Транскрипция

Структурная организация матрицы

Синтез РНК протекает на строго определенных участках генома. Единицей транскрипции выступает транскриптон — фрагмент ДНК, ограниченный двумя ключевыми регуляторными элементами:

• Промотор — специфическая нуклеотидная последовательность (сайт), где РНК-полимераза связывается с матрицей и инициирует сборку.
• Сайт терминации — участок, на котором синтез полинуклеотидной цепи завершается.

Главная особенность эукариот заключается в том, что в состав одного транскриптона входит, как правило, только один ген. Такое изолированное расположение позволяет клетке индивидуально считывать разные гены, тонко регулируя их активность в зависимости от своих потребностей.

РНК-полимеразы эукариот

В ядре эукариотической клетки биосинтез катализируют массивные многосубъединичные ферменты — РНК-полимеразы. Они не только образуют фосфодиэфирные связи, но и имеют центры связывания для регуляторных факторов. В зависимости от типа синтезируемого продукта выделяют три вида ферментов:

1. РНК-полимераза I — специализируется на синтезе предшественников рибосомальных РНК (пре-рРНК).
2. РНК-полимераза II — ответственна за создание предшественников матричных РНК (пре-мРНК).
3. РНК-полимераза III — катализирует сборку предшественников транспортных РНК (пре-тРНК).

Построение новой цепи идет по принципу комплементарности. Напротив аденина (A) ДНК встраивается урацил (U) РНК, напротив гуанина (G) — цитозин (C), а напротив тимина (T) — аденин (A).

Стадия инициации

Процесс запускается в области промотора, где первостепенную роль играет белок — ТАТА-фактор. Он распознает специфическую нуклеотидную последовательность («-ТАТА-») и связывается с ней.

Присоединение ТАТА-фактора «активирует» промотор, облегчая его взаимодействие с РНК-полимеразой. Посадка ферментативного комплекса на ДНК резко увеличивает его сродство к факторам инициации (A, B). Совместными усилиями они обеспечивают локальное расплетение примерно одного витка двойной спирали ДНК, чтобы получить прямой доступ к матричной цепи для старта полимеризации.

Элонгация и терминация

После успешной инициации начинается элонгация — активный рост нити пре-РНК. Синтез молекулы всегда идет антипараллельно, в направлении от 5′- к 3′-концу, в то время как сам фермент движется по матрице от 3′- к 5′-концу. На этом этапе подключаются факторы элонгации (E, H, F), которые повышают активность фермента и поддерживают локальное расхождение цепей.

Динамика спирали ДНК такова: впереди скользящей полимеразы витки расходятся, а позади нее — восстанавливаются. Суммарное уравнение реакции выглядит следующим образом:

аГТФ + bАТФ + cУТФ + mЦТФ → (матрица ДНК, Mg2+, РНК-полимераза) → РНК + (a+b+c+m)H4P2O7

Завершается процесс на стадии терминации. Когда комплекс достигает сайта терминации, локальное расхождение цепей делает этот участок доступным для факторов терминации. Они останавливают работу полимеразы, ускоряя отсоединение первичного транскрипта и высвобождение фермента из комплекса с ДНК.

Что ещё разобрать по теме

• Посттранскрипционные модификации первичных транскриптов
• Функции факторов инициации A и B
• Механизм действия факторов элонгации E, H, F
• Процесс отщепления пирофосфата при элонгации цепи

Другие темы раздела «Матричные биосинтезы»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.