8.2.3. Регуляторные белки

Регуляторные белки существуют нескольких типов: одни активизируют транскрипцию (включают ген), другие – препятствуют синтезу РНК (выключают ген). Первые называются активаторами, вторые – репрессорами (от лат. repressio – подавление). Молекулы репрессора связываются с ДНК и препятствуют началу синтеза мРНК. Кроме молекул репрессора существуют молекулы индукторов (от лат. inductor – ввожу, побуждаю), которые, взаимодействуя с молекулами репрессора, изменяют их пространственную белковую структуру (конформацию), в результате чего репрессор теряет способность связываться с молекулами ДНК и препятствовать взаимодействию промоторов с РНК–полимеразой.

Клетки различных тканей имеют различные наборы регуляторных белков, «включающих» и «выключающих» различные гены, то есть участки ДНК. Благодаря этому достигается процесс дифференцировки в развитии организма – образование разных типов тканей, различающихся набором функционирующих генов.

По мере продвижения транскриптосомы вдоль цепи матричной ДНК прочитанная расцепленная цепь вновь объединяется со второй нитью, так что после контакта с РНК-полимеразой ДНК остается двухнитевой.

Транскрипция происходит на участках ДНК, называемых единицами транскрипции, или транскриптонами. В начале и в конце транскриптонов расположены, соответственно, промотор и терминатор. У эукариот в состав транскриптона входит один ген. Гены могут считываться независимо друг от друга.

8.2.4. Процесс синтеза мРнк

Процесс синтеза РНК можно разделить на 4 стадии: 1) связывание РНК-полимеразы с промотором и образование транскриптосомы, 2) начало синтеза (инициация), 3) рост цепи РНК (элонгация), 4) завершение синтеза цепи РНК (терминация).

На первой стадии транскриптосома образует с ДНК сначала закрытый комплекс, в котором ДНК сохраняет двухспиральную структуру. Затем, в результате взаимодействия ДНК с активным центром фермента, закрытый комплекс превращается в открытый. В открытом комплексе РНК–полимераза расплетает приблизительно один виток двойной спирали ДНК в районе стартовой точки – нуклеотида, следующего за промотором, с которого начинается комплементарное копирование гена.

Вторая стадия (инициация) начинается при условии наличия необходимых субстратов синтеза. Первый нуклеотид (аденозин- или гуанозинтрифосфат) входит в состав синтезируемой цепи целиком. Следующие звенья присоединяются к группе 3–ОН предыдущего нуклеотида с образованием фосфодиэфирной связи. При этом освобождается пирофосфат.

На стадии инициации (начала синтеза) связь синтезируемой РНК с ДНК и ферментом (РНК-полимеразой) слабая, РНК-полимераза находится в области промотора. Стадия инициации завершается лишь после того, как синтезируемая РНК достигает определенной (критической) длины. На разных промоторах она варьируется от трех до девяти нуклеотидов.

В процессе элонгации транскриптосома движется вдоль цепи ДНК. При движении двойная цепь ДНК на переднем фронте фермента расплетается, а позади двойная цепь восстанавливается. На стадии элонгации одновременно расплетенными оказываются приблизительно 18 пар нуклеотидов. Синтез РНК происходит на одной освободившейся нити, выполняющей функцию матрицы при отборе комплементарных субстратов в каждом акте роста однонитевой полинуклеотидной цепи РНК (верхняя часть рис. 8–6).

При синтезе каждого нового звена одно звено синтезированной цепи вытесняется из комплекса фермент–матрица.

Транскриптосома движется в направлении от 3 к 5-концу расплетенной цепи. Синтезируемая цепь РНК антипараллельна матричной. Поэтому она растет в направлении 53 путем наращивания звеньев с 3–конца. Последовательность нуклеотидов транскрипта аналогична последовательности нуклеотидов во второй цепочке ДНК с той лишь разницей, что во всех звеньях транскрипта присутствуют остатки рибозы (моносахарида из группы пентоз) вместо остатков дезоксирибозы в цепочке ДНК и в местах, где звенья цепочки ДНК содержат тимин, звенья транскрипта содержат урацил. Продукт синтеза часто называют транскриптом.

Входящие в состав транскриптосомы белки играют определяющую роль в узнавании терминаторов (определенных нуклеотидных последовательностей матричной ДНК, обозначающих конец транскрипции). При достижении РНК-полимеразой участка терминации синтезированная РНК и РНК-полимераза отделяются от матричной ДНК.

Участок терминации определяется по нахождению перед точкой терминации участка богатого парами дГ–дЦ (дезоксигуанозин–дезоксицитидин) и затем участка, состоящего из 4–8 расположенных подряд остатков дезоксиадениловой кислоты.

Предполагается, что в этой области в РНК возникает шпилька, которая препятствует дальнейшему движению фермента и разрушает транскрибирующий комплекс.

Скорость транскрипции различных генов может отличаться на несколько порядков. Также сильно может варьироваться скорость считывания одного и того же гена в разных тканях и в одной ткани в зависимости от внешних условий.