuje napačne informacije in ne more nastati pravilna beljakovina.
Viri:
1. NCBI
2. Nature
3. Wikipedia
