Transkripcija (genetika)

Transkripcija je sinteza RNK molekula kao kopije dela jednog lanca DNK (gena) koju katalizuje enzim RNK polimeraza, drugim rečima transkripcija je ništa više do pretvaranja genetske informacije iz oblika DNK u RNK. Vrši se u jedru eukariota, odnosno nukleoidu prokariota u 5'→ 3' pravcu. Da bi se izvršila transkripcija (prepisivanje) lanci DNK moraju da se iz spiralno uvijenih prebace u linearni oblik (u ovom koraku DNK molekul izgleda kao merdevine), i zatim se lanci razdvoje, gde jedan od njih služi kao kalup prema kome se ređaju komplementarni nukleotidi RNK: naspram adenina DNK postavlja se uracil RNK, a naspram guanina DNK – citozin RNK:

 A → U
 G → C

Transkripcija ima mehanizme koji tokom same tranckripcije kao i nakon procesa idu duž novonastalog lanca i popravljaju greške, ali su mehanizmi manje efektivni od mehanizama nađenih pri replikaciji DNK molekula, tako da proces transkripcije ime viši stepen varijacija i grešaka.

Transkripcija DNK je ključni korak u prenošenju informacije od DNK do proteina. Sinteza i-RNK počinje kada je ćeliji potreban određeni protein. 

Za aktivnost RNK-polimeraze, slično kao i za DNK-polimerazu, potrebno je prisustvo DNK lanca-matrice. Međutim, za razliku od DNK-polimeraze, za RNK polimeraze nisu potrebni prajmeri. Novosintetisani lanac RNK je uvek i po smeru i po redosledu nukleotida identičan onom lancu koji nije prepisivan (samo što umesto timina sadrži uracil):

  
 DNK molekul: 3' AAATTCCCG 5'
 RNK molekul: 5' UUUAAGGGC 3'

Tok transkripcije 

Transkripcija se odvija kroz tri faze: fazu inicijacije, elongacije i terminacije.

Inicijacija 

 Enzim RNK polimeraza se sastoji od sebi svojstvene sekvence nukleotida. Da bi transkripcija počela, enzim RNK polimeraza mora da prepozna tu istu sekvencu na molekulu DNK, koja se nalazi u regionu nazvanom promoter. Mesto početka transkripcije je označeno sa +1, tako da sve što se nalazi na desno od tog mesta se označava sa + (plus), dok sve sekvence koje su ulevo od tog mesta su obeležene sa '-' (minus). U samoj transkripciji postoje mnogo faktora, koji na ovaj ili onaj način utiču na sam proces, i svaki od tih faktora ima sebi svojstvenu sekvencu. Tako da bi lakše pronašli određene sekvence, onda im dodeljujemo mesto na DNK lancu i time olakšavamo nalaženje specifičnih faktora, na primer, 5'- GCGC -3' kutija se nalazi na mestu -35 i time možemo lakše da se orijentišemo i pronalazimo sekvence od značaja. U ovom koraku DNK je i dalje nerazdvojen, tj dva lanca su spojena i ovaj sistem se naziva zatvoreni kompleks.
 U ovom koraku lanci DNK molekula se razdvajaju i sada molekul postaje otvoreni kompleks.
 RNK polimeraza ide duž molekula DNK i sintetiše novi lanac na osnovu postojećeg DNK lanca, i ceo proces je veoma sličan DNK replikaciji, ali u RNK molekulu timin je zamenjen uracilom. Kao što je gore navedeno, transkripcija se vrši u 5' → 3' pravcu. Ceo proces transkripcije je moguć zahvaljujući sigma faktoru koji usmerava transkripciju. Naime, RNK polimeraza bez vezanog sigma faktora prepisuje DNK potpuno neselektivno. Tek se vezivanjem ovog specifičnog faktora za polimerazu dobija holoenzim koji se kreće duž DNK sve dok ne prepozna promotorno mesto, za koje se vezuje.
 Faza inicijacije se završava kada se sigma faktor odvoji od mehanizma za trankskripciju i u rastući lanac prekursorske iRNK ugradi prvi nukleotid. Ovo označava početak elongacije.

Elongacija 

Enzim RNK polimeraza ide duž DNK i sintetiše komplementarni RNK molekul. Tokom elongacije, enzimi idu duž lanca i vrše popravke nastale tokom transkripcije koja je veoma brz proces. Dva najznačajnija načina popravke su:
 Pirofosforolitičko editovanje pri kome RNK polimeraza odmah nakon nalaženja pogrešno sparenih nukleotida, izbacuje jedan nukleotid koji se zamenjuje pravilnim
 Hidrolitilko editovanje pri kome RNK polimeraza stimulisana Gre faktorom ide unazad od pravca transkripcije i popravlja pogrešno postavljene nukleotide.

U fazi elongacije RNK polimeraza odvija jedan zavoj DNK pri čemu se lanci razdvajaju. Jedan od lanaca služi kao matrica prema kome RNK polimeraza ređa komplementarne nukleotide RNK u 5'-3' pravcu.

Terminacija 

Ređanje nukleotida RNK vrši se sve dok RNK polimeraza ne stigne do niza nukleotida, odnosno specifične sekvence, koji se nazivaju terminacioni (stop) signal . Na tom mestu se transkripcija zaustavlja, a novonastali molekul RNK se oslobađa sa matrice ( do tada je bio za matricu vezan samo svojim 3' krajem) . To predstavlja poslednju fazu terminacije.

Transkripcije kod Eukariota i Prokariota 

Kod prokariota prepisana RNK (primarni transkript) se odmah može uključiti u sintezu proteina. Šta više, u in vitro proučavanjima, pokazano je da translacija kod prokariota može da počne dok transkripcija još uvek traje kako nema segregacije genetičkog materijala od ostatka citoplazme. Kod eukariota se, međutim, transkripti moraju u jedru dodatno obraditi da bi postale zrele RNK sposobne da otpočnu sintezu proteina. Ovaj proces označava se kao obrada primarnog transkripta. Tek tako obrađene šalju se u citoplazmu gde će se obaviti sinteza proteina. Dodatna obrada prepisanih RNK sastoji se u modifikaciji njihovih krajeva (5' i 3' kraja) i u isecanju introna i spajanju egzona. Mehanizam iskrajanja introna mora biti takav da obezbedi maksimalnu preciznost, jer bi greška u samo jednom nukleotidu potpuno promenila sve kodone u i-RNK od tog mesta nadalje i proizvela pogrešnu informaciju za sintezu proteina. 

Takođe jedna od bitnih razlika između prokariotske i eukariotske transkripcije je ta što kod eukariota postoje tri enzima RNK polimeraze

 RNK polimeraza I se nalazi u nukleolusu i odgovorna je za transkripciju ribozomalnih RNK molekula rRNK.
 RNK polimeraza II se nalazi u nukleusu i odgovorna je za transkripciju informativne RNK iRNK i ѕa određene male nuklearne RNK molekule mnRNK.
 RNK polimeraza III je odgovorna za transkripciju transportne RNK molekule, tj tRNK.

Molekularna biologija