40. Этапы биосинтеза рнк: инициация, элонгация, терминация.

Транскрипция состоит из подготовительного и трех основных этапов.

Подготовительный этап. На этом этапе происходит образование аминоацил-тРНК — присоединение аминокислоты к соответствующей тРНК. Эти реакции протекают в цитоплазме и осуществляются ферментами аминоацил-тРНК-синтетазами. Именно эти ферменты контролируют соответствие аминокислоты типу тРНК (ее антикодону).

1. Инициация

На этом этапе транскрипции необходимы холофермент, специальная последовательность нуклеотидов в ДНК (промотор) и набор нуклеозидтрифосфатов. Транскрипция инициируется при образовании стабильного комплекса между холоферментом и промотором, расположенным в начале всех транскрипционных единиц.

Промотор ‒ это участок молекулы ДНК, состоящий примерно из 40 пар нуклеотидов и расположенный непосредственно перед участком инициации транскрипции. В нем различают две 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.

Когда РНК-полимераза связывается с промотором, происходит локальное расплетение двойной спирали ДНК и образование открытого промоторного комплекса, так называемого транскрипционного «глазка». Благодаря этому нуклеотиды матричной цепи ДНК в области «глазка» становятся доступными для спаривания с рибонуклеозид-трифосфатами.

Происходит копирование последовательности смысловой 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.

2. Элонгация.

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, и восстанавливается ее исходная структура. «Раскрытая» ферментом область ДНК простирается всего на несколько нуклеотидов.

Наращивание РНК идет в направлении от 5’- к 3’-концу вдоль матричной цепи, ориентированной в направлении 3’→5’, т.е. антипараллельно. РНК наращивается на 3’-конце. В ходе присоединением каждого нуклеотида кор-фермент делает шаг по ДНК и сдвигается на один нуклеотид.

Скорость работы РНК-полимеразы – до 50 нуклеотидов в секунду. Комплекс кор-фермента с ДНК и РНК называется элонгационным комплексом. В нем находится ДНК-РНК гибрид. Это участок, на котором ДНК спарена с РНК и 3′-конец РНК открыт для дальнейшего роста. Размер этого гибрида – 9 пар оснований. «Расплетенный» участок ДНК занимает примерно 12 пар оснований.

Перед «расплетенным» участком РНК-полимераза связана с ДНК. Этот участок называется передним дуплексом ДНК, его размер – 10 пар оснований. Полимераза связана также с более длинной частью ДНК, называемой задним дуплексом ДНК. Размер матричных РНК, которые синтезируют РНК-полимеразы у бактерий, может достигать 1000 нуклеотидов и больше. В эукариотических клетках размер синтезируемых ДНК может достигать 100000 и даже нескольких миллионов нуклеотидов.

Элонгационный комплекс довольно стабилен, т.к. должен выполнить большую работу (рис.30.5). Он способен перемещаться по ДНК со скоростью до 50 нуклеотидов в секунду. Этот процесс называется перемещением (или транслокацией). Взаимодействие ДНК с РНК-полимеразой (кор-ферментом) не зависит от последовательности этой ДНК, в отличие от σ-субъединицы. При прохождении определенных сигналов терминации кор-фермент завершает синтез ДНК.