Drobky světa

Pro vznik molekuly proteinu je nutné, aby v prvním kroku vznikla molekula mRNA, která je poté vlastní předlohou pro protein. Ve struktuře DNA je sice uložena informace o struktuře proteinu, ale protein vzniká až podle struktury mRNA (mediátorová DNA).
Je to proto, že gen (tj. úsek DNA, který kóduje vznik molekuly proteinu) zabírá velmi malou část DNA a kdyby se měla celá DNA použít pro syntézu jediné molekuly bílkoviny, bylo by to zbytečně složité (nehledě na to, že každý proces týkající se DNA může vést k mutacím, což je velmi nebezpečné). Proto se tento malý kousek velké DNA přepíše do mnohem menší molekuly mRNA, která už nemá jinou funkci než tu, aby se stala matricí, podle které budou enzymy vyrábět bílkoviny (je to asi stejná situace, jako kdybyste měli knihu o 100000 stranách, potřebovali byste se naučit jenom dvě strany a musíte jet na týden k moři - je blbost tahat s sebou tak velkou knihu, raději si onu stranu přepište na papír a ten si vezměte s sebou k moři).

Pozn: RNA není pouze mRNA, ale také tRNA (účastní se proteosyntézy) či rRNA (má strukturní funkci, např v ribosomech).

Až na několik odlišností je transkripce analogická s replikací, alespoň co se principu týče. Je zapotřebí:
1. matriční vlákno DNA (matrice = templát = předloha)
2. enzymový aparát (RNA-polymerasa)
3. zásoba aktivovaných monomerních jednotek (ribonukleosidtrifosfáty)
4. syntéza probíhá na principu komplementarity bází (párují se báze C-G a U-T) - ribonukleosidtrifosfáty seřazené podle předlohy DNA jsou spojeny RNA-polymerasou fosfodiesterovými vazbami za vzniku polynukleotidových řetězců

A několik odlišností s replikací:
1. monomery jsou ribonukleosidtrifosfáty narozdíl od deoxyribonukleosidtrifosfátů
2. RNA-polymerasa nepotřebuje ke své práci primer ("startér")
3. RNA-polymerasa je složitější než DNA-polymerasa
4. vzniknuvší molekula RNA je jednovláknová
5. báze thymin je v RNA nahrazena uracilem

Jako u všech ostatních biochemických dějů, i zde má hlavní slovo enzym zajišťující tento proces: RNA-polymerasa (tzv. DNA-dependentní RNA-polymerasa, což znamená "polymerasa, která je závislá/řízená DNA a které syntetizuje RNA). Proto si ji představíme blíže...

Tento enzym podobně jako DNA-polymerasa katalyzuje polymerizaci monomerních ribonukleotidtrifosfátu za vzniku polymerního polynukleotidového vlákna RNA. Tato polymerizace není náhodná, nýbrž enzym se řídí instrukcemi, které získává od předlohy (tj. vlákna DNA).
RNa-polymerasa připojuje nukleotidy na principu komplementarity bází, což znamená, že enzym připojuje jednotlivé nukleotidy tak, aby byly komplemetární k těm, které jsou v molekule templátu (G-C a T/U-A; musíme myslet na to, že T v DNA je U v RNA).
(Malý příklad: v DNA je sekvence bází GCATTAGATC. Jaká bude sekvence bází v RNA? Odpověď: CGUAAUCUAG.)

Narozdíl od replikace se při transkripci přepisuje pouze jedno vlákno DNA - toto vlákno se nazývá jako vlákno templátové (po náhradě uracilu thyminem dostaneme sekvenci komplementární k sekvenci vzniknuvší RNA). Druhé vlákno, které není přepisvoáno se nazývá vlákno kodogenní (po náhradě uracilu thyminem dostaneme sekvenci shodnou se sekvencí vzniknuvší RNA).
Ovšem v rámci celé DNA to nemusí být vždy jen jedno vlákno - některé geny se mohou nacházet na jednom vlákně, jiné geny na vlákně druhém - záleží gen od genu. Ovšem jeden gen musí být vždy na jednom vlákně! (RNA-polymerasa neskáče)

Jak již bylo zmíněno výše, RNA-polymerasa nepotřebuje ke své práci primer (tzn. kousek již nasyntetizované části), za což ale zaplatila RNA-polymerasa složitější stavbou své molekuly - je to velký oligomerní protein (o hmotnosti asi 500 kDa) s různou podjednotkovou strukturou. Nejprostudovanější je samozřejmě RNA-polymerasa u E. coli - jedná se o oligopentamer složený z nekovalentně spojených podjednotek a,b,b', a s v poměru 2:1:1:1. Podjednotky a₂,b,b tvoří vlastní katalytickou část enzymu (tzv. jádro enzymu), podjednotka s má rozpoznávací funkci - hledá sekvenci DNA, na které se má enzym navázat a odkud má začít transkripci. Tato sekvence DNA se označuje jako promotor (= sekvence promotoru je signál pro navázaní enzymu a začátek transkripce). Na jedno jádro enzymu a,b,b se mohou vázat různé podjednotky s, které rozpoznávají různé promotory.

Biosyntéza probíhá stejně jako replikace ve směru 5'-->3' (zapamatovat!), tedy vlákno RNA roste ve směru od 5'-konce k 3'-konci. Napojení dalšího nukleotidu do vlákna probíhá tak, že koncová 3'-OH skupina (hydroxyl na C₃' v ribose) atakuje první atom fosforu v ribonukleosidtrifosfátu (interakce volných elektronových párů kyslíku s parciálním nábeojem fosforu) , tím dojde k odpojení difosfátu a vzniku fosfoesterové vazby mezi uhlíkem C₃' a C₅' na dalším (nově připojeném) nukleotidu. Polymerizace je poháněna energií, která pochází z hydrolýzy odštepeného difosfátu.