§ 20. Реалізація спадкової інформації. Транскрипція та дозрівання РНК

Поміркуйте

Які переваги дає бактеріям наявність в їхньому геномі оперонів?

Згадайте

Що таке ген?
Що таке геном?

Експресія генів і основні типи РНК

Експресія генів — це процеси, у яких спадкова інформація використовується для синтезу різних типів РНК: інформаційних, або матричних (ІРНК або мРНК), рибосомальних (рРНК), транспортних (тРНК) і малих ядерних РНК (мяРНК). Вони виконують різні функції й виробляються клітинами в різній кількості (більш детально про це див. у таблиці про основні типи РНК).

Етапи реалізації спадкової інформації

Спадкова інформація, яка зберігається в ДНК, використовується клітиною у вигляді синтезованих продуктів (молекул РНК і білків). Реалізація цієї інформації відбувається в кілька етапів: транскрипція, дозрівання РНК і трансляція (детальніше про основні етапи спадкової інформації див. у таблиці).

Характеристика основних типів РНК

Тип РНК	Особливості будови	Функції
Інформаційна, або матрична, РНК (ІРНК, або мРНК)	Одинарний ланцюжок	Переносить інформацію про послідовність амінокислот у білкових молекулах від ДНК до місця синтезу білків
Рибосомальна РНК (рРНК)	Одинарний ланцюжок має складну форму, утворює комплекси з білками (нуклеопротеїди)	Входить до складу рибосом, які здійснюють синтез білків
Транспортна РНК (тРНК)	Одинарний ланцюжок, різні ділянки якого взаємодіють між собою й утворюють складну просторову форму	Доставляє до місця синтезу білків амінокислоти, які містяться в цитозолі клітини
Малі ядерні РНК (мяРНК)	Одинарні ланцюжки. Невеликі за розміром молекули, які містяться в ядрі клітини. Їх існує кілька різновидів. Зазвичай утворюють комплекси з білками	Беруть участь у процесах дозрівання РНК

Основні етапи реалізації спадкової інформації

Етап	Де відбувається	Які процеси відбуваються	Які структури беруть участь
Транскрипція	У прокаріотів у цитоплазмі. В еукаріотів у ядрі, мітохондріях і пластидах	Синтез ланцюга ІРНК за зразком одного з ланцюгів ДНК	ДНК та комплекс ферментів, головним із яких є РНК-полімераза
Дозрівання РНК (процесинг)	У ядрі клітин еукаріотів	3 молекули ІРНК видаляються інтрони, а екзони об’єднуються в одну молекулу ІРНК	Невеликі молекули мяРНК, білки-ферменти
Трансляція	У прокаріотів — у цитоплазмі. В еукаріотів у цитоплазмі, на гранулярній ендоплазматичній сітці, у мітохондріях і пластидах	Синтез молекул білка на рибосомі згідно з інформацією молекули РНК	Рибосоми, молекули тРНК та ІРНК, АТФ

Транскрипція

Як ви вже знаєте, на етапі транскрипції відбувається синтез молекули ІРНК за зразком одного з ланцюгів молекули ДНК. Під час синтезу молекули РНК нуклеотиди приєднуються до її ланцюга за принципом комплементарності. Зауважимо, що проти аденілового нуклеотиду в ланцюзі ДНК розміщується уридиловий у ланцюзі РНК.

Транскрипція здійснюється за участю ферменту ДНК-залежної РНК-полімерази. Така назва означає, що фермент створює полімерний ланцюжок РНК за зразком молекули ДНК (мал. 20.1).

Мал. 20.1. Процес транскрипції

Процес транскрипції розпочинається, коли РНК-полімераза виявляє на ланцюзі ДНК зону промотора. Вона прикріплюється до ДНК в цій зоні й починає пересуватися вздовж її ланцюга. При цьому подвійна спіраль молекули ДНК розкручується, і РНК-полімераза зчитує інформацію лише з одного ланцюга ДНК. Вона розпізнає нуклеотиди на ланцюзі ДНК і приєднує відповідні нуклеотиди до ланцюга РНК (за принципом комплементарності). Нові нуклеотиди приєднуються до «хвоста» ланцюга РНК, що синтезується. Ділянка ДНК, з якої фермент уже зчитав інформацію, скручується знову. Процес транскрипції (синтез РНК) закінчується, коли РНК-полімераза досягає ділянки термінатора.

Дозрівання (процесинг) РНК

Дозрівання РНК є важливим етапом реалізації спадкової інформації в еукаріотів. Воно властиве для всіх типів РНК і не відбувається лише в окремих випадках.

Під час дозрівання РНК відбувається:

сплайсинг (виділення інтронів та з’єднання екзонів у синтезованій молекулі за допомогою мяРНК);
додавання до початку молекули кількох модифікованих нуклеотидів, які допомагають транспортувати її в цитоплазму;
додавання до кінця молекули РНК кількох молекул аденілових нуклеотидів (поліаденілювання).

Процес дозрівання уможливлює клітинам еукаріотів проводити так званий альтернативний сплайсинг, під час якого з однієї молекули РНК можуть утворюватися різні комбінації екзонів. При цьому утворюються різні білки з одного вихідного варіанта. Про масштаб цього процесу свідчить той факт, що в геномі людини трохи більше 20000 генів, а в клітинах наявних білків нараховують понад 250 тисяч.

Ключова ідея

Основними етапами реалізації спадкової інформації в клітинах є транскрипція, дозрівання РНК і трансляція. Експресія генів — це процеси, у яких спадкова інформація використовується для синтезу різних типів РНК: інформаційних, або матричних, рибосомальних, транспортних і малих ядерних РНК. Першим етапом реалізації спадкової інформації є транскрипція — процес синтезу молекули РНК за зразком одного з ланцюгів молекули ДНК. Цей процес здійснюється ферментом РНК-полімеразою. Другим етапом є дозрівання РНК, який відбувається в ядрі клітини.

Перевірте свої знання

1. Які типи РНК найбільш поширені в клітинах? 2. Які етапи виділяють у процесі реалізації спадкової інформації? 3. Що відбувається в ході дозрівання РНК? 4. Чому в клітині існує кілька типів РНК? 5*. До яких наслідків для гена може призвести пошкодження його промотора або термінатора?

Зміст