Э. Рис, М. Стернберг - Введение в молекулярную биологию от клеток к атомам (1160049), страница 18
Текст из файла (страница 18)
26). ДНК-гираза Е. coli переводитдвухцепочечную кольцевую ДНК в состояние сотрицательной сверхспирализацией. Это необходимодля снятия положительных сверхвитков, возникающих при репликации (и транскрипции; гл. 22) из-зараскручивания двойной спирали ДНК.22. Транскрипция ДНКТранскрипция — процесс переноса генетической информации от ДНК к РНК.
Все виды РНК - мРНК,рРНК и тРНК - синтезируются в соответствии с последовательностью оснований в ДНК, служащей матрицей. Транскрибируется только одна, так называемая «+»-цепь ДНК. Процесс транскрипции у прокариот и эукариот существенно различается.ТРАНСКРИПЦИЯ У ПРОКАРИОТДНК-зависимая РНК-полимераза — это фермент,катализирующий синтез РНК. Он состоит из несколько субъединиц: двух α, одной β, одной β' и однойσ. Их комплекс называется холоферментом (α2ββ'σ) иимеет мол.
массу (Мг) около 500 000. Фермент, лишенный σ-субъединицы, называется кор-ферментомДля инициации транскрипции необходимыхоло-фермент, нуклеозидтрифосфат (всегда АТР илиGTP) и наличие специального участка в ДНК,называемогопромотором.Когдаполимеразасвязывается с промотором, происходит локальноерасплетание двойной спирали ДНК и образуетсяоткрытый промоторный комплекс.Промотр - это участок молекулы ДНК, имеющийразмер около 40 пар оснований и расположенный непосредственно перед участком инициации транскрипции. Синтез РНК всегда начинается с основанийА или G в «+»-цепи ДНК. Участок связывания холофермента расположен «левее» сайта инициации (в направлении 3' - 5' в «+»-цепи) на расстоянии примерно10 оснований.
Если сравнить последовательностиоснований «+»-цепи ДНК у разных промоторов, томы обнаружим, что они весьма близки, хотя и неидентичны. Эта так называемая последовательностьПрибнова имеет вид TATPuATPu, где Ри означает пурин (А или G). Таким образом, холофермент связывается со специфической последовательностью илигруппой последовательностей. Обычно на расстоянииоколо 40 оснований «левее» участка инициации находится второе место связывания РНК-полимеразы,где, как полагают, происходит связывание а-субъединицы с ДНК.Элонгация цепи РНК — это та стадия транскрипции,которая наступает после присоединения примерновосьми рибонуклеотидов.
В этот момент РНКполимераза претерпевает структурное изменение, прикотором от комплекса отделяется σ-субъединица иостается кор-фермент (α2ββ'), катализирующий дальнейшее удлинение цепи РНК. При этом к цепи присоединяются те рибонуклеозидтрифосфаты, которыеобеспечивают правильное спаривание с «—»-цепьюДНК. Движущийся вдоль ДНК кор-фермент действует подобно застежке-молнии, «раскрывая» двойнуюспираль, которая замыкается позади фермента по мере того, как соответствующие основания РНК спариваются с основаниями ДНК в «—»-цепи. «Раскрытая»ферментом область простирается только на несколькопар оснований.
На рис. 22.2 представлена химическаяреакция удлинения цепи РНК от З'-конца.крипт модифицируется и превращается в зрелуюРНК. Характер и степень модификации РНК зависятот типа РНК.Молекулы мРНК у прокариот не подвергаютсяпроцессингу. У некоторых бактерий транскрипция итрансляция сопряжены, т. е. происходят одновременно. 5'-конец мРНК может транслироваться на рибосоме и затем подвергаться деградации еще до завершения синтеза ее З'-конца.
Молекулы тРНК вначалесинтезируются в виде про-тРНК, которая примернона 20% длиннее, чем соответствующая тРНК. Лишние последовательности, расположенные у 5'- и 3'концов, удаляются с помощью таких ферментов, какрибонуклеазы Q и Р. Иногда молекула про-тРНК состоит из двух или более молекул тРНК, соединенныхмежду собой.
Их разделение также осуществляется спомощью рибонуклеаз. Если З'-конец тРНК не несетконцевой последовательности ССА, то эти основанияприсоединяются при постсинтетической модификации. Все тРНК содержат минорные основания (гл. 19),которые являются химически модифицированнымиформами четырех главных оснований (А, С, G и U).Эта модификация происходит после завершениятранскрипции.Гены рРНК прокариот расположены в транскрипционных блоках. Три генарРНК Е.
coli (16S, 23S и 5S)(гл. 24) располагаются вместе с генами несколькихтРНК в одном таком блоке и транскрибируются в виде одной молекулы РНК. Эти молекулы рРНК и тРНКотделены друг от друга спейсерной РНК. Расщепление первичного транскрипта на отдельные составляющие катализирует рибонуклеаза Q; поскольку этотфермент специфичен к двухцепочечной РНК, предполагают, что в области спейсеров образуются двухцепочечные шпильки, которые фермент узнает и вырезает.ТРАНСКРИПЦИЯ И ЭУКАРИОТТерминация (прекращение роста) цепи РНК происходит на специфических участках ДНК, называемых терминаторами. Начало этих участков обычнообогащено GC-парами, а остальная последовательность — АТ-парами.
GC-богатый участок часто представляет собой палиндром. Это означает, что при движении вдоль «+»-цепи в одном направлении, а вдоль«—»-цепи - в противоположном читается одна и та жепоследовательность оснований. В остановке синтезаРНК именно на терминаторе важную роль играет рбелок .Посттранскрипционный процессинг — этопроцесс созревания, при котором первичныйРНК-транс-У эукариот для транскрипции используются тр иДНК - зависимых РНК-полимеразы.
Полимераза Iлокализована в ядрышке, где она катализирует синтезрРНК в виде большого первичного транскрипта, содержащего молекулы рРНК 18S, 5,8S и 28S. Полимераза II находится в нуклеоплазме и, вероятно, участвует в синтезе первичного транскрипта мРНК. Полимераза III также локализована в нуклеоплазме и участвует в синтезе тРНК и 5S-pPHK.Синтез РНК включает стадии инициации, элонгации и терминации, но в этих процессах часто принимают участие другие ферменты и последовательностиоснований, чем у прокариот.
Например, промоторныепоследовательности у эукариот отличаются от таковых у прокариот. Однако первыми основаниями,включаемыми в РНК при инициации, являются, как иу прокариот, А или G.Молекулы мРНК обычно образуются из больших поразмеру молекул-предшественников, называемыхгетерогенной ядерной РНК (гяРНК). Для образования зрелой мРНК эти молекулы подвергаются модификации по 5'- и З'-концами и сплайсингу. После такой модификации транскрипты переносятся из ядра вцитоплазму.СплайсинггяРНК—этоудалениепоследовательностейРНК,соответствующихинтронам ДНК, и соединение участков, которыетранскрибированыскодирующихпоследовательностей (экзонов) (гл.
27). Местосплайсинга должно быть определено с высокойточностью, поскольку ошибка даже в одно основаниеприведет к синтезу белка с неправильной аминокислотной последовательностью. Такая специфичностьсплайсинга обеспечивается строго определенной последовательностью оснований в интроне, отвечающейобычно основаниям GU или GA в начале соответствующей РНК и основаниям AG - в конце.Модификация 5'-конца мРНК приводит к образованию особой последовательности, называемой кэпструктурой. При модификации З'-конца к нему присоединяется последовательность poly(A) длиной150-200 нуклеотидов.Процессинг тРНК у эукариот протекаетпо такому жемеханизму, как и у прокариот.
Функциональноактивные молекулы образуются из более длинногопредшественника,которыйподвергаетсярасщеплению и модификации с включением минорных оснований.ПроцессингрРНКтакжеаналогиченсоответствующемупроцессуупрокариот.Первичныйтранскриптсодержитучастки,отвечающие 18S-, 5,8S- и 28S-рРНК (гл. 24),разделенные спейсерами.
Как и у прокариот, эти трирРНК образуются при расщеплении спейсерныхпоследовательностей.23. Генетический кодРис. 23.1.Генетический код связывает последовательность оснований данного гена или его РНК-транскрипта саминокислотной последовательностью соответствующего белка.Код триплетный, т. е. одна аминокислота задаетсяпоследовательностью из трех нуклеотидов, называемой кодоном. В ДНК имеются четыре основания, а вбелках — 20 аминокислотных остатков; синглетныйкод мог бы кодировать только четыре аминокислотных остатка, дублетный 4 • 4 = 16 аминокислот, а триплетный образует 4 • 4 • 4 = 64 разных кодона.Код не перекрывается т.
е. в последовательностиоснований ABCDEFGHI первые три основания, ABC,кодируют аминокислоту 1, DEF — аминокислоту 2 ит. д. Если бы код был перекрывающимся, то последовательность ABC кодировала бы аминокислоту 1,CDE - аминокислоту 2 и т. д. Неперекрывающийсяхарактер кода относится только к случаю, когда рамкасчитывания не меняется (см. ниже). В коде отсутству-ют запятые, т. е.
нет знаков, отделяющих один кодонот другого.Направление чтения закодированной записи — от5'-конца к З'-концу мРНК, являющейся транскриптом «+»-цепи ДНК, считанным с нее в направлении5' -* 3'. Первый с 5'-конца кодон отвечает N-концевой аминокислоте полипептидной цепи. Следовательно, белки синтезируются от N-конца к С-концу.Таблица кода указывает, какая аминокислота кодируется тем или иным кодоном (рис. 23.1). В таблице нарис. 23.1 первый (с 5'-конца) нуклеотид помещен в левом столбце, второй — в верхней строке, а третий (наЗ'-конце) — в правом столбце. Из представленных втаблице 64 кодонов 61 кодон детерминирует ту илииную аминокислоту (например, CUA отвечает лейцину Leu), а три остальных кодона являются сигналамитерминации (Терм.).
Эти три кодона называются нонсенс-кодонами, поскольку они не определяют никакой аминокислоты. Помимо этого, когда кодоныAUG для Met и иногда GUG для Val находятся в начале последовательности и соответствующие аминокислоты должны быть помещены в начале белковой цепи, эти аминокислоты обычно присутствуют в виде Nформильных производных (гл. 25). Когда же этикодоны находятся в любом другом месте последовательности, то в пептидную цепь включаются нормальные Met и Val.Таблица 23.1Число разных кодоновАминокислотные остатки6Arg, Leu, Ser43Ala, Gly, Pro, Thr, ValHe (Терм.)2Asn, Asp, Cys, Gin, Glu, His, Lys,Phe, TyrMet, Trp1Код вырожден, т. е. большинство аминокислот кодируется более чем одним кодоном (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
