Что такое транскрипция в биологии, ее значение в жизнедеятельности организмов
Термином "транскрипция" биологи называют особый этап реализации наследственной информации, сущность которого сводится к считыванию гена и построению комплементарной ему молекулы РНК. Это ферментативный процесс, сопряженный с работой множества ферментов и биологических посредников. При этом большая часть биокатализаторов и механизмов, ответственных за запуск репликации гена, науке неизвестны. Из-за этого еще предстоит детально разобраться, что такое транскрипция (в биологии) на молекулярном уровне.
Реализация генетической информации
Современной науке о транскрипции, как и о передаче наследственной информации, известно недостаточно. Большую часть данных можно представить в виде последовательности этапов биосинтеза белка, которая позволяет понять механизм экспрессии генов. Синтез белка — это пример реализации наследственной информации, так как ген кодирует именно его первичную структуру. Для каждой белковой молекулы, будь это структурный белок, фермент или медиатор, существует записанная в генах первичная аминокислотная последовательность.
Как только возникает необходимость повторно синтезировать данный белок, запускается процесс «распаковки» ДНК и считывания кода нужного гена, после чего происходит транскрипция. В биологии схема такого процесса состоит из трех этапов, выделенных условно: инициация, элонгация, терминация. Однако конкретных условий для их наблюдения в ходе эксперимента пока создать невозможно. Это скорее теоретические выкладки, которые позволяют лучше понимать участие ферментных систем в процессе копирования гена на матрицу РНК. По своей сути транскрипцией называют процесс синтеза РНК на основании деспирализованной 3’-5’-цепочки ДНК.
Механизм транскрипции
Разбирать, что такое транскрипция (в биологии), можно на примере синтеза информационной РНК. Он начинается с «освобождения» гена и выравнивания структуры молекулы ДНК. В ядре наследственная информация располагается в конденсированном хроматине, а неактивные гены компактно «упакованы» в гетерохроматин. Его деспирализация позволяет освободить нужный ген и сделать его доступным для считывания. Затем специальный фермент делит двухцепочечную ДНК на две цепочки, после чего происходит считывание кода 3’-5’-цепочки.
С этого момента начинается сам период транскрипции. Ферментом ДНК-зависимой РНК-полимеразой производится сборка стартового участка РНК, к которому присоединяется первый нуклеотид, комплементарный 3’-5’-цепочке матричного участка ДНК. Далее цепочка РНК наращивается, что длится несколько часов.
Важное значение транскрипции в биологии отводится не только в инициации синтеза РНК, но и в ее прекращении. Достижение терминирующего участка гена инициирует прекращение считывания и приводит к запуску ферментативного процесса, направленного на отсоединение ДНК-зависимой РНК-полимеразы от молекулы ДНК. Разделенный участок ДНК при этом полностью «сшивается». Также в ходе транскрипции работают ферментные системы, которые «проверяют» правильность присоединения нуклеотидов и при появлении ошибок синтеза «вырезают» ненужные участки. Понимание этих процессов позволяет ответить на вопрос о том, что такое транскрипция в биологии и как она регулируется.
Обратная транскрипция
Транскрипция — базовый универсальный механизм передачи генетической информации с одного носителя на другой, например с ДНК на РНК, как это происходит в клетках эукариот. Однако у некоторых вирусов последовательность передачи генов может быть обратной, то есть код считывается с РНК на одноцепочечную ДНК. Этот процесс называется обратной транскрипцией, и его уместно рассматривать на примере инфицирования человека вирусом HIV.
Схема обратной транскрипции выглядит как внедрение вируса внутрь клетки и последующий синтез ДНК на основании своей РНК при помощи фермента обратной транскриптазы (ревертазы). Этот биокатализатор изначально присутствует в вирусном тельце и активируется при его попадании в клетку человека. Он позволяет синтезировать молекулу ДНК с генетической информацией из нуклеотидов, найденных в клетках человека. Результатом успешного завершения обратной транскрипции является получение молекулы ДНК, которая посредством фермента интегразы внедряется в ДНК клетки и видоизменяет ее.
Значение транскрипции в генной инженерии
Важно, что такая транскрипция в биологии, которая протекает в обратном направлении, позволяет сделать три важных вывода. Во-первых, что вирусы в филогенетическом плане должны стоять гораздо выше одноклеточных форм жизни. Во-вторых, это является доказательством возможности существования стабильной одноцепочечной молекулы ДНК. Ранее бытовало мнение, что ДНК может длительно существовать только в виде двухцепочечной структуры.
В-третьих, поскольку вирусу для встраивания в ДНК клеток инфицированного организма не нужно иметь информацию о его генах, можно доказать, что путем обратной транскрипции можно внести в генетический код любого организма произвольные гены. Последний вывод позволяет использовать вирусы в качестве генноинженерных инструментов для встраивания некоторых генов в геном бактерий.