Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 103
Текст из файла (страница 103)
6.4. Химическая структура РНК. а) РНК содержит сахар рибозу, которая отличается от сахара дезоксирибозы, входящего в состав ДНК, наличием дополнительной группы-ОН. б) РНКсодержитоснованиеурацил,который отличается от тимина, эквивалентного основания в ДН К, отсутствием группы -СНИ в) Короткий отрезок РНК. Фосфодиэфирные химические связи между нуклеотндамн в РНК такие же, что и в ДНК. Π— Р=О. ),г О 0 рибоэа "' ОН О- Р=О йтгбзгхз~'" я,' Н,С О б' О ОН ( Зсконец н С Н тН~ ~~С' ура цип 0' -НГ .0 С С н н Н С,~!;:;„','-':ЭТУ Н М"'Г',"'„'."у алеки Н б' сахароФосфатный остов Рис. бчй Урацил образует комплементарную пару с аденином. Отсутствие метильной группы в Гз никак не влияет на у спаривание оснований;таким образом, пара оснований (Г-Я очень похожа на пару оснований Т-А (см. рис.
4.4). в) Рис. 6.6. РНК способна сворачиваться с образованием характерных структур. РНК по большей части ццноцепочечная, но она часто содержит короткие участки нуклеотидов, которые могут образовывать классические пары оснований с комплементарными последовательностями, находящимися в каком-либо ином месте той же самой молекулы. Такие взаимодействия, наряду с дополнительными взаимодействиями, возникающими между нетрадиционно спаренными основаниями, позволяют молекуле РНК сворачиваться в трехмерную структуру, которая определяется ее нуклеотидной последовательностью. а) Схема свернутой молекулы РН К, на которой показаны только взаимодействия между классическими парами оснований.
6) Структура, которая образована взаимодействием как между классически комплементарными основаниями («росные), так и между «нетрадиционными» (зеленые) парами. в) Структура нативной РНК: часть интрона группы Г (см. рис. 6.36). Каждая классическая пара оснований обозначена «перекладиной» в двойной спирали.
Основания в других конфигурациях обозначены отдельными «полуперекладинами». соответствие, подаваемый рибонуклеотид ковалентно связывается с наращиваемойг цепью РНК в ходе ферментативно катализируемой реакции. Поэтому цепь РНК, произведенная транскрипцией — транск)гггггт, — удлиняется на один нуклсотил за раз и имеет последовательность нуклеотидов, в точности комплементарную цепи ДНК, используемой в качестве матрицы !Рггс. б.г').
Однако транскрипция отличается от репликации ДНК несколькими важными моментами. В отличие от недавно образованной нити ДН К, цепь Р1(К не остается связанной водородными связями с Д(1К матрицей. Вместо этого, сразу же позади области, в которой присоелггггяются рибонуклеотиды, цепь РНК вытесняется и спи раль ДНК воссоздается. Таким образом, молекулы РНК, произведенные транс крипцией, сходят с матрицы ДПК в виде одинарных цепей. Кроме того, поскольку они копируются только с ограниченной области »[НК, молекулы РНК намного короче молекул ДНК. Молекула ДНК в хромосоме человека может достигать длины 250 миллионов пар нуклеотидов; напротив, большинство молекул РНК включает не более нескольких тысяч нуклеотилов, а мпопге значительно короче. Ферменты, которые выполняют транскрипцию, называют РНК-полимеразами (КХА-ро)угпегаэез).
Подобно ДНК полимеразе, которая катализирует репликацию ДНК !мы обсудили это в главе 5), РНК-полимеразы катализируют образование фосфолиэфирн ых связей, посредством которых нуклеотиды соединяются друг с яру гом и образуют линейную цепь. РНК полимераза движется по ДНК скачкообразно, ДНК Рис. 6ЛЧ В результате транскрипции ДНК образуется од- 3' ноцепочечная молекула РНК, комплементарная одной иа цепей ДНК.
5' 3~ 5' матричная цепь раскручивая спираль ДНК непосредственно ~ трднскрипция перед активным участком полимеризацпи, с тем чтобы выставить наружу новую область 3' матричной цепи для комплементарного спа ривания оснований. Таким вот путем параши ваемая цепь РНК продолжается, нуклеотид за РНК нуклеотидом. в направлении 5' -> 3' (ряс. б.8). Субстратами служат нуклеозидтрифосфаты (АТР, СТР, 11ТР и ОТР); как и при репликации ДНК, гидролиз высокоэнергетических связей обеспечивает энергию, необходимую для осуществления реакции в прямом направлении (см.
Рис. 5.4). Практически незамедлительное высвобождение цепи РНК с 1ЕЕ!К матрицы в ходе синтеза означает, что может быть сделано множество копий РНК г одноп> и того же гена за относительно короткое время, так как синтез следую>пих моле кул РНК начинается прежде, чем первая РНК будет закончена (рис. 6.9). Когда молекулы РНК полимеразы почти вплотную — буквально по пятам -- следуют друг за другом, то каждая из них движется со скоростьк> около 20 нуклеотидов в секунду (скорость, достигнутая эукариотами) и за один час с одного гена может быть синтезировано более тысячи транскриптов. Хотя РНК полимераза катализирует, по сути, ту же химическую реакцию, что и ДНК полимераза, есть некоторые важные различия между действиями этих двух ферментов.
Во-первых, что наиболее очевидно, РНК полимераза катализирует ре акцию присоединения рибонуклеотидов. а не дезоксирибонуклеотидов. Во вторых, в отличие от ДНК полимераз, реплицирующих 11НК, РНК полимеразы способны начинать цепь РНК без затравки. Возможно, это отличие связано с тем, что транс крипция совсем не обязательно должна быть столь же точной, сколь репликация ДЕ!К (см. таблицу 5.1, стр. 414). В отличие от ДЕ1К, РНК не является постоян ным хранилищем генетической информации в клетках. РНК полимеразы делают примерно одну ошибку на каждые 1О» нуклеотидов, копируемых в РНК форму (сравните с частотой ошибок процесса прямого копирования Д1.1К полимеразой— приблизительно одна на ! От нуклеотпдов), и последствия появления ошибки в ходе транскрипции РНК намного менее значимы, чем таковые при репликации ДНК.
Хотя РНК полимеразы далеко не так точны, как ДНК полимеразы, которые реплицируют ДНК, онн, тем не менее, обладают скромным корректирующим меха низмом. Если к растущей цепи РНК добавляется неправильный рибонуклеотид, то полимераза может отступить назад и активный центр фермента может выполнить реакцию вырезания (эксцизии), которая напоминает реакцию, обратную полимери зации, — за исключением того, что здесь вместо пирофосфата используется вода и высвобождается нуклеозидмонофосфат. Учитывая, что и ДНК- и РН К полимеразы осуществляют направляемую магри цей полимеризацию нуклсютидов, можно было бы ожидать, что ферменты этих двух типов имеют некую структурную аналогию. Однако рентгенокристаллографические исследования ферментов обоих типов показывают, что, кроме наличия принципи ально важного иона Мд2' в каталитическом сайте, они практически не имеют ни а) 3' б' РНК-полимераза направление транскрипции двойная цепь ДНК э«(» .
Рибонукпеозидтрифосфаты канал поступления нтр рибонукпеозидтрифосфатов новосинтвзирувмыи РНК-транскрипт короткии участок спирали ДНК-РНК новосинтезируемый РН ичная НК .'путь оставшейся спирали ДНК путь выхода двойной ДНК РНК в короткой вытесненная ДНК-РНК-спирали нематричная цепь ДНК Рис. 6.8. ДНК транскрибируется ферментом РНК-полимеразой. а] РНК-полимераза (бледно-голубов) скачкообразнопередвигаетсяпоДНК,раскручиваяспиральДНКвсвоемактивномучастке. Померепродвижения пол нмераза добавляет нуклеотиды (представленные как меленькие формочки е виде буквы «Т») один за другим к цепи РНК на участке полимеризацин, используя оголенную нить ДНК в качестве матрицы. Таким образом, РНК-транс«ринг представляет собой комплемента рную копию одной из двух цепей ДНК.
Короткая область спирали ДНК вЂ” РНК (приблизительно девять пар нуклеотидов в длину] поэтому формируется лишь нэ миг, и «окно» спирали ДНК вЂ” РНК потому перемещается по ДНК вместе с полимеразой. Нуклеотиды поступают в активный центр в виде рибонуклеозидтрифосфатов (АТР, 0ТР, СТР и бТР), и энергия, запасенная в их межфосфатных связях, служитдвижущей силой реакции полимеризэции (см. Рис. 54).
6) Структура РНК-пслимеразы бактерий, определенная методом рентгеновской кристаллографии. Четыре различные субъединицы, обозначенные разными цветами, и составляют эту РНК-полимеразу. Нить ДНК, используемая в качестве матрицы, — красная, а нематричная нить— желтая. (Изображение а переработано на основе рисунка, любезно предоставленного йоЬеп (апгйс]г; структура б — великодушный шаг 5етп Оагзь) Рис.6.9.
Транскрипция двух генов, наблюдаемая в ыжктронньгй микроскоп. На микрофотографии видно множество молекул РНК-полимеразы, одновременнотранскрибирующих тот или иной из двух смежных генов. Молекулы РНК-полимеразы выглядят как ряд точек вдоль молекулы ДНК с прикрепленными к ней новосинтезированными транскриптами (тонкие нити). Молекулы РНК (рибосомные РНК), показанные в зтом примере, не транслируются в белок, а напрямую используются как компоненты рибосом — машин, на которьж происходит трансляция. Частица на 5чконце (свободном конце) каждого транскрипта РРНК, как полагают, представляет собой зачаток рибосомы По длинам новосинтезированных транскриптов можно сделать вывод, что молекулы РНК-полимеразы ведут транскрипцию слева направо (Снимок любезно предоставил 0(г(сь 5сьеег.) чего общего. Действительно, ферменты, осуществляющие направляемую матрицей полимернзацию нуклеотидов, по-видимому, появились независимо друг от друга во время ранней эволюции клеток. Одна эволюционная линия привела к современ ньпч ДНК-полимеразам и обратным транскриптазам.
с коими мы познакомились в главе 5, а также к нескольким односубъединичным РНК-полимеразам вирусов. Другая линия дала вес современные клеточные РНК-полимеразы (рис, 6.(0), о которых мы говорим в этой главе. 6Л.З. Клеткм производят РНК нескольких типов Большинство генов, заложенных в ДНК клетки, определяет аминокислотную последовательность белков; молекулы РНК, которые копируются с этих генов (и которые в конечном счете направляют синтез белков), называют молекулами информационной, или матричной, РНК (мРНК; шеззепяег К)ч(А). Конечным продуктом меньшинства генов, однако, является сама РНК. Тщательный анализ полной последовательности ДНК генома дрожжей л. сегегггзйае позволил открыть более 700 генов (несколько больше, чем (О" общего числа генов дрожжей), кото рые производят РНК в качестве своего конечного продукта.
Такие молекулы РНК, подобно белкам, служат ферментативными и структурными компонентами в самых разных процессах, протекающих в клетке. В ~лаве б мы встретились с одной из та ких РНК вЂ” матрицей, заключенной в фермент теломеразу. Хотя многие из таких некодируюших Р!!К все еше хранят свою тайну, мы увидим в этой главе, что мо лекулы малой ядерной РНК (зпРНК; зтаП пис(еаг ИХА) направляют сплайсинг пре-мРНК с целью образования мРНК, что молекулы рибосомиой РНК (РРНК) образуют каркас (соте) рибосом и что молекулы транспортной РНК (тРНК; 1гапз)ег НХА) служат адаптерами, которые подбирают аминокислоты и удерживают их в положенном месте на рибосоме для включения в белковую цепь.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
