38.Биосинтез рнк : строение промоторов, взаимодействие рнк-полимеразы с промоторами.
Транскрипцией называют биосинтез РНК на матрице ДНК. Транскрипция является начальной стадией реализации генетической информации, в процессе которой 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. Основой транскрипции является фундаментальный принцип комплементарности азотистых оснований полинуклеотидных цепей ДНК и РНК.
В отличие от репликации ДНК, тесно связанной с клеточным делением, транскрипция ЛНК происходит практически во всех ядросодержащих клетках, как делящихся, так и неделящихся.
Процесс транскрипции осуществляется ферментами ДНК-зависимыми РНК-полимеразами, которые, как и ДНК-полимеразы, являются нуклеотидилтрансферазами, в качестве субстратов использующими нуклеозид-5ʹ-трифосфаты. РНК-полимеразы проявляют активность только в присутствии ионов Mg2+. В отличие от ДНК-полимераз, РНК-полимеразы не нуждаются в праймере и в качестве субстратов используют рибонуклеозид-5ʹ-трифосфаты (АТР, GTP, CTP, UTP). Как и при синтезе ДНК, 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 5ʹ→ 3ʹ. Это означает, что рибонуклеозид-5ʹ-трифосфаты присоединяются к 3ʹ-ОН группе рибозы предшествующего нуклеотида. У бактерий один фермент синтезирует все виды РНК, у эукариот разные виды РНК синтезируются различными РНК-полимеразами.
Обычно транскрибируется только одна из комплементарных цепей ДНК; следовательно, для транскрипции характерна асимметричность процесса. Неясно, каким образом осуществляется выбор нужной цепи. Видимо, ключевую роль играют какие-то последовательности нуклеотидов на одной из цепей, узнаваемые РНК-полимеразой. Транскрибируется матричная цепь ДНК. Другая цепь называется кодирующей (смысловой), поскольку ее последовательность идентична последовательности РНК. При этом необходимо помнить о том, что вместо основания Т (тимин) в РНК включается основание U (урацил).
Видно, что синтезированная РНК комплементарна матричной цепи ДНК и идентична кодирующей цепи ДНК.
Для транскрипции характерна консервативность процесса. Молекула ДНК по окончании синтеза РНК возвращается в исходное состояние. При синтезе же ДНК молекулы наполовину обновляются.
39.Характеристика рнк-полимераз у про- и эукариот.
У прокариот.
Бактериальные РНК-полимеразы ‒ сложные белки, состоящие из нескольких типов субъединиц. Холофермент Е.соli содержит 5 разных субъединиц: 2 α-субъединицы, β-, βʹ-субъединицу, σ- и ω-субъединицы. Альтернативная форма фермента, лишенная σ-субъединицы, называется мини-ферментом или кор-ферментом. Он способен транскрибировать ДНК в РНК, однако не может инициировать синтез РНК в нужном месте, поскольку не способен узнавать промоторные сайты. Точное связывание и инициация в промоторах происходят только после добавления к кор-ферменту σ-субъединицы и образования холофермента (рис.30.1).
Транскрипция аналогична репликации в том смысле, что порядок присоединения рибонуклеотидов определяется комплементарным спариванием оснований. После формирования первых нескольких фосфодиэфирных связей (обычно 5-10) σ-субъединица отделяется от инициирующего комплекса, а дальнейшая транскрипция осуществляется с помощью кор-фермента.
У эукариот.
РНК-полимеразы эукариот изучены значительно слабее, чем соответствующие ферменты бактерий. Синтез РНК у эукариот осуществляют три различных фермента: РНК-полимеразы I, II и III. Их структура изучена не полностью. РНК-полимераза I необходима для синтеза 18S-, 5,8S- и 28S-рибосомальных рНК; РНК-полимераза II участвует в синтезе мРНК, некоторых мяРНК; РНК-полимераза III необходима для синтеза 5S рРНК, тРНК и некоторых мяРНК. У эукариот ни одна из РНК-полимераз не способна самостоятельно связываться с промоторами транскрибируемых ими генов. Для этого необходимы специфичные для каждой РНК-полимеразы белковые факторы транскрипции (TF-факторы) (рис. 30.7). Механизмы транскрипции у эукариот и прокариот идентичны.
Рис.30.7. Комплекс инициации транскрипции у эукариот
На рис. 30.7 в составе комплекса приведены общие факторы транскрипции (TFIIB, E, F, H и TBP), РНК-полимераза II, медиатор и специфический фактор транскрипции, связанный с энхансером.