Термінація транскрипції

Рис. 5.12. Типовий сигнал термінації.

Як було зазначено вище, швидкість пересування РНК-полімерази під час елонгації визначається висотою максимумів вільної енергії (див. рис. 5.10). Якщо ці максимуми (по обидва боки від мінімуму, що відповідає позиції і+1 на рис. 5.10) за певних причин виявляться досить високими, полімераза опиниться в енергетичній пасці та зупиниться на досить довгий час.

Саме це й відбувається під час термінації транскрипції на певних елементах послідовності. Прокаріотичний сигнал термінації представляє собою інвертований повтор (паліндром – послідовність ДНК, що читається однаково по обом ланцюгам у напрямках 5'-3'), безпосередньо фланкований polyТ послідовністю (близько 7 нуклеотидів). Відповідно, у матричному ланцюзі розташована polyА послідовність, а у складі транскрипту – polyU. Інвертований повтор у складі транскрипу утворює дволанцюгову шпильку (рис. 5.12), а ДНК-РНК гібрид за шпилькою складається з порівняно менш стабільних А-U пар.

Загальний сценарій термінації виглядає наступним чином. Порівняно нестабільний гібрид ускладнює елонгацію транскрипції, а шпилька – зворотний рух полімерази. Під час зупинки полімерази (приблизно на 60 с) здійснюються зумовлені взаємодіями зі шпилькою структурні перебудови полімерази, руйнування гібриду, відновлення подвійної спіралі ДНК та визволення транскрипту.

Рис. 5.13. ρ-Залежна термінація.

У кількох бактеріальних оперонах термінація залежить від так званого фактора ρ. Цей фактор (моногексамер) зв'язується з РНК-транскриптом у певних С-збагачених ділянках. Після цього починається АТР-залежне пересування ρ-фактора вздовж транскрипту у напрямку 5'-3' зі швидкістю, яка є нижчою за швидкість руху полімерази. Сигнал термінації у цьому випадку, як правило, нічим не відрізняється від описаних вище термінаторів і зумовлює зупинку полімерази. У результаті ρ-фактор дожинає полімеразу і, продовжуючи рух вздовж РНК, руйнує гібридну подвійну спіраль (працює як геліказа – helicase – так називаються ферменти, що АТР-залежно руйнують подвійні спіралі нуклеїнових кислот). Результатом є колапс транскрипційного міхура (відновлення подвійної спіралі ДНК) та визволення транскрипту.

Регуляція транскрипції

Зрозуміло, що гени та оперони (див. розділ 4) не транскрибуються постійно, а вмикаються/вимикаються у певні моменти в залежності від зовнішніх умов, стадій клітинного циклу тощо. Головними елементами, взаємодія між якими призводить до активації чи репресії транскрипції, є так звані цис- і транс-елементи. Цис-елементи – це регуляторні елементи послідовності ДНК, які фізично зв'язані з даним геном чи опероном; у прокаріотів часто називаються операторами і знаходяться у безпосередній близькості до промоторів. Транс-елементи – білкові фактори транскрипції, що вільно дифундують (транспортуються) у просторі клітини, шукаючи свій цис-елемент, до якого вони мають специфічну спорідненість. Якщо зв'язування транс-елемента з оператором призводить до активації транскрипції (часто за рахунок прямих білок-білкових взаємодій транскрипційного фактора з РНК-полімеразою, які підвищують її спорідненість до промотора), кажуть, що фактор є активатором і здійснює позитивну регуляцію. Якщо фактор блокує зв'язування РНК-полімерази (часто за рахунок зниження доступності промотора), його називають репресором і кажуть про негативну регуляцію.

Ці загальні принципи регуляції, які, ускладнюючись, зберігаються також в еукаріотів (розділ 6), реалізуються на стадії ініціації. Крім того, для регуляції використовуються інші моменти процесу транскрипції. Найбільш типові механізми регуляції у прокаріотичних системах проілюстровано нижче на конкретних прикладах.