Центральная догма и транскрипция

Урок о главном направлении потока информации в клетке и о первом его шаге — транскрипции.

Центральная догма молекулярной биологии: информация течёт от ДНК к РНК (транскрипция) и от РНК к белку (трансляция).

Поток информации

Схематично догму записывают так:

ДНК  --транскрипция-->  РНК  --трансляция-->  Белок

ДНК — это архив. РНК — рабочая копия одного гена. Белок — конечный исполнитель. Догму сформулировал Фрэнсис Крик; позже её дополнили (например, обратная транскрипция у вирусов идёт от РНК к ДНК), но основное направление осталось.

Транскрипция

Транскрипция — это синтез мРНК по матрице ДНК. Фермент РНК-полимераза находит начало гена (промотор), расплетает участок двойной спирали и строит цепь РНК, ставя напротив каждого основания матрицы комплементарное основание РНК (напротив A — U).

dna_to_rna = {"A": "U", "T": "A", "G": "C", "C": "G"}

def transcribe(template):
    return "".join(dna_to_rna[b] for b in template)

template = "TACCGGTTAGCATTC"  # матричная цепь гена
mrna = transcribe(template)
print("Матрица ДНК:", template)
print("мРНК:      ", mrna)
print("Длина мРНК:", len(mrna))

Вывод:

Матрица ДНК: TACCGGTTAGCATTC
мРНК:       AUGGCCAAUCGUAAG
Длина мРНК: 15

Обратите внимание: мРНК начинается с AUG — это стартовый сигнал, о нём в следующем уроке.

Смысловая и матричная цепь

У гена две цепи. Матричная (по которой строится РНК) комплементарна получаемой мРНК. Смысловая (вторая) цепь по последовательности совпадает с мРНК, только с T вместо U. Поэтому, зная мРНК, легко восстановить ген.

Как работает под капотом

РНК-полимераза, в отличие от ДНК-полимеразы, не нуждается в готовом «затравочном» кусочке (праймере) — она умеет начинать синтез с нуля. Зато она менее точна: транскрипция допускает больше ошибок, чем репликация. Но это не страшно: мРНК — расходный материал, она существует недолго и затем разрушается, тогда как ДНК-оригинал хранится годами. Так клетка экономит точность там, где это действительно важно.

Частые ошибки

Ставят T в мРНК. В РНК только U.
Путают матричную и смысловую цепь: мРНК комплементарна матричной и совпадает со смысловой (с заменой T на U).
Думают, что транскрибируется вся ДНК сразу. Считывается только нужный ген.

Итог

Центральная догма: ДНК → РНК → белок.
Транскрипция — синтез мРНК по матричной цепи ДНК ферментом РНК-полимеразой.
Напротив A матрицы в РНК ставится U.
мРНК недолговечна — это рабочая копия, а не архив.