Субъединичное строение рнк-полимеразы: роль в транскрипции

Субъединичное строение РНК-полимераз разного происхождения, вероятно, отражает их функциональную роль в акте транскрипции. Все РНК-полимеразы простого строения транскрибируют ограниченный круг генов или небольшие части генома, например, при синтезе РНК- затравок для фрагментов Оказаки в процессе репликации ДНК у бактерий. Промоторы, узнаваемые РНК-полимеразами простого строения, не отличаются разнообразием и обладают простой структурой. Показательно, что при сложном строении генома четных T-фагов, в процессе развития которых происходит многократное переключение транскрипции с одних групп генов на другие, используется сложная РНК-полимераза бактерии-хозяина, а не индуцируется простой фермент, как у бактериофага T7.

РНК-полимеразы бактерий и эукариот должны, во-первых, узнавать разные промоторы, во-вторых, реагировать на различные белки-регуляторы и, в-третьих, изменять специфичность узнавания последовательностей нуклеотидов матричных ДНК под действием разнообразных белковых эффекторов. Отсюда следует, что у организмов возникает потребность в РНК-полимеразах сложной структуры, способных осуществлять обширную программу реализации генетической информации. Вероятно поэтому наблюдается иерархия в степени сложности строения ферментов, которая достигает верхнего предела в случае РНК-полимераз эукариот. Элементарные акты основных этапов транскрипции обеспечиваются молекулами РНК- полимераз простого строения, такими как у фагов T7, митохондрий и других объектов. Эти ферменты, по мнению Р.Б. Хесина, можно рассматривать в качестве эволюционных предшественников сложных олигомерных РНК-полимераз, способных самостоятельно осуществлять все основные функции в процессе транскрипции. Действительно, у олигомерных РНК-полимераз, как и у большинства сложноустроенных ферментов, только одна субъединица (бета - у РНК полимераз эубактерий) является собственно каталитической, а остальные, возможно, выполняют функции регуляторных.

РНК-полимеразах – на сайте http://humbio.ru/humbio/transcription/00007b0d.htm

Факторы транскрипции: классы

Факторами транскрипции называют белки или белковые комплексы, непосредственно не участвующие в каталитическом акте образования РНК, но необходимые для прохождения основных этапов транскрипции и ее регуляции.

По функциональному признаку принято различать три класса факторов транскрипции.

К первому классу относятся основные факторы транскрипции, обеспечивающие нерегулируемый базальный уровень транскрипции и функционирующие в клетках всех типов.

Ко второму классу относятся факторы транскрипции, специфически взаимодействующие с определенными последовательностями ДНК, которые являются основными регуляторами транскрипции и обеспечивают тканеспецифическую экспрессию генов.

Третий класс факторов транскрипции (в том числе многочисленные TAF-белки (TAB-associated factors) ) представлен белками - коактиваторами транскрипции, которые действуют согласованно с основными и тканеспецифическими факторами, обеспечивая более тонкую регуляцию транскрипции.

Транскрипция: основные стадии цикла

Транскрипция: цикл

Цикл транскрипции начинается с присоединения РНК-полимеразы к промотору - строго определенному участку ДНК, с которого начинается синтез РНК.

Следующая стадия, инициация , требует наличия субстратов РНК-полимеразы нуклеозидтрифосфатов и заключается в образовании первых нескольких звеньев цепи РНК. Матрицей для синтеза РНК у эукариот служит ДНК-гистоновый комплекс , а не свободная ДНК, как это имеет место у прокариот.

За стадией инициации начинается элонгация . В момент, который считается концом инициации и началом элонгации, от РНК-полимеразы отделяется сигма-субъединица . По мере движения РНК-полимеразы по матрице впереди нее происходит расплетание, а позади - восстановление двойной спирали ДНК. Одновременно освобождается очередное звено растущей цепи РНК из комплекса с матрицей и РНК-полимеразой.

Завершается синтез РНК в строго определенных участках матрицы - терминаторах, где происходит отделение от ДНК и готовой РНК, и минимальной РНК-полимеразы, которая, объединившись со свободной сигма-субъединицей, может вступить в следующий цикл транскрипции.

Новообразованная РНК упаковывается в рибонуклеопротеиновые частицы .

РНК-полимераза: связывание с ДНК

Механизм поиска промоторов изучен недостаточно; предполагается, что молекулы РНК-полимеразы присоединяются к случайным местам двойной спирали ДНК, некоторое время перемещаются по ней, отсоединяются и снова присоединяются к ДНК до тех пор, пока не окажутся на промоторах.

Различные РНК-полимеразы узнают в последовательности ДНК различные сигнальные участки , в частности последовательности,

инициирующие синтез РНК.

Как РНК-полимераза I , так и РНК-полимераза II узнают последовательности ДНК, которые предшествуют точке начала транскрипции (если смотреть на цепь ДНК в направлении считывания).

Например, участок узнавания РНК-полимеразы II включает две короткие последовательности ДНК, одна из которых начинается за 50 нуклеотидов до точки инициации транскрипции, а другая - за 25.

В отличие от этих двух ферментов РНК-полимераза III , по-видимому, узнает специфические регуляторные белки, такие например, как фактор транскрипции генов 5S-РНК . Присоединение этого белка в олигомерной форме к участку ДНК в середине последовательности гена 5S-РНК необходимо и достаточно для того , чтобы РНК-полимераза III начала синтезировать РНК в точке, расположенной на 45 нуклеотидов ближе к началу гена.

Оказавшись на промоторе, РНК-полимераза образует с ним так называемый закрытый промоторный комплекс, в котором ДНК сохраняет двуспиральную структуру. В закрытом комплексе РНК-полимераза еще не способна к синтезу РНК. Этот комплекс нестабилен и легко диссоциирует при повышении ионной силы.

Закрытый комплекс может обратимо превращаться в открытый комплекс, в котором РНК-полимераза расплетает примерно один виток двойной спирали ДНК в районе стартовой точки - нуклеотида, с которого начинается комплементарное копирование матрицы. В открытом комплексе связь РНК-полимеразы с промотором становится значительно более прочной, чем в закрытом.

При низких температурах равновесие сильно сдвинуто в сторону закрытого комплекса, при температурах, близких к физиологическим, - в сторону открытого. Переход между этими крайними случаями происходит в узком температурном интервале, что по-видимому, отражает кооперативный характер плавления ДНК промотора.