6.5.4.2. Транскрипция (синтез рнк)
Транскрипция РНК (от англ. transcription – переписывание) – процесс переноса генетической информации от ДНК-матрицы к РНК.
Биосинтез РНК осуществляется при посредстве ДНК-зависимых РНК-полимераз, представляющих собой комплекс, состоящий из нескольких субъединиц – холофермент.
У прокариот – одна РНК-полимераза, состоящая из 5 субъединиц; у эукариот используется три РНК-полимеразы: полимераза I локализована в ядрышке, где она катализирует синтез рРНК; полимераза II находится в нуклеоплазме и участвует в синтезе мРНК; полимераза III также локализована в нуклеоплазме и участвует в синтезе тРНК и 5S-рРНК.
Та часть молекулы ДНК, которая копируется в процессе биосинтеза РНК на ней, называется транскриптоном. Транскриптон содержит информативные (экзоны) и неинформативные (интроны) зоны. Информативные зоны содержат информацию о РНК с определенной функциональной активностью. Неинформативная зона содержит регуляторные последовательности, с которыми взаимодействуют регуляторные белковые факторы, ускоряющие или замедляющие процесс транскрипции.
Этапы транскрипции (рис. 19).
1. Инициация. Транскрипция начинается на определенном участке ДНК – промоторе (от англ. promoter – то, что способствует чему-либо, подстрекатель). Промотор – это участок молекулы ДНК, имеющий размер около 40 пар оснований, определенную нуклеотидную последовательность и расположенный непосредственно перед участком (сайтом, от англ. site – участок) инициации транскрипции. Когда полимераза связывается с промотором, происходит локальное расплетание двойной спирали ДНК и образуется промоторный комплекс. Синтез РНК всегда начинается с оснований А или Г «+»-цепи (5–3) и идет на одной цепи ДНК, а именно, на так называемой «–»-цепи (3–5) в направлении 3–5.
2. Элонгация наступает после присоединения примерно 8 рибонуклеотидов. Синтез РНК идет из рибонуклеозилтрифосфатов (сопряженные реакции – см. репликацию ДНК). При этом к растущей цепи присоединяются те рибонуклеозидтрифосфаты, которые обеспечивают правильное спаривание с «–»-цепью ДНК (принцип комплементарности). Движущийся вдоль ДНК фермент действует подобно застежке-молнии, «раскрывая» двойную спираль, которая замыкается позади фермента по мере того, как соответствующие основания РНК спариваются с основаниями в «–»-цепи ДНК. «Раскрытая» ферментом область простирается только на несколько пар оснований. Химическую реакцию удлинения цепи РНК можно представить схемой:
3. Терминация (прекращение роста) цепи РНК происходит на специфических участках ДНК – терминаторах. Начало этих участков (сайтов) обычно обогащено ГЦ-парами, а остальная последовательность – АТ-парами. ГЦ-богатый участок часто представляет собой палиндром. Важную роль играет белковый фактор терминации – -белок.
4. Посттранскрипционный процессинг (от англ. processing – обработка) – это процесс созревания РНК, при котором первичный РНК-транскрипт (от англ. transcript – копия) модифицируется и превращается в зрелую РНК. Характер и степень модификации зависит от типа РНК и включает:
1). Сплайсинг (от англ. splice – сращивать) – удаление последовательностей РНК, соответствующих интронам ДНК, и соединение участков, соответствующих экзонам. Специфичность сплайсинга обеспечивается строго определенной последовательностью оснований в интроне, отвечающей обычно основаниям ГУ или ГА в начале соответствующей РНК и основаниям АГ – в конце.
Рис. 19. Схема транскрипции
2). Образование специфических фрагментов (зон): кэп-структуры (от англ. cap – шапочка) на 5 и полиА-последовательности – на 3-конце – для мРНК; последовательности ЦЦА на 3-конце – для тРНК.
3). Расщепление спейсеров (от англ. spacer – прокладка) – участков РНК, соединяющих участки, соответствующие 18S-, 5,8S- и 28S-рРНК эукариот (16S-, 23S- и 5S-рРНК прокариот).
4). Модификацию азотистых оснований с превращением их в минорные (для тРНК).
6.6. РНК
Рибонуклеиновые кислоты повсеместно распространены в живой природе. Они находятся во всех микроорганизмах, растительных и животных клетках и являются носителями наследственной информации во многих вирусах.
Биологическая функция РНК обусловлена тем, что они обеспечивают реализацию в клетке наследственной информации, которая передается с помощью ДНК.
В отличие от ДНК, РНК содержат: из азотистых оснований – А, Г, У, Ц, углевод рибозу и имеют меньшую молекулярную массу (0,5–2106).