38. Биосинтез рнк: строение промоторов, взаимодействие рнк-полимеразы с промоторами.

Биосинтез РНК на матрице ДНК называют транскрипцией. В процессе транскрипции информация с определенных участков ДНК «переписывается» в комплементарные одноцепочечные молекулы РНК. В результате образуются мРНК, кодирующие аминокислотные последовательности белков, а также тРНК, рРНК и другие виды РНК (выполняющие структурную, регуляторную и каталитическую функции).

Транскрипция РНК происходит практически во всех ядросодержащих клетках, как делящихся, так и неделящихся.

Процесс транскрипции осуществляется ферментами ДНК-зависимыми РНК-полимеразами, которые являются нуклеотидилтрансферазами, в качестве субстратов использующими нуклеозид-5’-трифосфаты (АТР, GTP, CTP, UTP). РНК-полимеразы проявляют активность только в присутствии ионов Mg²⁺. В ходе включения рибонуклеозид-трифосфатов в строящуюся цепь они теряют пирофосфатные остатки. Это обеспечивает процесс энергией; поэтому дополнительных ее источников не требуется.

Рост полинуклеотидной цепи идет в направлении 5’→3’. Это означает, что рибонуклеозид-5’-трифосфаты присоединяются к 3’-ОН группе рибозы предшествующего нуклеотида. У эукариот разные виды РНК синтезируются различными РНК-полимеразами.

Транскрибируется матричная цепь ДНК. Другая цепь называется кодирующей (смысловой), поскольку ее последовательность идентична последовательности РНК (вместо основания Т (тимин) в РНК включается основание U (урацил).

Для транскрипции характерна консервативность процесса. Молекула ДНК по окончании синтеза РНК возвращается в исходное состояние.

Единовременно транскрибируется не вся молекула ДНК, а только ее определенные участки ‒ транскриптоны. В транскриптоне присутствуют последовательности, одна из которых называется промотором (зона начала траскрипции), а другая ‒ терминатором (зона остановки транскрипции).

Транскриптоны бактерий называют оперонами. Опероны включают в себя нуклеотидные последовательности, кодирующие структуру нескольких белков, называемых структурными генами (цистронами). Поэтому бактериальные мРНК являются полицистронными, в отличие от моноцистронных мРНК высших организмов.

Промотор

Синтез молекул РНК начинается в определённых последовательностях (сайтах) ДНК, которые называют промоторы, и завершается в терминирующих участках (сайты терминации). Участок ДНК, ограниченный промотором и сайтом терминации, представляет собой единицу транскрипции - транскриптон. У эукариотов в состав транскриптона, как правило, входит один ген (рис. 4-27), у прокариотов несколько. В каждом транскриптоне присутствует неинформативная зона; она содержит специфические последовательности нуклеотидов, с которыми взаимодействуют регуляторные транскрипционные факторы.

Транскрипционые факторы - белки, взаимодействующие с определёнными регуляторными сайтами и ускоряющие или замедляющие процесс транскрипции. Соотношение информативной и неинформативной частей в транскриптонах эукариотов составляет в среднем 1:9 (у прокариотов 9:1).

Соседние транскриптоны могут быть отделены друг от друга нетранскрибируемыми участками ДНК. Разделение ДНК на множество транскриптонов позволяет осуществлять с разной активностью индивидуальное считывание (транскрипцию) разных генов.

Промотор - это участок молекулы ДНК, состоящий примерно из 40 пар нуклеотидов и расположенный непосредственно перед участком инициации транскрипции. В нем различают две важные и достаточно консервативные по составу последовательности. Одна из них состоит из шести или семи нуклеотидов (чаще ТАТААТ) и расположена на расстоянии примерно 10 нуклеотидов от первого транскрибируемого нуклеотида. Эту последовательность обычно обозначают как –10-последовательность, или Прибнов-бокс, (в честь ее первооткрывателя Прибнова). В данном сайте РНК-полимераза связывается с ДНК. Вторая последовательность расположена на расстоянии примерно 35 нуклеотидов до сайта инициации и служит участком распознавания промотора РНК-полимеразой.

Рис. Структура промотора прокариот.

Взаимодействие

Когда РНК-полимераза связывается с промотором, происходит локальное расплетение двойной спирали ДНК и образование открытого промоторного комплекса, называемого транскрипционного «глазка».

Благодаря этому нуклеотиды матричной цепи ДНК в области «глазка» становятся доступными для спаривания с рибонуклеозид-трифосфатами.

Происходит копирование последовательности смысловой, или (+)-цепи ДНК, имеющей направление 5’→ 3’. При этом первым в строящуюся цепь РНК всегда включается пуриновый нуклеотид - АТР или GTP, сохраняющий все три его фосфатных остатка. Затем образуется первая 5’,3’-фосфодиэфирная связь. Далее σ-субъединица теряет связь с ферментом, а кор-фермент начинает перемещаться по ДНК.

Растущая цепь РНК остается связанной с ферментом и спаренной своим растущим концом с участком матричной цепи. Остальная часть образовавшейся цепи не связана ни с ферментом, ни с ДНК. По мере продолжения транскрипции кор-фермент, движущийся вдоль цепи ДНК, действует подобно застежке «молния», расплетая двойную спираль, которая замыкается позади фермента.