3. Организация промоторных и терминаторных участков у про- и эукариот

У прокариотических организмов процессы транскрипции и трансляции сопряжены, синтез всех типов РНК осуществляет фермент – РНК-полимераза.

У эукариотов процесс транскрипции и трансляции разобщены – синтез РНК происходит в ядре, а белка – в цитоплазме.

Синтез РНК осуществляют три типа ядерных РНК-полимераз:

РНК-полимераза I – Ррнк (28S,18S,5,8S);

РНК-полимераза II – мРНК;

РНК-полимераза III – Трнк и 5S РНК.

Также имеются митохондриальные и хлоропластные РНК-полимеразы. Скорость транскрипции у эукариот 20 нуклеотидов в секунду, а у прокариот 42–50 нуклеотидов в секунду.

Размеры синтезированной РНК у прокариот от 1000–1500 (отдельные гены) до 10–15 тыс. нуклеотидов, у эукариот отдельные гены от 1000 до 2,4 млн. нуклеотидов.

РНК-полимераза прокариот

РНК-полимераза E.coli – белок, имеющий четвертичную структуру. Одновременно в клетке присутствует около 7000 молекул РНК-полимеразы.

Субъединичный состав РНК-полимеразы E.coli:

• 2αββδώ –holo- фермент (полный фермент)

• 2αββώ –cope-фермент (150*115*110А)

• Без δ-фактора это cope-фермент, δ- фактор- сменный фактор специфичности

• (δ^70, δ²⁸, δ⁵⁴ и др.).

Две α-субъединицы – каркас РНК-полимеразы. К ним крепятся остальные субъединицы.

β′-субъединица отвечает за прочное связывание с ДНК за счет кластера положительно заряженных аминокислот.

β-субъединице находятся два каталитических центра. Один отвечает за инициацию, а другой за элонгацию РНК-цепи. Один центр работает в holo-, а другой в cope-ферменте.

Σ-субъединица играет главную роль в инициации транскрипции, будучи прямо вовлеченной в узнавание промотора и плавление ДНК.

В клетках E.coli имеется семь различных σ-факторов. Каждый из них обеспечивает узнавание промоторов с определенными последовательностями. В экспоненциальной фазе роста более 90% молекул холофермента в клетке содержит субъединицу σ70 (рисунок 4).

Рисунок 4 − Схема ДНК

РНК-полимераза бактерий состоит из 5 субъединиц – (кор-фермент) 2α, β, β′ ώ + σ-фактор (полный holo-фермент). На рисунке показано, что РНК-полимераза переводит ДНК из В-формы в А-форму (рисунок 5).

Рисунок 5− Схема РНК-полимеразы

В ней плоскости азотистых оснований не перпендикулярны оси спирали, а наклонены на 20 градусов к перпендикуляру. Это делает легче «выворачивание» двух соседних азотистых оснований в цепи ДНК для того, чтобы напротив них встали комплементарные нуклеотиды РНК (рисунок 6).

Рисунок 6 − Строение РНК-полимеразы прокариот

Существует 4 типа РНК-полимераз у эукариот (из них 3 – ядерные, 1 – митохондриальная).

РНК pol I – синтезирует три типа рРНК (28S, 18S, 5, 8S);

PHK Pol II – синтезирует мРНК и малые ядерные РНК;

РНК Pol III – синтезирует тРНК и 5S-РНК.

РНК-полимеразы эукариот имеют большую молекулярную массу и представляют собой комплекс мультимерных белков (500–700 Кд). От 14 до 17 субъединиц в зависимости от типа полимеразы.

РНК-полимеразы различаются количеством субъединиц, их аминокислотным составом, а также зависимостью от катионов магния и марганца. Для РНК-полимераз I и III необходимое соотношение [Mn²⁺]/[Mg²⁺]=2. Для РНК-полимеразы II – [Mn²⁺] / [Mg²⁺] = 5.

Наиболее заметное различие- чувствительность к α-аманитину (токсин бледной поганки). Он полностью подавляет работу РНК-полимеразы II в концентрации 10^-8 М и РНК-полимеразы III. РНК-полимераза I почти не чувствительна к этому токсину.

Кроме ядерных РНК-полимераз у эукариот есть еще РНК-полимеразы хлоропластов и митохондрий. Они кодируются в ядре, а не в соответствующих органеллах.