שעתוק (ביולוגיה)

שעתוק הוא התהליך שבו נוצרת מולקולת RNA לפי תבנית של DNA. RNA יכול לפעול בעצמו או לשמש כתבנית ליצירת חלבון. השעתוק מקשר בין ה-DNA שבגרעין לבין חלבוני התא, והוא מבוצע על ידי האנזים RNA פולימראז.

מולקולת ה-RNA נבנית לפי עקרון זיווג בסיסים: אדנין (A) נקשר לאורציל (U) ב-RNA, וגואנין (G) נקשר לציטוזין (C). רק אחד מגדילי ה-DNA משמש תבנית; הוא נקרא גדיל התבנית, והגדיל השני נקרא הגדיל המקודד כי רצפו דומה לרצף ה-RNA. ה-RNA נבנה בכיוון מ-'5 ל-'3, והוא נקרא לעיתים תעתיק או transcript.

השעתוק פחות מדויק משכפול ה-DNA כי אין מנגנון תיקון. עם זאת, מולקולות mRNA (RNA שליח) קצרות וחולפות מהר בתא, לכן טעויות ספורות לא פוגעות לרוב לתקופה ארוכה.

תהליך השעתוק מתחלק לאתחול, התארכות וסיום.

בחיידקים מורכב ה-RNA פולימראז מליבת אנזים ומגורם סיגמא. סיגמא עוזר לאנזים למצוא קידומים (פרומוטרים), אזורים לפני תחילת הגן. בקדם נמצא לעתים תת-רצף עשיר באדנין ותימין בשם תיבת TATA; רצף זה מאפשר פתיחה קלה של ה-DNA. גורמי שעתוק נוספים נקשרים לקדם ומגייסים את הפולימראז. בתחילת השעתוק נוצרות לעתים מולקולות קצרות מאוד שהן נפלטות, עד שהאנזים מצליח ליצור גדיל RNA ארוך מספיק (כ-12 נוקלאוטידים) ואז שלב האתחול מסתיים. לעיתים מספר מולקולות RNA פולימראז משעתקות את אותו הגן בו זמנית.

בשלב זה האנזים מתקדם לאורך התבנית. נוקלאוטידים עם שלוש קבוצות זרחה (NTP) נכנסים למקום, והם מקושרים לגדיל המתארך באמצעות קשר פוספודיאסטרי. חלבונים נוספים, שנקראים גורמי התארכות, תומכים בתהליך.

ישנם שני מנגנונים ידועים לסיום השעתוק. בשניהם מתרחשת האטה של ה-RNA פולימראז באתרים ייעודיים שנקראים טרמינטורים. במנגנון פנימי (intrinsic) נוצרת לולאה ב-RNA ואחריה רצף עשיר באורציל שמשחרר את התעתיק. כמעט חצי מהגנים ב-E. coli מסתיימים בעזרת מנגנון זה.

השעתוק נמצא תחת בקרה חזקה. כיום סבורים שרוב בקרת הביטוי מתרחשת בשלב השעתוק. התא מושקע אנרגיה רבה כדי לסנתז RNA ולהכין ממנו חלבון, ולכן מתחייבת בקרה צמודה. בדרך כלל נדרשים מספר גורמי שעתוק (כ-4, 8) כדי להתחיל שעתוק, ולעומתם פועלים גם מדכאים שקושרים פרומוטרים ומונעים היצמדות של RNA פולימראז.

בעיקר בתאים איקריוטיים מתלווים לשעתוק תהליכים נוספים שמייצבים את מולקולת ה-mRNA. התוצר הראשוני נקרא pre-mRNA. לאחר עיבוד, שלעיתים מתחיל עוד לפני סיום השעתוק, מתקבל mRNA בוגר.

בעיקר באיקריוטים קיימים שלבי עיבוד של ה-pre-mRNA, בעוד שבפרוקריוטים עיבוד כזה נדיר.

התהליך התגלה לראשונה ב-1965, ומחקרים נוספים בשנות ה-60 תיארו מרכיבים מרכזיים של המנגנון. היום מודדים רמות שעתוק בעזרת שיטות מולקולריות שונות, כגון מערכי DNA ו-PCR, כדי להבין אילו גנים מבוטאים בתא.

רצף קונצנזוס הוא רצף נוקלאוטידים שנקשר על ידי חלבונים כמערכת זיהוי. בפרומוטר תיבת TATA היא דוגמה לרצף כזה. ב-RNA, סימני שחבור כמו GT ו-AG מסמנים את אתר ההתחלה והסיום של השחבור, תהליך שמחבר אקסונים. גם לחלבונים יש רצפי קונצנזוס, כמו NLS (סיגנל כניסה לגרעין), שמאפשרים להם להכיר ולהעביר חלבונים למקומות מסוימים בתא.

שעתוק הוא תהליך שבו עושים מולקולת RNA לפי הוראות שב-DNA. RNA (מולקולה דומה ל-DNA) יכולה לשאת הוראות או לעזור להכין חלבונים.

מולקולת ה-RNA נוצרת כשהבסיסים ב-DNA מזווגים עם בסיסים מתאימים. במקום תימין ב-DNA, ב-RNA יש אורציל (U). רק אחד משני גדילי ה-DNA משמש כתבנית ליצירת ה-RNA.

יש שלושה שלבים: אתחול, התארכות וסיום.

האנזים RNA פולימראז מוצא את תחילת הגן בעזרת גורם סיגמא. בקדם יש לפעמים תיבת TATA. תיבת TATA עוזרת לפתוח את ה-DNA בקלות.

האנזים עובר על ה-DNA ומוסיף נוקלאוטידים ל-RNA. הנוקלאוטידים מגיעים בצורה של יחידות שנקראות NTP.

בסיום יש אזור מיוחד שגורם לעצירת האנזים ושחרור ה-RNA. בחיידקים כחצי מהגנים מסתיימים במנגנון פנימי כזה.

בתאים של יצורים מורכבים (איקריוטים) ה-RNA הראשוני נקרא pre-mRNA. לאחר תיקונים הוא הופך ל-mRNA בוגר.

גילוי השעתוק התרחש ב-1965. מדענים מנסים למדוד כמה RNA מיוצר בכל תא כדי להבין מה הגנים עושים.

רצף קונצנזוס הוא סדרת נוקלאוטידים שחלבונים מזהים. דוגמה היא תיבת ה-TATA בפרומוטר. בספlicing (שחבור) יש סימנים בג'טעים שמסייעים לחבר את החלקים הנכונים של ה-RNA.