3. Информационная рнк и процесс транскрипции

Необходимо объяснить, почему было необходимо ввести понятие информационной РНК (мРНК, от английского mes­senger, т.е. переносчик). Как известно, ДНК содержится в хромосомах клеток и, следовательно, в ядре, а белок синтези­руется в цитоплазме клеток. Для того чтобы информация о структуре белка, записанная на языке кодонов ДНК, попала в цитоплазму клетки, он сначала переписывается (транскри­бируется) на молекулу мРНК¹.

РНК отличается от ДНК тем, что в цепи РНК остаток са­хара представлен рибозой (отсюда ее название), тимин заме-

впервые было показано, что мРНК используется в качестве посред­ника при переносе генетической информации от.ДНК к белку, при изу­чении фаговой инфекции. Известно, что фаг, заражая бактерию, вводит в нее только свою ДНК. При этом не обнаруживаются изменения в об­щем содержании РНК в бактериальной клетке, но сразу после того, как ДНК фага попала в клетку, в ней синтезируется небольшое количество РНК, которая вскоре распадается. При этом состав новой РНК больше напоминал ДНК фага, чем ДНК бактерий (в специальных опытах пока­зано, что фаговая РНК гибридизуется с ДНК фага и, следовательно, комплементарна ей). Далее установили, что вновь синтезированная РНК связывается с рибосомами, но вскоре отделяется от них и дегради­рует. Именно эта фаговая РНК является переносчиком генетической информации и она была названа мРНК. Первой изолированной мРНК у эукариотов была глобиновая мРНК, выделенная из эритроцитов.

щен на урацил, который обладает примерно такой же комп- лементарностью к аденину, как и тимин, наконец, РНК обычно встречается в виде одной цепи.

Для того чтобы произошло списывание последовательно­сти нуклеотидов гена,’ кодирующих первичную структуру определенной полипептидной цепи белка на мРНК, к цепи ДНК на некотором расстоянии от гена, к специальной после­довательности нуклеотидов, называемых промотором¹, присо­единяется РНК-полимераза². Этот фермент разрывает фос­форные связи между нуклеотидами ДНК в области соответст­вующего гена и делает обе цепи ДНК доступными для считы­вания. Присоединению РНК-полимеразы к промоторной об­ласти генов способствуют так называемые общие и специфиче­ские транскрипционные факторы³, которые, как и РНК-поли­мераза, являются продуктами других генов. В транскрипции могут участвовать и другие белки, так что в целом процесс транскрипции является достаточно сложным и зависящим от действия многих генов. Белки, участвующие в транскрипции, в своей структуре содержат так называемые мотивы, обеспе­чивающие их связь с ДНК. Принципиально обе нити ДНК могут считываться, но обычно считывается только одна, и это зависит от последовательности нуклеотидов промотора. РНК-полимераза движется от 3’- к 5’-концу вдоль соответ­ствующей нити ДНК, способствуя комплементарному при­соединению нуклеотидов синтезируемой молекулы мРНК к

Инициация транскрипции Терминация транскрипции

Э

-f АТА бокс i i

кзон 1 Экзон 2 Экзон 3 {ЗдИнтрон1Щ|интрон — 3'

3’

5'

t

Сигнал

Транскрипция "олиаденилирования

Кэппирование

Полиаденилирование

Первичный транскрипт мРНК

5

31444SSNC

3SSSSSSC

‘-Кэп г—

д

Вырезание интронов

4

\

DESS3C

^/кЧУЧЧЧ1

³^р^^Я I— |Гч^\кЧЧЧЧ\ЧК\Ч\Ч\11 —I

Рис. 3.7. Транскрипция, посттранскрипционный процессинг (сплай­синг, кэппирование, полиаденилирование) и образование зрелой мРНК.

цепи ДНК в направлении от 5’- к З’-концу (рис. 3.7). Старто­вой точкой транскрипции служит основание ДНК, соответст­вующее основанию РНК, которое первым включается в транскрипт. Транскрипция мРНК продолжается до тех пор, пока РНК-полимеразе II не встретится сигнал терминации транскрипции. Первичный транскрипт мРНК расщепляется специфической эндонуклеазой сразу за последовательностью нуклеотидов АААУАА и к З’-концу мРНК пришивается с по­мощью поли-А-полимеразы хвост из 100—200 остатков аде- нина, которые, по-видимому, защищают мРНК от деграда­ции во время ее передвижения из ядра в цитоплазму. Кроме того, вскоре после начала синтеза мРНК ее 5’-конец «кэпи- руется», т.е. к нему присоединяется модифицированный нук­леотид — 5-метилцитозин. Кэппирование происходит в месте начала транскрипции. Обычно транскрипция продолжается, и мРНК удлиняется еще на несколько тысяч пар нуклеоти­дов, комплементарных ДНК, после чего молекула мРНК отъ­единяется от матрицы ДНК и РНК-полимеразы. Прежде чем такая мРНК попадет в цитоплазму, она должна созреть (см. рис. 3.7). Созревание, или процессинг, заключается в том,

что из первичного транскрипта мРНК вырезаются (сплайси- руются) специальными ферментами участки гена, транскри­бированные в мРНК, которые содержат обычно (но не все­гда) некодирующие последовательности¹. Эти некодирующие участки имеются практически во всех генах высших организ­мов и называются интронами. От молекулы мРНК отрезают­ся также последовательности нуклеотидов за поли-А-хвос- том. Кодирующие участки гена называют экзонами. Экзоны гена, представленные в мРНК, соединяются с помощью спе­циальных ферментов вместе, образуя функционально зрелую мРНК. Именно последовательность кодонов мРНК кодирует последовательность аминокислот в белке, который будет со­здаваться на ее основе. Зрелая мРНК перемещается в цито­плазму.