Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_2 (1123307), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Фермент полимеризует рибонуклеотиды в определенной последовательности, отражаюшей структуру коднруюшей цепи в соответствии с принципом комплементарности. В ходе реакции высвобождается пирофосфат. И в прокариотнческих, и в эукариотических организмах полимеризация РНК начинается обычно с пуринового рибонуклеотида. По мере продвижения комплекса элонгации, содержащего РНК-полнмеразу (кор-фермент) по кодируюшей цепи, должно происходить расплетаиие ДНК. Оно необходимо для правильного образования комплементарных пар со встраиваемыми в цепь РНК рибонуклеотндами.
Размер расплетенного участка ДНК постоянен в течение всего процесса транскрипции и составляет около 17 пар на молекулу полимеразы (судя по всему, он не зависит от транскрибируемой последовательности ДНК), Это позволяет предположить, что РНК-полимераза ассоциирована с дополнительным фактором, проявляющим расплетаюшую активность, благодаря которой н раскрывается спираль ДНК. Тот факт, что для протекания транскрипции двойная спираль ДНК должна развернуться, а цепи разойтись (по крайней мере временно), означает неизбежность некоторого нарушения структуры нуклеосом.
Сигнал терминации синтеза молекулы РНК представляет собой определенную последовательность, расположенную в рамках кодируюшей цепи ДНК. Этот сигнал распознается терминируюшим белком — р-фактором. После терминации синтеза данной цепи РНК кор-фермент отделяется от ДНК- матрицы и, связавшись с новой молекулой о-фактора, может узнавать соответствующие промоторные участки и приступать к синтезу новой молекулы РНК. Одну и ту же кодируюшую цепь могут одновременно считывать несколько молекул РНК- полимеразы, но процесс отрегулирован таким образом, что в каждый данный момент каждая молекула транскрибирует различные участки ДНК.
Электронная микрофотография синтеза РНК представлена на рис. 39.4. В клетках млекопитаюших обнаружено несколько типов ДНК-зависимых РНК-полимераз. Их свойства представлены в табл. 39.1. По-видимому, каждьгй нз этих ферментов отвечает за транскрипцию различных наборов генов. Молекулярные массы трех важнейших классов РНК-полимераз млекопитающих варьируют в пределах 500 000 — 600000. Их Глава 39 РНК Таблица 39.1. Номенклатура и локализация ДНК- зависимых РНК-полимераз животных Класс Фер- мента Чувствительность к а-аманитину Продукты Локализация 1(А) П (В) Нечувствительный Чувствителен к низким концентрациям (10" — 10 ' моль/л) Чувствителен к высоким концентра- циям рРНК гяРНК (мРНК) Ядрышко Нуклео- плазма !Н(С) тРНК и 5Б-РНК Нуклео- плазма Рис.
39А. Электронная микрофотография множественных копий транскрибируемых генов рибосомной РНК клеток амфибий. Увеличение н 6000. На фотографии видно, что при продвижении РНК-полимеразы вдоль гена длина транскрипта увеличивается. С ближним концом гена связан короткий транскрипт, а с дальним концом — гораздо более протяженный. Стрелками указано направление (5'-+ 3') транскрипции.
()сергос!исео юл(Ь рспп!вв!оп Ггогп М!11ег О. 1.. зг, Веану В. К., Рог!тай оГ а Оспе. з. Сей РЬув!о1. 1969. 74 !Вирр!. 11:225.) Рнс. 39.3. Процесс синтеза РНК. Начало процесса показано слева вверху, где сигма-фактор, соединяясь с кор-ферментом РНК-полимеразы, образует комплекс, способный узнавать промотор и начать транскрипцию. Процесс заканчивается высвобождением РНК-полимеразы. Свободная полимераза и другие высвобожденные каталитические факторы могут принять участие в новом акте транскрипции.
Символом Фер. обозначен фермент. (Ргогп з. П. %агзоп, Мо!ест(аг В!о)ойу оГ !Ье Оепе, Згс). ед., Соруг1яЬ! 1976, !970, 1965 Ьу %. А. Веп)аппп 1пс. Майо Рагй, СайЦ Сиитез и проиессииг РОК 85 10 нуклеотидов) расположен 6-членный АТ-богатый участок. Он имеет относительно низкую температуру плавления из-за отсутствия ОС-пар. В связи с этим считается, что на данном участке, называемом ТАТА-носледовательиостью (а также Прибновбоксом), легко происходит диссоциация цепей ДНК так, что РНК-полимераза, связанная с областью промотора, получает доступ к участку последовательности кодирующей цепи, непосредственно прилегающему к промотору со стороны 3'. Как показано на рис.
39.6, р-зависимые сигналы терминацин транскрипции в клетках Е. сой также характеризуются определенной консенсусной структурой. Консервативная последовательность терминатора, состоящая примерно из 40 нуклеотндов, содержит разнесенные на некоторое расстояние инвертированные повторы и заканчивается серией АТ-пар. РНК-транскрипт, образовавшийся после прохождения транскрипционного комплекса через область инвертированных повторов, может формировать внутримолекулярную шпилечную структуру, изображенную на рис.
39.6. Транскрипция продолжается далее в вышеупомянутую АТ-область, после чего под воздействием специфического белка- терминатора, так называемого р-фактора, РНК- полимеразный комплекс останавливается и днссоциирует, высвобождая первичный РНК-транскрипт. Транскрипционные сигналы генов млекопитающих, как и следовало ожидать, организованы более сложно.
Данные, полученные с помощью генной инженерии, свидетельствуют о наличии нескольких типов сигналов, контролирующих транскрипцию. Вблизи собственно промоторной области расположены сигнальные последовательности двух типов. Одна из них указывает, где должна начаться транскрипция, а другая определяет, квк часто должно происходить это событие.
В гене тимидинкиназы вируса герпеса, использующего транскрипционную систему хозяина для экспрессии собственных генов, сушествует один уникальный сайт инициации транскрип- структура имеет много общего со структурой бактериальной ДНК-зависимой РНК-полимеразы. Все они имеют по две больших субъединицы и по несколько малых субъединиц. Недавние работы по клонированию н секвенированню продемонстрировали сходство аминокислотных последовательностей эукариотических и прокариотнческих РНК- полимераз. Функции индивидуальных субъединиц пока не выяснены. Некоторые из них могут нести регуляторные функции, осуществляя узнавание специфических последовательностей промотора и терминатора.
Один из токсинов — а-аманитин, продуцнруемый грибом Атаптш рла!ойел, является специфическим ингибнтором нуклеоплазматической ДНК- зависимой РНК-полимеразы (РНК-полимеразы 11), благодаря чему его удалось эффективно использовать во многих молекулярно-биологических исследованиях (см. табл. 39.1). Сигиальг т1ивипгрипции Анализ нуклеотидной последовательности клонированных генов позволил выявить ряд областей ДНК, играющих существенную роль в процессах транскрипции.
На основе изучения большого числа бактериальных генов стало возможным построение консенсусных моделей последовательностей, выполняюцтнх функции промоторов и терминаторов транскрипции. Бактериальные иромоторы состоят примерно из 40 нуклеотидных пар (4 витка двойной спирали ДНК), т.е. они достаточно малы, чтобы полностью закрываться РНК-холополимеразным комплексом Е. сой. В рамках консенсусной структуры промотора выявлены два коротких консервативных элемента. На расстоянии около 35 нуклеотидных пар в сторону 5'-конца от точки начала транскрипции находится восьмичленная последовательность, изображенная на рнс.
39.5. На более близком расстоянии к точке инициации транскрипции (около Саят инициации Кодирующая область гена Некодирующал цель б' — ТОТТОАСА Кодирующая ааль 3' ДНК ТАТААТ -10 — Зб Область Область РН К-продукт Рас. 3%5. Бактернальные промоторы содержат две высококонсерватнвные последовательности, отстоящие на 35 н 1О ну- клеотндов со стороны 5'-конца от точки инициации транскрипции, обозначенной + 1. Глава 39 Направление транскрипции Кодирующая цепь тсбббсб АбСССОС Некодирующая цепь СбСССбА АААААААА бСбббСТ ТТТТТТТТ ДНК Кодирующая цепь ААААААААА тзоооооо .Ъ Я л ггттт~ с~О оо ЗО ДНК Некодирующая цепь Ряс.
39.6. Бвктеривльный сигнал терминацни транскрипции, состоящий из удаленных друг от друга на некоторое расстояние инвертированных повторов и АТ-участка (сверху). После транскрипции эта область формирует в РНК-транскрипте вторичную структуру, показанную в нижней части рисунка. (б(Т (АббАС( С.ф Некодирующан цепь 6' АТАТТТТС «с(А (тсстб(-С:3::: -1 +1 23466 Кодирующая цепь 3'— Нукпеотид и' -30 -32 -10 -20 6' А(ОССОб( — Сф: " ТАТА-бокс тбррр А(ОССОб(- Кзпироеенный тренскрипт Ряс. 39.7.
Транскрипция гена тимндинкиназы. ДНК-зависимая РНК-полимераза П связывается с областью, комплементарной ТАТА-боксу, и начинает транскрипцию кодирующей цепи с остатка Т, окруженного пуринами и отстоящего от ТАТА-бокса примерно на 32 нуклеотида. Первый 5'-остаток пурина в первичном транскрипте быстро модифицируется присоединением «кэпа». ции. Точная транскрипция с этого сайта определяется прилежащей 5'-последовательностью, расположенной на участке 32 — 16 нуклеотндов от точки иниш(ации. Этот участок содержит последовательность ТАТААААС, которая отчетливо гомологична функционально родственному Прибиов-боксу (ТАТААТ)„ расположенному обычно на расстоянии около 10 пар оснований от точки начала синтеза прокариотических мРНК.
РНК-полимераза Н, вероятно, связывается с ДНК в области ТАТА-бокса и начинает синтез РНК примерно через 32 нуклеотида — у остатка тимидина, находящегося в окружении пуриновых нуклеотидов (рис. 39.7). Таким образом, ТАТА-бокс, вероятно, является именно тем сигналом, который указывает, где должна начаться транскрипция. Два более удаленных от сайта инициации транскрипции участка последовательносги образуют один функциональный элемент, определякпций, как часто должна происходить транскрипция данного гена. Мутация в любой из этих областей, расположенных на участке от — 61 до — 47 и от — 105 до — 80 пар оснований от точки инициации транскрипции гена тимндинкиназы, снижает частоту актов инициации в 10 — 20 раз.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
