Транскрипция с ДНК

Для того чтобы хранящаяся в ДНК информация могла быть использована для биосинтеза новых белковых молекул, ее необходимо переписать в последовательность РНК. При этом ДНК служит только матрицей, т.е. она не меняется в процессе переписывания. Сам процесс образования на матричной ДНК РНК называется транскрипцией.

Транскрипция осуществляется ДНК-зависимыми-РНК-полимеразами (РНК-полимеразы). Они действуют подобно ДНК-полимеразам, но сборку цепочки ведут с использованием рибоноклеотидов и для начала процесса переписывания информации не требуются праймеры.

Существуют несколько разновидностей РНК-полимераз:

1. РНК-полимераза I – катализирует синтез предшественников рибосомных РНК (рРНК). Локализована в ядрышке.

2. РНК-полимераза II- катализирует синтез гетероядерных РНК (гяРНК), которые служат предшественниками матричных РНК (мРНК). Локализована в хроматине.

3. РНК-полимераза III- катализирует синтез предшественников транспортных РНК (тРНК).

Наибольший интерес представляет синтез мРНК, так как именно она содержит информацию о синтезирующемся белке.

На первых этапах главенствующая роль в процессах биосинтеза белка отводилась рибосомной РНК. В 1961 году Жакоб и Моно критически рассмотрели данную теорию и обратили внимание на целый ряд фактов, несовместимых с предположением о матричной роли рибосомной РНК:

· Рибосомы и все составляющие их компоненты достаточно стабильны;

· Нуклеотидный состав рРНК удивительно однороден у разных видов, хотя нуклеотидный состав ДНК сильно варьирует;

· В некоторых опытах удается изменить состав синтезирующихся белков, добавляя клеточные фракции, не содержащие рибосомы.

Все это позволило Жакобу и Моно постулировать существование нового типа РНК, которую они назвали информационной (месседжер РНК). Они предсказали для этой РНК следующие особенности:

· Должна быть гетерогенной по составу и размеру, ибо молекулярный состав составляющих компонентов должен отражать все многообразие синтезирующихся белковых молекул.

· Ее нуклеотидный состав должен отражать нуклеотидный состав ДНК.

· Она должна иметь способность временно присоединяться к рибосомам – месту биосинтеза белка.

· Время существования РНК должно быть кратковременным и соответствовать времени, необходимого для биосинтеза белка.

Через некоторое время была обнаружена и исследована такая короткоживущая РНК, способная присоединяться к рибосоме.

Рассмотрим процесс переписывания информации с ДНК на иРНК- транскрипцию.

На цепочке ДНК есть несколько участков, выполняющих различные функции. В качестве примера рассмотрим структуру гена, отвечающего за биосинтез b-цепь гемоглобина.

Данный ген состоит из 2000 кодонов, однако, только 450 из них несут информацию об аминокислотной последовательности гемоглобина. Информативные кодоны объединены в кодирующие участки – экзоны. Неинформативные участки называются – интронами.

Транскрипция движется в направлении 3¢ 5¢матричной ДНК

Процесс транскрипции начинается с определенного участка, который называется промотором. В большинстве случаев он представлен последовательностью дезоксирибонуклеотидов ТАТАА ….и называется ТАТА-бокс. Для взаимодействия полимеразы с этим участком необходимо наличие специальных белков, называемых основными факторами транскрипции.

После инициации транскрипции РНК-полимераза движется по матричной цепочке ДНК. Рибонуклеотиды комплементарно связываются с азотистыми основаниями ДНК водородными связями и шаг за шагом присоединяются к растущей цепочке РНК.

Вскоре после начала транскрипции конец РНК защищается «кэпом» (7- метил ГТФ), который защищает его от действия эндонуклеаз. Конец транскрипции наступает тогда, когда РНК-полимераза достигает определенного участка на ДНК, называемого терминатором. Как правило, он представлен полиадениловой последовательностью ААТАА…. После этого полимераза прекращает транскрипцию и диссоциирует от ДНК.

Образовавшаяся РНК содержит не только информативные участки –экзоны, но и неинформативные участки – интроны. Дальнейшие превращения мРНК связаны с ее созреванием - сплайсинг. Процесс сплайсинга в первую очередь связан с вычленением неинформативных участков (интронов). В этом процессе активную роль играют специальные белковые комплексы – «малые ядерные рибополинуклеотидные частицы».

На первой стадии сплайсинга ОН-группа аденозинового остатка на 3¢ конце интрона при участии белковых комплексов расщеплет фосфорноэфирную связь на 5¢конце этого же интрона. Одновременно с этим образуется новая связь, которая придает интрону форму петли. На следующем этапе интрон освобождается, а остатки экзонов соединяются между собой. Образовавшаяся мРНК содержит только информативные участки, несущие информацию о последовательности аминокислот и готовая для рибосомального биосинтеза белка.