Transkriptsioon (geneetika)

Transkriptsioon on matriitssüntees, mille käigus sünteesitakse DNA molekuli ühe ahela nukleotiidse järjestusega komplementaarne RNA molekul.

Protsess toimub rakutuumas interfaasi ajal. Seda viib läbi ensüüm RNA-polümeraas, mis peab transkriptsiooni alustamiseks seostuma vastava geeni algusosaga. DNA nukleotiidset järjestust, millega ensüüm peab sünteesi alustamiseks ühinema, nimetatakse promootoriks. Transkriptsiooni käigus keeratakse DNA biheeliks järk-järgult lahti ning sünteesitakse ühe ahela teatava lõiguga komplementaarne RNA molekul. RNA süntees lõpeb, kui polümeraas jõuab DNA piirkonnani, mida nimetatakse terminaatoriks (geeni lõpp). Seal eraldub ensüüm DNA molekulist, mille järel taastub DNA endine kaksikspiraalne kuju ning sünteesitud RNA liigub läbi tuumamembraani pooride tsütoplasmasse.^[1] Transkriptsiooni produktiks on RNA ahel, milles tümiini (T) nukleotiidid on asendatud uratsiiliga (U). Kuna RNA koostises on lämmastikalus tümiin asendunud uratsiiliga, rakendub transkriptsioonil alljärgnev komplementaarsus.

^[2]

Transkriptsiooni võib käsitleda nelja või viie etapina.

1. Helikaasse aktiivsusega piirkonda sisaldav RNA polümeraas harutab lahti DNA, lõhkudes komplementaarsete nukleotiidide vahel olevad vesiniksidemed;
2. RNA nukleotiidid paarduvad komplementaarsete DNA aluspaaridega;
3. RNA polümeraasi abiga tekib RNA suhkur-fosfaatkarkass;
4. Lahtiharutatud RNA+DNA heeliksite vahel olevad vesiniksidemed katkevad, vabastades uue sünteesitud RNA ahela;
5. Kui rakul on tuum, töödeldakse RNA-d veel edasi (3' otsa lisatakse polü-A saba ja 5' otsa lisatakse cap-struktuur), misjärel väljub RNA läbi tuumapooride kompleksi tsütoplasmasse.

Transkriptsioon on esimene etapp, mis on geenide avaldumise peamiseks regulatsiooni tasemeks. DNA osa, mida transkribeeritakse RNA molekuliks, nimetatakse transkriptsiooni ühikuks ja see kodeerib vähemalt ühte geeni. Kui geen, mida transkribeeritakse, kodeerib valku, on transkriptsiooni tulemuseks informatsiooni-RNA (inglise k messenger RNA) ehk mRNA, mida kasutatakse seejärel valgu sünteesiks, tuntud ka translatsioonina. Alternatiivselt võib transkribeeritud geen kodeerida ribosomaalset RNA-d (rRNA) või transpordi RNA-d (tRNA), mis on mõlemad vastavalt valgu kokkupanekuprotsessi või teiste ribosoomide osadeks.

DNA transkriptsiooni ühik, mis kodeerib valku, sisaldab peale otse valku transleeritava järjestuse (kodeeriva järjestuse) ka regulatoorseid järjestusi, mis juhivad ja reguleerivad seda valgusünteesi. Transkripti 5'-poolsed järjestused on ülesvoolu (ingl. k upstream) ja 3'-poolsed järjestused allavoolu (ingl. k downstream) RNA järjestused. Enne kodeerivat järjestust (upstream) asuvat regulatoorset järjestust nimetatakse viis prim mittetransleeritavaks regiooniks (5'UTR) ja järjestust, mis järgneb kodeerivale osale (downstream), nimetatakse kolm prim mittetransleeritavaks regiooniks (3'UTR) (inglise k untranslated region).

Transkriptsioonil on ka mõned korrektuuri (inglise keeles proofreading) mehhanismid, aga neid on vähem ja need on väiksema efektiivsusega kui DNA replikatsiooni proofreading-mehhanismid; seega on transkriptsioon ebatäpsem kui DNA replikatsioon.

Nagu DNA replikatsioonil, loetakse ka transkriptsioonil DNA-d 3'→5' suunas. Samaaegselt luuakse komplementaarset RNA-d 5'→3' suunas. See tähendab, et 5' ots sünteesitakse esimesena. Olgugi et DNA on topeltheeliks, milles on kaks antiparalleelset ahelat, kasutatakse transkriptsiooniks ainult ühte kahest ahelast. Kasutatavat ahelat nimetatakse ka matriitsahelaks. Ainult ühe ahela kasutamine on põhjustatud sellest, et RNA on vastupidi DNA-le enamikus organismides üheahelaline. DNA ahelat, mida transkriptsioonil ei kasutata, nimetatakse kodeerivaks ahelaks, sest selle järjestus on identne äsja sünteesitud RNA transkriptiga (välja arvatud uratsiili ja tümiini asendus). Kasutades ainult 3'→5' ahelat, eemaldatakse vajadus Okazaki fragmentide järele, mis tekivad DNA replikatsioonil.

Transkriptsioon koosneb viiest etapist: eelinitsiatsioon (preinitsiatsioon), initsiatsioon, promootori vabastamine, elongatsioon ja terminatsioon.^[3]