Биология

Синтез РНК осуществляется РНК-полимеразами. РНК-полимеразы – это сложные высокомолекулярные белки, сост. из нескл. полипептидных цепей.

У прокариот 5 цепей, 4 из них 2-афльфа, бета и бета’ образуют кор-фермент, а пятая – сигма-фактор – обеспечивает способность РНК-полимеразы узнавать начало гена.

Начало гена – промотер. Голо-фермент – полный фермент.

У эукариот 3 вида РНК-полимераз: рнк-полимераза-1 – особо активный вид РНК-полимеразы, обнаруживается в ядрышках, обеспечивает синтез р-РНК. Эта полимераза сост. 50-70% от общего синтеза РНК в клетке.

РНК-полимераза-2 находится в нуклеоплазме и синтезирует 20-40% всей клеточной РНК в виде гетерогенной ядерной РНК.

РНК-полимераза-3 отвечает за синтез т-РНК и низкомолекулярной р-РНК.

В транскрипции выделяют 3 этапа: 1 – инициация. 2 – элонгация, 3 – терминация.

Последовательность ДНК, с которой будет осуществляться транскрипция, начинается с промотера на 3’-конце и заканчивается терминатором на 5’-конце. Эта последовательность (участок) называется единицей транскрипции, называется транскриптон и соотв. современному понятию «ген».

Инициация начинается с распознавания опр. участка гена (промотера) длинной 41-44 пар нуклеотидов.

Значимое начало гена – стартовая точка. Нуклеотиды, лежащие слева от стартовой точки, обозн -1,-2,-3 и т.д., лежащие справа - +1,+2 и т.д.

Фермент РНК-полимераза садится на ДНК в промежутке от -55 до +20. Инициирующий комплекс содержит сигма-фактор, и этот сигма-фактор слабо связывается с участком промотера в положении -35. Таким образом, сигма-фактор контролирует посадку РНК-полимеразы именно на промотер. Минимальный участок связывания с РНК-полимеразой сост. из 12 пар нуклеотидов. В большинстве промотеров присутствуют характерный нуклеотидные последовательности, кот называются консервативными. Они служат для распознавания стартовой точки.

Стартовая точка обычно начинается с пурина, слева от неё находится 6-9 нуклеотидов, которые получили название «ящик (бокс) Прибнова». Расшифровка его состава показала, что он сост. из Аденина и Тимина.

Предполагают, что такой набор нуклеотидных пар (богатый А=Т парами) в участке инициации может быть связан с тем, что связи А=Т разрываются легче, чем Г=Ц. Центр ящика Прибнова приходится на нуклеотид в положении -10. Близкая по составу последовательность находится в положении -35. Этот участок сост. из 9 нуклеотидов, его называют центром распознавания, и к нему присоединяется сигма-фактор РНК-полимеразы. Т.е. в процессе распознавания сигма-фактор играет ведущую роль. Замена сигма-фактора в ферменте приведёт к тому, что этот фермент начнёт распознавать и транскрибировать другой ген. Т.е. с заменой сигма-фактора при неизм. кор-фермента связано переключение транскрипции одних генов на другие, причём каждый сигма-фактор распознаёт собственные характерные только для него последовательности нуклеотидов, расположен в области -10-35.

У эукариот в настоящее время более подробно изучены промотеры, которые взаимодействует с РНК-полимеразой-2. Они содержат три гомологичных участка в районах стартовой точки, -25 и – 75. У эукариот промотер больше, чем у прокариот.

Стартовое основание, как правило, Аденин, который окружён пиримидиновыми (Т,Ц) основаниями.

На расстоянии -19-27 нуклеотидов расп участок, которая сост. из 7 нуклеотидов - последовательность ТАТА – «ящик Хогнеса». Ящик Хогнеса окружён парами Г=Ц. Последовательность ТАТА очень похожа на ящик Прибнова у прокариот, но расположена на 15 нуклеотидов левее стартовой точки.

Ещё левее у эукариот расположен последовательность ЦААТ с центром в точке -75. Полагают, что у эукариот последовательность ТАТА контролирует выбор стартовой точки сигма-фактором, а ящик ЦААТ – первичное связывание РНК-полимеразы с ДНК-матрицей.

На этом инициация заканчивается, и начинается элонгация. В конце инициации сигма-фактор диссоциирует от фермента, РНК-полимераза укорачивается, фермент становится более компактным и превращается в комплекс элонгации.

Элонгация – рост цепи РНК, очень похожа на процесс репликации ДНК. В качестве предшественников нуклеотидов служат рибонуклеозид-3-фосфаты. Построение цепи РНК осуществляется путём присоединения рибонуклеотидмонофосфата к 3’-концу с выделением пирофосфата.

Копирование (транскрипция) у эукариот осуществляется в пределах одного гена, а у прокариот может захватить несколько генов, в р-те чего образуется длинная полицистронная РНК.

Терминация – последний этап транскрипции.

Транскрипция, как правило, заканчивается в специфическом участке ДНК, который содержит терминирующие последовательности нуклеотидов. В клетках многих прокариот обнаружен особый белок – ро-фактор. Этот белок повышает точность транскрипции.

Белок присоединяется к 5’-концу растущей РНК и продвигается по ней по мере роста цепи. В момент, когда РНК-полимераза останавливается на терминирующем кодоне. Фермен РНК-полимераза захватывается ро-фактором и сбрасывается с ДНК.

Терминаторы (терминирующая область) содержит особую последовательность оснований, которые прочитываются одинаково в противоположных направлениях (палиндромы).

Эти участки играют важную регуляторную роль. Палиндромы представляют собой районы двойной симметрии, т.к. ось симметрии проходит таким образом, что с каждой стороны находится одна и та же последовательность с противоположной ориентацией. Такие последовательности называются инвертированными повторами. Когда РНК сбрасывается с ДНК, палиндром способствует образованию шпильки.

У эукариот было обнаружено, что длина вновь синтезированных молекул РНК быстро уменьшается и достигает размеров цитоплазматической РНК. Например, первичная и-РНК содержит 6000 нуклеотидов, а зрелая молекула – 1500. Синтезировавшаяся в процессе транскрипции РНК называется незрелой или гетерогенной ядерной РНК.

Чтобы превратиться в зрелую и-РНК молекула должна пройти созревание, которое включает 2 этапа: сплайсинг и процессинг.

Исследования показали, что гетерогенная ядерная ДНК эукариот часто содержит вставки некодирующих последовательностей, которые получили название интроны, и кодирующие последовательности – экзоны, которые войдут в зрелую РНК.

Во время сплайсинга интронные последовательности специфически выщепляются из каждого РНК-транскрипта в ходе его превращения в зрелую матричную РНК. Затем начинается процессинг.

Во время процессинга к 5’-концу присоед 7-метилгуанилат, формируя КЭП, а к 3’-концу синтезированной молеклы присоед примерно 200 адениновых нуклеотидов, и этот хвостовой участок стабилизирует молекулу РНК.

Для некоторых генов описаны альтернативные пути сплайсинга. Т.е. экзон в одном варианте сплайсинга может оказаться интроном в альтернативном пути. Это приводит к образованию разных матричных и-РНК и, следовательно, разных белков с одного первичного транскриптора.