Transkrypcja jest pierwszym etapem ekspresji genu. Polega na zsyntetyzowaniu cząsteczki mRNA komplementarnej do nici matrycowej DNA. Ponieważ obie nici DNA również są komplementarne względem siebie, transkrypt RNA ma taką samą sekwencję nukleotydową, co nić kodująca DNA (jedynie zamiast nukleotydów tyminowych występują nukleotydy uracylowe).

Transkrypcji podlega odcinek DNA zawarty między promotorem a terminatorem lub sekwencją terminalną. Reakcję katalizuje enzym polimeraza RNA zależna od DNA, a substratami są trójfosforany rybonukleozydów (ATP, GTP, CTP i UTP). Przebieg transkrypcji u prokariontów i eukariontów nie jest taki sam, jednak w obu przypadkach proces ten składa się z trzech etapów: inicjacji, elongacji i terminacji.

Bakterie nie mają jądra komórkowego. Ich genofor (materiał genetyczny) znajduje się bezpośrednio w cytozolu. Geny bakterii to geny ciągłegeny ciągłegeny ciągłe, co oznacza, że zsyntetyzowany mRNA od razu może służyć jako matryca do tworzenia białka. Translacja u prokariontów rozpoczyna się jeszcze przed zakończeniem transkrypcji.

W pierwszym etapie miejsce inicjacji transkrypcji jest rozpoznawane przez samą polimerazę RNA, bez udziału dodatkowych białek. W komórkach prokariotycznych kilka genów może mieć wspólny dla siebie promotor (np. geny kodujące enzymy jednego szlaku metabolicznego), a przez to wspólnie podlegać transkrypcji. Powstający wówczas mRNA określany jest policistronowym, ponieważ jest matrycą do syntezy kilku białek, należących najczęściej do jednego szlaku metabolicznego. Polimeraza RNA po przyłączeniu się w rejonie promotora syntetyzuje jedynie kilkunukleotydowy fragment transkryptu. Dopiero po odłączeniu jednej z podjednostek (czynnika σsigma) może rozpocząć kolejny etap – elongację. U prokariontów występuje tylko jeden typ polimerazy, która syntetyzuje mRNA na matrycy DNA. Ostatni etap – terminacja – rozpoczyna się od odczytania sekwencji terminatora, który, tak samo jak promotor, nie koduje białka. Następuje oddzielenie się transkryptu i polimerazy od DNA. mRNA jest gotowy do kolejnego etapu ekspresji genu - translacji.

W przypadku komórek eukariotycznych przebieg transkrypcji jest odmienny. DNA zawarte jest w mającym otoczkę jądrze komórkowym, a także w obłonionym mitochondrium oraz (w przypadku roślin i protistów roślinopodobnych) w plastydach. Miejsce powstawania mRNA jest więc oddzielone od cytozolu.

Geny eukariontów są genami nieciągłymigeny nieciągłegenami nieciągłymi. Oznacza to, że sekwencje kodujące fragmenty białek – eksonyekson (egzon)eksony – są poprzedzielane fragmentami niekodującymi – intronamiintronintronami.

Proces inicjacji transkrypcji jest znacznie bardziej skomplikowany niż u prokariontów. Wymaga obecności specjalnych białek – tzw. czynników transkrypcyjnychczynniki transkrypcyjneczynników transkrypcyjnych. To one lokalizują promotor i leżący za nim początek genu. Polimeraza przyłącza się dopiero po związaniu odpowiednich czynników transkrypcyjnych do DNA. W komórkach eukariotycznych występują trzy jądrowe polimerazy RNA, z których każda syntetyzuje inny rodzaj RNA. Polimeraza I wytwarza rRNA, czyli RNA budujące rybosomy, a polimeraza III syntetyzuje cząsteczki tRNA, które wiążą aminokwasy i transportują je do rybosomów. Polimeraza II jest natomiast odpowiedzialna za wytwarzanie pierwotnego transkryptu – pre‑mRNA, który zawsze zawiera informację tylko o jednym białku, dlatego określany jest monocistronowym. Synteza nowej nici kończy się na sekwencji terminalnej, która koduje sygnał poliadenylacjipoliadenylacjapoliadenylacji i jest jednocześnie sygnałem do zakończenia transkrypcji.

Uwolniony pierwotny transkrypt zawiera zarówno introny, jak i eksony. Obróbka potranskrypcyjna, prowadząca do przekształcenia pre‑mRNA we właściwą matrycę, jest określana dojrzewaniem. Polega ono na zablokowaniu końca 5’ poprzez przyłączenie do niego tzw. czapeczki (cap) oraz poliadenylacji końca 3’, podczas której przyłączeniu ulegają zwielokrotnione sekwencje nukleotydów adenylowych: poli(A). Te dwie struktury zabezpieczają mRNA przed enzymatycznym rozkładem w cytozolu. Ostatnim etapem dojrzewania jest składanie mRNA (splicing), podczas którego introny zostają wycięte, a  eksony – połączone. O przebiegu tego procesu doczytasz  materiale: Modyfikacje potranskrypcyjne RNA u Eucaryota.

Fragmenty niekodujące zawsze zostają usunięte, ale wycięciu mogą również ulec niektóre eksony. Zjawisko to jest nazywane alternatywnym splicingiem. Dzięki niemu na podstawie jednego genu mogą powstawać białka różniące się obecnością lub brakiem niektórych domen. Więcej na temat tego procesu przeczytasz w materiale: Regulacja potranskrypcyjna - splicing alternatywny.

Dojrzały mRNA przez pory otoczki jądrowej (kariolemmy) przedostaje się do cytozolu, gdzie może być wykorzystywany jako matryca w procesie translacji.

Słownik