שעתוק (ביולוגיה)

שעתוק (על פי המינוח התקני: תעתוק; באנגלית: Transcription, לעיתים בתעתיק לעברית: טרנסקריפציה) הוא תהליך בביולוגיה של התא שבו מולקולת RNA מיוצרת לפי תבנית של מולקולת DNA. 
תהליך השעתוק, המתרחש בתאיהם של כל הייצורים החיים, הוא שלב הביניים המקשר בין תבנית ה-DNA ובין החלבונים הבונים את התא. השעתוק הוא שלב מקדים לתהליך התרגום, שבו ה-RNA משמש כתבנית ליצירת חלבון. השעתוק מתבצע על ידי האנזים RNA פולימראז.

תיאור כללי של התהליך

בתהליך השעתוק, מולקולת RNA חדשה מסונתזת על גבי תבנית של מולקולת DNA קיימת. בדומה לתהליך שכפול ה-DNA, הגדיל החדש נוצר על פי עקרון זיווג הבסיסים, שבו אדנין נקשר לאורציל (בשונה מתימין ב-DNA) וגואנין נקשר לציטוזין. כך נוצר רצף של נוקלאוטידים שהוא גדיל ה-RNA; כל נוקלאוטיד ב-RNA מזווג לנוקלאוטיד ב-DNA, לפי הרצף. הרצף של ה-RNA, אם כן, הוא רצף משלים לרצף תבנית ה-DNA שלפיה נוצר (למעט החלפת הנוקלאוטיד אורציל ב-תימין). 
ה-DNA מורכב מגדיל כפול. בתחילת השעתוק נפרם הגדיל הכפול ורק אחד הגדילים משמש תבנית ליצירת ה-RNA. גדיל זה קרוי גדיל התבנית; הגדיל השני, שאינו מתועתק, קרוי הגדיל המקודד (שכן הרצף שלו זהה לרצף ה-RNA, מלבד העובדה שהוא מכיל תימין במקום אורציל). גדיל ה-RNA מסונתז, כמקובל בכתיב הגנטי, מקצה ה-'5 ועד לקצה ה-'3. גדיל התבנית של ה-DNA מסודר בצורה הפוכה, מ-'3 ועד ל-'5.
בניגוד לתהליך שכפול ה-DNA, תהליך השעתוק אינו מכיל מנגנון תיקון, ולכן מידת האמינות שלו נמוכה יותר ויש סבירות גבוהה יותר לטעויות בשעתוק. עם זאת, מכיוון שמשך זמן החיים של מולקולות ה-mRNA קצר מאוד (בין חצי דקה לשתי דקות), הסיכוי שטעות בתהליך תגרום נזק משמעותי לתא הוא נמוך. מולקולות ה-mRNA מתחלפות פעמים רבות במהלך חיי התא, ולכן טעות באחת מהן תגרום לנזק זמני בלבד, אם בכלל.
מולקולת ה-RNA אשר נוצרת בתהליך השעתוק מכונה, פעמים רבות, תעתיק (באנגלית: Transcript).

שלבי התהליך

תהליך השעתוק מתחלק לשלושה שלבים עיקריים: אתחול, התארכות וסיום.

אתחול

בחיידקים מורכב האנזים RNA פולימראז ממספר יחידות. "אנזים הליבה" בנוי מארבע תת-יחידות: שתי תת-יחידות α (אלפא), אחת β (בתא) ואחת 'β. האנזים השלם (ההולואנזים) כולל יחידה נוספת: σ (סיגמא), הקרויה לעיתים "גורם סיגמא".
ליבת אנזים לבדה מסוגלת לבנות גדיל RNA לפי תבנית ה-DNA. למרות זאת, גורם הסיגמא חיוני לשעתוק מוצלח, שכן הוא מסייע לאנזים להיקשר ל-DNA בתחילתם של גנים. הודות לכך לא מתבצעים שעתוקים אקראיים לכל אורך הגנום אלא רק מתחילתם של גנים ועד סופם. ההולואנזים (אנזים הליבה וגורם הסיגמא) נצמדים לפני השעתוק לאזור המצוי לפני תחילת הגן והקרוי קדם (פרומוטר). כל המקדמים בתאים פרוקריוטיים מכילים רצפים מסוימים של נוקלאוטידים, אותם מסוגל גורם הסיגמא לזהות.
אנזימי RNA פולימראז נקשרים למקומות אקראיים ב-DNA בכל העת. לאחר קשירתם הם משוטטים לאורך גדיל ה-DNA עד שהם מגיעים לקדם, אזי הם נעצרים ומתחילים את השעתוק. בתחילת השעתוק נפרמת המולקולה הדו-גדילית של ה-DNA. בקדם קיים רצף קטן המכיל תימין ואדנין בלבד; הרצף קרוי תיבת TATA. תימין נקשר לאדנין בשני קשרי מימן בלבד (לעומת שלושה קשרי מימן בין גואנין לציטוזין), כך שתיבת ה-TATA מאפשרת פרימה קלה יחסית של ה-DNA, תוך השקעה מינימלית של אנרגיה. 
טרם קישור האנזים ל-DNA נקשרים גורמי שעתוק לרצפים שונים בקדם ועוזרים בגיוס הפולימראז. קיימת העדפה לכך שהנוקלאוטיד הראשון בגדיל ה-RNA החדש יהיה אדנין או גואנין. לאחר שעתוק של כעשרה בסיסים ניתק גורם הסיגמא מהאנזים והמשך השעתוק מתבצע בלעדיו. לעיתים מתבצע שעתוק הולך וחוזר של גדילים קצרים בני עשרה נוקלאוטידים, אשר נפלטים אל חלל התא ונהרסים מאוחר יותר; דבר זה מתרחש עד שגורם הסיגמא מצליח להינתק מהאנזים. גורם הסיגמא, עקב האפיניות הרבה שלו לקדם, מונע מהאנזים לצאת מהקדם ולהמשיך בשעתוק. שלב האתחול מסתיים "רשמית" עם ייצורו של גדיל RNA בן לפחות 12 נוקלאוטידים.
שעתוק נוסף של אותו גן או אופרון (על ידי מולקולות נוספות של RNA פולימראז) מתרחש לעיתים קרובות. לאחר שהאנזים מפנה את הקדם נקשר אל האחרון אנזים נוסף ומתחיל בייצור גדיל חדש של RNA.

התארכות

האנזים מתקדם על גבי תבנית ה-DNA ולכל בסיס בתבנית מביא לקשירת נוקלאוטיד משלים, לפי כללי זיווג הבסיסים. הנוקלאוטידים המרחפים בחלל התא או הגרעין מגיעים אל האנזים בצורת NTP (כלומר, נוקלאוטיד בעל שלוש קבוצות זרחה). כל נוקלאוטיד שנוסף מתחבר לגדיל ה-RNA ההולך ומתארך באמצעות קשר פוספודיאסטרי. חלבונים נוספים הקרויים גורמי התארכות חיוניים לתהליך.

שעתוק והמחקר הביולוגי

גילוי ראשוני של תהליך השעתוק התרחש ב-1965 במספר מעבדות במקביל. בסוף שנות ה-60 תיארו מספר עבודות מאוניברסיטת הרוורד חלקים נרחבים ממנגנון השעתוק. חקר המנגנון נמשך עד היום, והדרך להבנה מלאה של התהליך עודנה ארוכה.
את רמת ההתבטאות של גנים שונים ניתן למדוד בשלבים שונים של התהליך. קיימות מספר שיטות למדידת רמת השעתוק; שיטות אלו התפתחו בצורה ניכרת לקראת סוף המאה ה-20. באמצעות מערכי DNA ניתן למדוד בבת אחת את רמת השעתוק של כל הגנים בתא מסוים. שיטות נוספות למדידת רמת השעתוק הן PCR ותספיג דנ"א (Southern blot). כל השיטות מבוססות על זיהוי וכימות של גדילי ה-mRNA המיוצרים בתהליך השעתוק.

רצף קונצנזוס

רצף קונצנזוס הוא רצף נוקלאוטידים, הנמצא למשל ב-DNA או RNA, ויש לו קוד מסוים המוכר על ידי גורמים אחרים (חלבונים למשל), ומהווה סיגנל מסוים לאותם גורמים.
DNA- רצף קונצנזוס, הנמצא בפרומוטר, תיבת TATA. תיבת TATA מזוהה על ידי קומפלקס מסוים המשתתף בשעתוק וברגע שמתלבש עליו, מתחיל תהליך השעתוק, בנוכחות RNA פולימראז.
RNA- בגן ישנם קומבינציות של אינטרונים ואקסונים, ואזור הנקרא מסגרת קריאה פתוחה הנמצא אחרי הפרומוטר. לאחר תהליך השעתוק של RNA על תבנית ה-DNA, בתהליך השחבור ל-RNA יש רצף המוכר GT והוא התחלת השחבור ו-AG הוא סיום השחבור, אלה נמצאים ב-RNA לאחר השחבור כשביניהם יש אקסונים שונים מהגן, המקודדים לחלבון.
חלבונים- NLS לכל חלבון רצף קונצנזוס כך שהחלבונים האחרים מכירים אותו, ויכולים לשאת את החלבון למקומות אחרים בגוף.