Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 104
Текст из файла (страница 104)
Наконец, в главе 7 мы увидим, что молекулы микроРНК (ттРНК; ттсгоНХА) и молекулы короткой, или малой, ггнтерферируюи(ей РНК (згРНК; зтаП 1пгег7еппд КХА) служат ключевыми регуляторами экспрессии генов эукариот (таблица б. (). Йб: Часть.й, Фз(оейые тенете (Еекв)е бвезанзйзМве Таблица б.1. Основные виды синтеаируемык в клетке РНК "- ": - ' ': '~-' -' 4)Фщмф~вФФМеййв(ее!)циьи(бе~ммвййбйбгсз 4~6еббб Фыг))в)бф'" 'в 6.1.4. Сигналы, закодированные в ДНК, сообщают РНК-лоливлеразе, где следует начинать и Где Останавливать транскрипцию Для точной транскрипции гена РН К полимераза должна распознать, в каком месте генома начинать и в каком — завершать свою работу.
Способы, которыми РНК по лимеразы решают эти задачи у бактерий и эукариот, несколько различаются. Поскольку эти процессы у бактерий проще, с них мы и начнем наш познавательный вояж. Инициация транскрипции особенно важный шаг в экспрессии генов, гюто му что это главная точка, в которой клетка осуществляет регуляцию в отношении того, какие белки нужно синтезировать и какими темпами.
У бактерий основной фермент(кор фермент) РНК полпмераза представляет собой многосубъединичный комплекс, который синтезирует РНК, используя матрицу ДНК в качестве наорав ляющей. Вспомогательная субъединица, называемая фактором с1, соединяется с кор ферментом и помогает ему в чтении заложенных в ДНК сигналов, которые «сообгиают» ему, откуда начинать транскрибирование (рис. 6.11). В совокупности фактор о и кор фермент известны под названием холофермент РНК-полнмеразы (КХА ро(ушегазе 11о!оепхуше); этот комплекс прикрепляется к бактериальной Д11К при столкновении с ней, и холофермент имеет обыкновение быстро скользить по длинной молекуле ДНК вЂ” пока не отделится снова.
Однако, когла холофермент полимеразы входит в область двойной спирали ДНК, называемую промотором (ргопю1ег), — специфическую последовательность нуктеотидов, отмечающую от правную точку для синтеза РНК, — полимераза прочно связывается с этой ДНК. Холофермент полимеразы с помощью фактора о опознает промоторную последова тельность ДНК и образует специфические контакты с частями оснований, которые выставлены на внешней стороне спирали (этап 1 на рис. 6.11). После того как холофермент РН К полимеразы таким способом прочно свяжется с промотором ДНК, он раскрывает двойную спираль — чтобы выставить короткий участок нуклеотидов на каждой цепи (этап 2 на рпс.
6.11). В отличие от реакции ДНК хеликазы (см. Рис. 5.14), такое ограниченное раскрытие спирали не требует 518 Часть 2. Основные генетические маганизмы действия с промоторной ДНК, ослабляет свои взаимодействия с фактором о и начинает перемещаться вперед по ДНК, синтезируя РНК (этапы 4 и 5 на рис. 6.11). Так элонгация (удлинение) цепи продолжается (со скоростью приблизительно 50 нуклеотидов в секунду для бактериальных РНК-полимераз) до тех пор, пока фермент не сталкивается со вторым сигналом на ДНК, стоп-сигналом, который называют терминатором (1епп1паСог; будет описан ниже), на котором полимераза останавливается и высвобождает как новообразованную цепь РНК, так и матрицу ДИК(этап 7 на рис.
6.11). После того как кор-фермент полимеразы освобождается на терминаторе, он повторно связывается со свободным фактором о и образует холофермент, который снова может начать процесс транскрипции. Процесс инициации транскрипции сложен и требует, чтобы холофермент РНК-полимераза и ДНК претерпели ряд конформационных изменений. Мы можем рассматривать эти изменения как раскрытие ДНК и размещение ее в активном участке, что сопровождается «утяжкой» (сжиманием) фермента вокруг ДНК и РНК, чтобы гарантировать, что он не отделится от них прежде, чем закончит транскрибировать ген.
Если РНК-полимераза отделится преждевременно, то она не сможет возобновить синтез, но должна будет начать его снова на промоторе. Как терминаторы ДНК останавливают элонгацию? Для большинства генов бак терий стоп-сигнал состоит из строки пар нуклеотидов А — Т с предшествуюшей ей последовательностью ДНК, обладающей двойной симметрией, которая, будучи транс крибирована в РНК, сворачивается в структуру «шпильки» путем уотсон-криковского (комплементарного) спаривания оснований (см. рис, 6.11).
Когда полимераза транс крибирует терминатор, то образование шпильки может способствовать «вытягиванию» РНК-транскрипта из активного участка. Гибрид ДНК вЂ” РНК в активном сайте, удержива емый в терминаторе преимушественно за счет взаимодействия между парами оснований () — А (такие пары менее стабильные, чем пары оснований П вЂ” С, потому что в них две, а не три водородные связи на пару оснований), недостаточно прочен, чтобы удержать РНК, и поэтому диссоциирует, вызывая высвобождение ДНК из полимеразы (этап 7 на рис. 6.11). Таким образом, в некотором отношении при терминации транскрипции структурные переходы, которые произошли во время инициации, обращаются вспять. Кроме того, процесс терминации служит примером лейтмотива этой главы: укладка РНК в определенные структуры влияет на многие этапы расшифровки генома. 6.1.5. И сигналы начала транскрипции, и сигналы ее окончания гетерогенны по нуклеотидным последовательностям Как мы только что убедились, процессы инициации и терминации транскрип ции включают в себя ряд сложных структурных переходов в молекулах белка, ДНК и РНК.
Зачастую распознавание закодированных в ДНК сигналов, которые задают эти переходы, представляет для исследователей трудную задачу. Действи тельно, сравнение множества различных бактериальных промоторов показывает удивительную степень разнообразия. Тем не менее все они содержат родственные последовательности, отражающие отчасти те черты ДНК, которые напрямую распознаются фактором о. Такие общие особенности часто сводятся в форму консенсусной последовательности (сопэепэиз ппс!еопде эег!пенсе; рис. 6.12).
Консенсусную последовательность нуклеотидов получают путем сравнения множества гюследовательностей с одинаковой основной функцией и последуюшего расчета наиболее часто встречающихся нуклеотидов в каждой позиции. Поэтому она служит б) 66~~ з з а) двойная спираль ДНК СССССССССССССССССС 5' 5' 3~ 3' 5! 3' 5' РНК РНК-полимераза, даюкущаяся сорвав налево, использует в качестве матрицы для синтеза РНК верхнюю цепь ДНК РНК-полимераза, двикчлцвяся слева направо, использует в качестве матрицы для синтеза РНК некиюю цепь ДНК Рис.
бдз. Важность ориентации РНК-полимеразы. цепь дНК, служащая матрицей, транскрибируется в направлении 3' -+ 5'. Таким образом, направление движения РНК-полимеразы определяет, которая из двух нитей ДНК будет служить матрицей для синтеза РНК, как показано на изображениях а и б. Направление полимеразы, а свою очередь, определяется ориентацией промоторной последовательности — участка, на котором РНК-полимераза начинает транскрипцию. люционные процессы настроили каждый из них таким образом, чтобы он «запускал» транскрипцию столь часто, сколь это необходимо, и так создали большое разнообразие промоторов.
Промоторы для генов, которые кодируют распространенные белки, намного сильнее, чем приписанные к генам, которые кодируют минорные белки, — и именно в нуклеотидных последовательностях промоторов кроются эти различия. Подобно бактериальным промоторам, последовательности терминаторов транскрипции также варьируют в широком диапазоне, но все они обладают потенциалом к формированию простой шпилечной структуры РНК, что является самой важной их общей особенностью.
Так как такой потенциал присущ фактически неограничен ному числу нуклеотидных последовательностей, терминаторные последовательности еще более разнообразны, чем промоторные. Мы обсудили бактериальные промоторы и терминаторы немного подробнее, чтобы проиллюстрировать важный момент, относящийся к анализу последовательностей геномов. Хотя мы многое знаем о бактериальных промоторах и терминаторах и можем строить консенсусные последовательности, которые подытоживают их наиболее яркие особенности, разнообразие их нуклеотидных последовательностей мешает точно определять их местонахождение путем непосредственного анализа нуклеотидной последовательности генома.
Еще более трудно определить местонахож. ление аналогичных последовательностей в геномах эукариот, отчасти из.за «избыточ ности» ДНК, в них заложеннозь Часто чтобы определить местонахождение и точно интерпретировать короткие сипкшы ДН К, содержащиеся в геномах, нам необходима дополнительная информация, получить которую можно из эксперимента. Так как ДНК двухцепочечная, с любого гена, в принципе, могут быть транскрнбированы две разные молекулы РНК, если каждую из двух цепей ДНК исполыювать как матрицу. Однако ген, как правило, имеет только один промотор, и, поскольку нуклеотидная последовательность промотора асимметрична (см.
рис. б.12), полимераза может связаться с соответствующим участком ДНК только в одной ориентации. Полимераза синтезирует РНК в направлении 5' — » 3' и может поэтому транскрибировать только одну из цепей, охватываемых геном (рис. 6.13). Последовательности геномов показывают, Рис. 6.15. Структурное подобие между РНК-полимеразой баитерий и РНК-полимеразой и зукариот. Области этих двух РНК-полимераз, характеризующиеся подобной структурой, показаны зеленым.
Полимераза эукариот крупнее, чем фермент бактерий (12 субьединиц вместо 5), и содержит некоторые дополнительные обласгн [отмечены серым). Синие шарики — атомы цинка, которые служат структурными составляющими полимераз, а кроснью шарик — атом магния, расположенный в активном участке, где и происходит полимеризация (на самом деле, ионы цинка и ионы магния]. РНК-полимеразы всех современных клеток (бактерий, архей и эукариот) состоят в близком родстве, тем самым свидетельствуя о том, что основные составляющие этого фермента уже были на своем месте до расхождения этих трех главных ветвей древа жизни. (Структура любезно предоставлена Р. Сгатег и й.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
