Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_3 (1123315), страница 7
Текст из файла (страница 7)
и., из них 8 и. и. образуют гибрид РНК вЂ” ДНК. Удлинение транскрипта РНК-полимеразой Е. соб происходит со скоростью от 50 до 90 нуклеотилов в секунду. Поскольку ДНК находится в виде спирали, для продвижения пузырька требуется поворот цепей молекул нуклеиновой кислоты. В большинстве молекул ДНК вращение цепи ограничивается ДНК-связывающими белками и другими структурными барьерами. В результате движущаяся РНК-полимераза генерирует серию положительных сверхвитков вперепи транскрипционного пузырька и отрицательных сверхвитков позади него (рис. 26-1, в). Этот процесс происходит как ьч гл1»о, так и 1п гдов (у бактерий). В клетке топологические проблемы, связанные с транскрипцией, разрешаются благодаря действию топоизомераз (гл.
24). КЛЮЧЕВЫЕ ДОГОВОРЕННОПИ. При транскрипции две комплементарные цепи ДНК выполняют разные функции. Цепь, которая служит матрицей для синтеза РНК, называется матричной цепью. Комплементарная ей нематричная, или кодирующая, цепь илентична по нуклеотидной послеловательности транскрибируемой с данного гена РНК, с тем лишь отличием, что РН Ксолержит П вместо Т(рпс. 26-2). Для конкретного гена кодируюгцей цепью может быть любая цепь данной хромосомы (как показано на рпс.
26-3 для вируса). По логоворенности, регуляторные последовательности, которые контролируют транскрипцию (описаны ниже в этой главе), обозначаются на кодируюшей цепи. ° и: р:: «еаза р я( дм~~ ~ ) це анк.:",:::, ...""...: Дапояненне 26-1 РНК-о иииерааа оставляет свой след на нрометере 3 Еемь типов субъединие и у ЕеевеММа ееИ '1~ с .~ ю пи'1 .1п.п ги: и 'ла и» и:: Л„1 и ~..'у и~ п~в~' х:пф~рч~:п~1'Ь)' Ф~~н.п» [120[ Часть 111. 2б. Метаболизм РНК ниже, СТ11 необходим для выполнения множества функций Ро! П.
Для формирования активного транскрипционного комплекса РНК-полимераза П нуждается в ряде других белков, называемых факторами транскрипции. Основные факторы транскрипции для каждого промотора Ро! П (обычно обозначаются ТГП с дополнительной идентификацией) достаточно консервативньл у всех эукариот (табл. 26-2).
В процессе транскрипции под действием фермента Ро! П можно выделить несколько стадий: сборка, инициация, элонгация, терминация; на каждой стадии участвуют определенные белки (рис. 26-10). Шаг за шагом описанный ниже процесс приводит к активной транскрипции га слуга. В клетке многие белки могут присутствовать в виде более крупных предварительно организованных комплексов, облегчая сборку комплексов на промоторах.
Факторы, участвующие в трансляции, перечислены на рис. 26-10 и в табл. 26-2. Сборка РНК-полимеразы и факторов транскрипции на промоторе. Образование закрытого комплекса начинается с взаимодействия ТАТА- связывающего белка (ТВР) с ТАТА-боксом (рис. 26-10, б). В свою очередь ТВР связывается с фактором транскрипции ТН1В, который тоже связывается с ДНК с обеих сторон от ТВР Связывание ТРПА не всегда существенно, но может стабилизировать комплекс ТГП — ТВР на ДНК, что может иметь большое значение на неконсенсусных промоторах, где связывание ДНК с ТВР сравнительно слабое. Затем комплекс ТГП — ТВР соединяется с другим комплексом, состоящим из ТЛ1Г и Ро! П.
Фактор ТН1Г помогает точной стыковке Ро! 1! с промотором, как путем взаимодействия с ТН1В, так и путем ослабления связывания полимеразьл с неспецифическим участками ДНК. Наконец, присоединяются ТЕПЕ и ТГПН, и образуется закрыл ый комплекс. Фактор ТГПН обладает ДНК-хеликазной активностью и начинает раскручивание ДНК вблизи точки начала транскрипции РНК (процесс нуждается в гидролизе АТР), создавая открытый комплекс. С учетом всех субъединиц разных факторов (не считая ТРПА), этот минимальный активный комплекс состоит из 30 или более полипептидов. Структурные исследования, выполненньяе Роджером Корнбергом и его сотрудниками, позволили более детально изучить строение кор-фермента РНК полимера- зы П при элонгации (рис.
26-10, в). Инициация цепи РНК и высвобождение промотора. На стадии инициации ТГПН выполняет дополнительную функцию. Киназная активность одной из его субъединиц фосфорилирует последовательность СТ11 в Ро! П во многих местах (рис. 26-10, а). Несколько других протеинкинжз, включая С[Ж9 (циклип-зависимая киназа 9), которая является частью комплекса РТЕГЬ (от англ. роя)тле 1гацтспргтоп е!опйаГ1он ~ассог 1т — положительный фактор транскрипции и элонгации Ь), также фосфорилируют СТО, особенно остатки серина. Это приводит к конформационным изменениям всего комплекса и инициирует транскрипцию. Фосфорилирование СТО также имеет большое значение для следующей стадии элонгации, причем степень фосфорилирования СТ(з изменяется по мере продвижения транскрипции. Эти изменения влияют на к~аимодействия между транскрипционным комплексом и другими ферментами, так что при инициации транскрипции в комплексе связаны другие белки, нежели на более поздних стадиях. Некоторые из этих белков участвуют в процесс инге транскрипта (как описано ниже).
По мере синтеза первых 60 — 70 нуклеотидов сначала из комплекса выходит ТГП Е, потом ТГПН, и Ро! П начинает стадию злонгации. Элонгация, терминация и высвобождение. На стадии элонгации ТГПГ остается связанным с Ро! П. На этой стадии активность полимеразы значительно усиливается белками, называемыми факторами элонгации (табл. 26-2). Факторы элонгации, некоторые из них связаны с фосфорилированным СТО, препятствуют остановке транскрипции, а также координируют взаимодействия между белковыми комплексами, вовлеченными в посттранскрипционный процессинг молекул мРНК.
Как только синтез транскрипта РНК завершен, транскрипция прекраптается. Полимераза П дефосфорнлируется, после чего она готова инициировать транскрипцию другого участка (рис. 26-10, а). Регуляция активности РНК-полимеразы П. Регуляция транскрипции под действием Ро! П достаточно сложна. Она включает взаимодействие широкого круга белков с прединициаторным ком- [122[ Часть 111. 26. Метаболизм РНК теркалирует) в двойную спираль ДНК между расположенными друг за другом парами оснований О=С, вызывая деформацию ДНК.
Это препятствует движению пол нмеразы вдоль матрицы. Поскольку актнномицин В ингибнруст элонгацию РНК в интактных клетках, а также в клеточных экстрактах, его используют для идентификации клеточных процессов, связанных с синтезом РНК. Акридин ингибирует синтез РНК сходным образом (рис. 26-11). Рифампицин подавляет синтез бактериальной РНК, связываясь с [3-субьединицсй бактериальных РНК-полимераз, препятствуя высвобождению промотора при транкрипции (рис. 2б-б).
Иногда сто используют в качестве антибиотика. Бледная поганка (Ататга рЬа11о(с(ез) обладает очень эффективным механизмом защиты от животных. Она синтезирует а-аманитин, который прерывает образование мРНК в клетках животных, блокируя Ро! П, а в высоких концентрациях и Ро! П1. Ни Ро! 1, ни бактсриальная РНК- полимсраза нечувствительны к и-амапитипу, но главное, к нему нечувствительна РНК-полимсраза П самого гриба А.
рйайоЫеИ Краткое содержание раздела 26.1 ДНК-ЗАВИСИМЫЙ СИНТЕЗ РНК ° Транскрипцию катализируют ДНК-зависимыс РНК-полимеразы, которые используют рнбонуклеозид-5'-трифосфаты для синтеза молекул РНК, комплсмснтарных матричной цепи ДНК-дуплекса. Транскрипция осуществляется в несколько этапов: связывание РНК-полимеразы с промоторным участком ДНК,инициация синтеза транскрипта,злонгация н терминация.
° Для распознавания промотора бактсризльная РНК-полимераза нуждается в специальной субъсдиницс. Связывание РНК-полимеразы с промотором и инициация транскрипции тесно взаимосвязаны и составляют первый этап транскрипции. Транскрипция прекращается на последовательностях ДНК, называемых терминаторами. ° В эукарнотических клетках есть трн типа РНК-полимераз, Для связывания РНК-полимсразы П с сс промоторами необходимы белковые факторы транскрипции. Факторы элонгаттии участвуют в фазе элонгации.
Длинный С-концевой домен самой крупной субъединицы Ро! П фосфорнлирован на стадиях инициации и элопгации. 26.2. Процессинг РНК Многие молекулы РНК бактерий и практически все молекулы РНК эукариот после синтеза подвергаются в той или иной степени процессингу. В мстаболизие РНК интересные превращения происходят именно в ходе ностсинтстичсского процессинга. Удивительно, что некоторые ферменты, катализирующие эти реакции, состоят нз РНК, а нс из белка. Открытие таких каталитических РНК, называемых рибозимами, произвело революцию в наших представлениях о функции РНК и о происхождении жизни.
Вновь синтезированная молекула РНК называется первичным траискриптом. Вероятно, нанболсс интенсивному процсссингу подвсргакттся псрвичпыс транскрнпты мРНК эукариот и тРНК бактерий и эукариот. Молекулы РНК со специфическими функциями также подвергаются процессингу. Первичные трапскрипты эукарнотическнх мРНК обычно содержат один ген, но последовательности, кодирутощие полипсптид, могут быть разделены другими фрагментами.
Эти пекодирующис участки, которые прерывают кодируюптис последовательности, называют интронами, а кодирующие участки — экзо нам и (об интронах и зкзонах в ДНК см. в гл. 24). В процессе сплайсинга интроны удаляются из первичного транскрипта, а экзоны соединяются с образованием непрерывной последовательности, которая соответствует функциональному полипептиду. Кроме того, модифицируются концы эукариотичсской мРНК. К 5'-концу присоединяется модифицированный остаток, называемый 5чкэпом, У-Конец отщепляется, а взамен присоединяется последовательность из 80-250 остатков А, образующая поли(А)- «хвост».
Иногда сложные белковые комплексы, которые принимают участие в каждой из этих трех реакций процессинга мРНК, действуют не самостоятельно, а связываются друг с другом и с фосфорилированной СТВчтоследовательностью Ро1 П; каждый комплекс влияет на функции !126! Часть 111. 26. Метаболизм РНК Рмс. 26-17. Механизм сплайсинга в первичных транскриптах мРНК. а — спаривание участков РНК при формировании сплайсосомных комплексов. Вблизи 5'-конца 01-мяРНК есть последовательность, комплементариая сайту сплайсинга на 5чконце интрона.
Спаривание оснований 01 с этим участком первичного транскрипта помогает выявить 5чсайт сплайсинга прн сборке сплайсосомы (Ч> — псевдоуридин; см. рис. 26-24). Затем 02 связывается с участком интрона, содержащим остаток д (розовый), который осуществляет нуклеофмльную атаку в реакции сплайсинга. При связывании 02-мяРНК создается петля, которая перемещается и помогает актявмровать аденилат, 2СОН-группа которого может формировать лассоподобиую структуру через 2;5чфосфодиэфирную связь. б — сборка сплайсосомы. Сначала соединяются 01- и 02-мяРНП, затем с ними связываются остальные мяРНП (комплекс 04> 06 и 05) с образованием неактивной сплайсосомы.
После внутренних перестроек этот комплекс преобразуется в активную сплайсосому, из которой исключаются 01 и 04, а Пб соединяется одновременно с 5'-сайтом сплайсинга и с 02. Затем следуют каталитические стадии, аналогичные каталитмческим стадиям сплайсинга иитронов П группы (см. рис. 26-15). в — координация сплайсинга с транскрипцией обеспечивает механизм сближения двух сайтов сплайсмига. Подробности см. в тексте. синга участвуют пять мяРНК (()1, ()2, 1)4, ()5 и П6), которые обычно в большом количестве обнаруживаются в ядрах эукариот.
Белки и РНК в мяРНП высококонсервативны у всех эукариот (от дрожжей до человека). ° Сплайсииг мРН К Сплайсосомные интроны обычно имеют С()- последовательность на 5чконцс и АС-последовательность на 3'-конце. Эти последовательности указывают место сплайсинга. Молекула П1- мяРНК содержит последователыюсть, комплсментарную последовательностям вблизи 5'-концевого сайта сплайсинга интронов ядерной м1'НК (рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
