Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 106
Текст из файла (страница 106)
рис. б. 16, г и д). Полимераза может теперь отделиться от группы общих факторов транскрипции. В ходе этого процесса она претерпевает ряд конформационных изменений, которые усиливают ее взаимодействие с ДНК, и приобретает новые белки, которые позволяют ей транскрибировать длинные последовательности, причем в некоторых случаях в течение многих часов, — не отделяясь от ДНК. Как только полимераза П начала элонгацию РНК-транскрипта, большинство общих факторов транскрипции отделяется от ДНК, так что они опять готовы к запуску следующего цикла транскрипции с новой молекулой РНК-полимеразы. Как мы увидим вскоре, фосфорилирование хвоста РНК-полимеразы П обеспечивает также и «загрузку» ее машинерией процессинга РНК, что позволяет процессирующим РНК белкам модифицировать новотранскрибированную РНК по мере ее выхода из полимеразы.
6.1.8. Полимеразе П требуются также активатор, медиатор и модифицирующие хроматин белки Исследования поведения РНК-полимеразы П и принятых в ее «свнту» обгдих факторов транскрипции, проведенные в экспериментах !и о!!го на очищенных матрицах ДНК, позволили построить только что описанную модель инициации транскрипции. Однако, как обсуждалось в главе 4, в клетках эукариот ДНК упакована в нуклеосомы, которые, сверх этого, организованы в хроматиновые структуры более высокого порядка. В результате запуск транскрипции в клетке эукариот более сложен и требует еще большего числа белков, чем при использовании очшценной ДНК.
Во-первых, регулирующие экспрессию генов белки, известные как активаторы транскрипции (ггапзсг(рг(опа! асиоагогг), должны связаться с определенными последовательностями ДНК и помочь рекрутировать РНК-полимеразу П к точке начала транскрипции (рис. 6.19). Роль активаторов мы обсудим в главе 7, потому что они составляют один из главных инструментов, используемых клеткой для регуляции экспрессии генов.
Здесь же мы просто отмечаем, что для инициации транскрипции в эукариотической клетке необходимо их наличие на ДНК. Во-вторых, у эукариот для запуска транскрипции 1п о!но требуется присутствие белкового комплекса, известного как медиатор, который позволяет активаторным белкам взаимодействовать должным образом с полимеразой П и с общими факторами транскрипции. В-третьих, в эукариотической клетке для инициации транскрипции обычно необходимы локально рекрутированные модифицирующие хроматин ферменты, в том числе комплексы перестройки хроматина и гистон-модифицирующие ферменты. Как обсуждалось в главе 4, ферменты обоих типов делают ДНК, находящуюся в хроматине, более доступной и тем самым облегчают сборку на ДНК машины инициации транскрипции.
В главе 7 мы еще вернемся к роли этих ферментов в инициации транскрипции. Как показано на рис. 6.19, большое число белков (намного более !00 отдельных субьединиц) должно собраться в точке начала транскрипции, чтобы запустить ее в клетке эукариот. Порядок сборки этих белков, кажется, не следует по предписанному пути; скорее, он отличается от гена к гену.
И в самом деле, некоторые из этих разных белковых комплексов могут взаимодействовать друг с другом вдали от ДНК и устанавливаться на ДНК в виде предварительно собранных субансамблей. Чтобы начать транскрибирование, РНК-полимераза П должна высвободиться из этого большого комплекса белков; в дополнение к тем этапам, которые описаны на рис. 6.16, еще часто требуется протеолиз белка-активатора (п з!ги. Мы вернемся 528 Часть2.0сновнывгенетическнемеханнэмы эукариот должны также преодолевать еще одно препятствие — структурированный хроматин; и им, как правило, содействуют АТР-зависимые комплексы перестройки хроматина (см.
стр. 329 — 332). Такие комплексы могут двигаться вместе с полимеразой или могут просто «отыскивать и выручать» случайно застопоренную полимеразу. Вдобавок к этому некоторые факторы элонгации, связанные с РНК-полимеразой эукариот, облегчают транскрипцию через нуклеосомы, не требуя для этого дополнительной энергии. Еще не совсем понятно, как им этого удается, но такие белки могут кратковременно вытеснять димеры Н2А-Н2В из стержня нуклеосомы, замещая их, пока полимераза проходит через данную нуклеосому. Есть еще одно препятствие для элонгирующих полимераз, как бактериальных, так и эукариотических. Перед тем как обсудить эту проблему, мы должны рассмотреть хитрое свойство, характерное для двойной спирали ДНК и названное суперспирализацией, или сверхспнрализацией, ДНК (х)ХА вцрегсо111пд). Суперспирализованная ДНК представляет собой конформацию, которую ДНК принимает в ответ на возникающее напряжение; в свою очередь, формирование различных петель или супервитков в дуплексе ДНК может создать такое напряжение.
На рис. б.20 представлены топологические аспекты сверхспирализации ДНК. На каждый виток двойной спирали ДНК приходится примерно 10 пар нуклеотидов. Представим спираль, оба конца которой закреплены друг относительно дру~а (как это имеет место в кольце ДНК, например, бактериальной хромосомы или в сильно затянутой петле, в каковой форме, как думают, она существует в хромосомах эукариот).
В таком случае раскручивание каждых 10 пар нуклеотидов будет компенсироваться формированием одного большого супервитка ДНК. Формирование такой суперспирали энергетически благоприятно, потому что оно восстанавливает нормальный шаг двойной спирали в остальных областях со спаренными основаниями, которые иначе должны были бы сжаться из-за закрепленных концов. РНК-полимераэа также создает напряжение при движении по участку ДНК с закрепленными концами (см. рис, б.20, е).
Поскольку движущаяся полимераза не может быстро вращаться (и такое вращение затруднено в силу размера РНК-полимераз и присоединенных к ним транскриптов), ее продвижение по ДНК вызывает положительное напряжение в спирали ДНК перед ферментом и отрицательное напряжение позади него. Эукариотам эта ситуация, как думают, дает определенное преимущество; положительная суперспирализация ДНК перед полимеразой затрудняет раскрытие спирали ДНК, но она же должна облегчать распаковывание ДНК в нуклеосомах, поскольку высвобождение ДНК из гистонового стержня помогает снять положительную суперспирализацию. Любой белок, который продвигается по цепи ДНК в двойной спирали, как правило, создает в ней напряжение, что приводит к суперспирализации ДНК.
У эукариот ферменты ДНК-топоизомеразы быстро это устраняют (см. равд. 5.2.10). В бактериях же специализированная топоизомераза, называемая ДНК-гиразой, используя энергию гидролиза АТР, непрерывно образует в ДНК супервитки, тем самым поддерживая постоянство напряжения в ДНК. Это отрицательные супереитки (отрицательная суперспираль) — они закручены в направлении противоположном тому, которое возникает в положительных суперашпках (положительной суперспирали), формирующихся при раскрытии (расплетании) любой области спирали ДНК (см.
рис. б.20, б). Всякий раз, когда в бактериальной ДНК расплетается какая-либо область спирали, отрицательная суперспирализация ДНК снимается. Следовательно, под действием ДНК-гиразы раскрытие спирали ДНК у бактерий будет энергетически .64'-:"~Ф~$1(ткбзЦ5:::Я$ У зукариот модифицируются оба конца молекул мргтК: 5'-конец кэпируется (сарртпд), а Зсконец полиаденилируется (ро(уаг(епу!а(гоп) (рис. 6.22). Такие «специальные» концы позволяют клетке установить, присутствуют ли оба конца в) ггргкгвриаевчвгхщя «зр(ф,. кодирующая некодирующая последовательность последовательность 51 з' белок а белок б белок ч згурвр$Ф~зз)((йб()(т)б)эйли, кОдирующзя некадирующая последовательность последовательность бг Г-б)Вф+ ААААА.. ! 5'-кэп 1 белок беконец первичного РНК-транскрипта 7-метилгувнозин Рис.6.22, Сравнение структурьг малекул мРНК пранвриот и эунариот.
а) 5с и Зсконцы бактериальной мРНК— немодифицированные концы цепи, синтезированные РН К-пол имеразой, которая соответственно начинает и завершает транскрипцию в этих точках. Соответствующие концы мРНК эукариот образуются кэпированием 5' и расщеплением транс- крипта пре-мРНК с последующим присоединением поли(А)-хвоста. На рисунке показано также и друме различие между молекулами мРНК прокариат и эукарист: молекулы бактериальной мРНК могут содержать инструкции для нескольких разных белков, тогда как молекулы мРНК зукариот почти всегда содержат информацию только о каком-то одном белке.
б) Кэп-структура на 5чконце молекулы эукариотической мРНК. Обратите внимание на необычную 5'-5' связь 7-метилгуанина с остальной частью РНК. Многие молекулы мРНК эукариот несут дополнительную модификацию: метилирование 2сгидраксильной ~руины рибоэы второго нуклеотида (не показано). НО ОН ОН, — бф-Ф-Ф- Омз 5' бс трифосфатный мостик на молекуле мРНК (и таким образом удостовериться в целостности записанной зшформации), прежде чем эта РНК будет экспортирована из ядра и транслирована в белок. Сплайсинг РНК соединяет друг с другом различные части кодирующей белок последовательности и наделяет высшие эукариоты способностью синтезиро вать несколько различных белков с одного и того же гена.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
