РНК-полимеразы

Принципы транскрипции

Транскрипция

Длина теломерной ДНК и активность теломеразы в клетках человека

(Богданов А.А., 1998)

Тип клеток	Длина теломерной ДНК, тыс. п.н.	Теломеразная активность
Половые Соматические Раковые	15-20 10-12 при рождении, уменьшается с возрастом 4-6, 10-15	Высокая Отсутствует Присутствует в 80% случаев

Транскрипцией называют биосинтез РНК на матрице ДНК. Это первая стадия реализации генетической информации, в процессе которой определенные участки нуклеотидной последовательности ДНК «переписываются» в комплементарные одноцепочечные молекулы РНК. В результате транскрипции образуются мРНК, кодирующие аминокислотные последовательности белков, тРНК, рРНК и другие виды РНК, выполняющие структурные, регуляторные и каталитические функции.

Транскрипция во многом сходна с репликацией. В основе механизма копирования при транскрипции лежит фундаментальный принцип комплементарности азотистых оснований полинуклеотидных цепей ДНК и РНК. Как и при синтезе ДНК, субстратами синтеза РНК являются рибонуклеозид три фосфаты. В ходе включения в строящуюся цепь они теряют пирофосфатные остатки, что обеспечивает процесс энергией. Еще одно сходство с синтезом ДНК состоит в направлении роста строящейся цепи: 5′®3′, т. е. очередные нуклеотиды присоединяются к 3′-концу. Как и при всех матричных синтезах, строящаяся цепь антипараллельна матричной цепи ДНК.

Однако имеются и принципиальные отличия от синтеза ДНК. Транскрипция – ассиметричный процесс, в качестве матрицы используется лишь одна молекула ДНК, получившая название матричной или значащей. Синтез РНК не требует для своего начала никакой затравки. Процессу транскрипции подвергается единовременно не вся молекула ДНК, а только ее определенные участки – транскриптоны. Они ограничены двумя последовательностями, которые называются промотором (зона начала транскрипции) и терминатором (зона остановки транскрипции). Транскриптоны бактерий (опероны) обычно включают несколько структурных генов (цистронов). Поэтому синтезируемая на оперонах бактерий мРНК является полицистроновой и может быть использована для синтеза нескольких белков, в отличие от моноцистроновых мРНК эукариот, служащих матрицами для синтеза одного определенного белка.

Процесс транскрипции осуществляется с участием ферментов – РНК-полимераз, а также большой группы белков – регуляторов транскрипции.

У прокариот молекула РНК-полимеразы состоит из двух компонентов:

· минимальной РНК-полимеразы, или «кор»-фермента (от англ. core – серцевина), содержащей все каталитические центры, участвующие в синтезе РНК;

· σ-субъединицы, необходимой для правильного присоединения фермента к промотору и отделяющейся от РНК-полимеразы после начала синтеза РНК.

Комплекс минимального (сore -) фермента и σ-субъединицы называется холоферментом. Core -фермент имеет одинаковое сродство к любой последовательности нуклеотидов (рис. 29а). Только полный (holo -) фермент обладает высоким сродством к промотору, сродство к остальным случайным последовательностям ДНК у него снижено в 10 тыс. раз
(рис. 29б).

Рис. 29. Инициация транскрипции ДНК бактериальной РНК-полимеразой

Как только произошла инициация транскрипции, σ-фактор отделяется. Элонгация (продолжение синтеза РНК) и терминация (остановка транскрипции) осуществляются core -ферментом. Минимальная РНК-полимераза состоит из четырех субъединиц: двух идентичных α-субъединиц и неидентичных β- и β′-субъединиц.

В ядрах эукариот обнаружены три специализированные формы РНК-полимеразы:

· РНК-полимераза I синтезирует рибосомные РНК (28S и 18S);

· РНК-полимераза II – матричные РНК;

· РНК-полимераза III – транспортные и низкомолекулярные рибосомные РНК (5S).