- •15 Біосинтез пуринових нуклеотидів
- •16 Біосинтез піримідинових нуклеотидів
- •17 Біосинтез дезоксирибонуклеотидів
- •18 Катаболізм нуклеотидів
- •19 Біологічне значення реплікацїї днк. Напівконсервативний механізм реплікації
- •20 Послідовність етапів ферменти реплікації днк у прокаріотів та
- •21 Ферменти та механізми транскрипції рнк
- •22 Сигнали транскрипції процесинг
21 Ферменти та механізми транскрипції рнк
Біосинтез РНК на ДНК-матриці отримав назву транскрипції (transcription —
переписування, англ.). Загальні закономірності цього процесу близькі у прокарі-
отів та еукаріотів. Послідовність включення рибонуклеотидів у полірибонуклеотидний ланцюг у процесі транскрипції програмується послідовністю нуклеотидів в матричній
ДНК. Розрізняють кодуючий ланцюг ДНК — тобто такий, з якого зчитується
генетична інформація, та некодуючий ланцюг. У дволанцюговій ДНК, що містить багато генів, для деяких генів кодуючою може бути один з ланцюгів, для інших генів — дру-
гий ланцюг: Транскрипція РНК різних класів на матричній ДНК каталізується фермен-тами ДНК-залежними РНК-полімеразами (РНК-полімеразами), які розрізняються
у прокаріотичних та еукаріотичних організмів. На відміну від ДНК-полімераз, РНК полімерази здатні до самостійної ініціації синтезу полінуклеотидного ланцюга, зв’язуючись у певних ділянках (сайтах) з матричною ДНК. Ферменти та механізми транскрипції у прокаріотів У прокаріотичних клітинах, на відміну від еукаріотичних (див. нижче), єдиним ферментом, що синтезує всі три класи РНК (матричні, транспортні та рибосомальні) є ДНК-залежна РНК-полімераза (РНК-полімераза). РНК-полімераза E.Coli (м.м. 465 кД) є олігомерним білком, що складається з декількох типів субодиниць: двох -субодиниць, однієї - та однієї ’-субодиниці. Ці чотири протомери складають так званий “кор-фермент” (core — серцевина, ядро; англ.) ’, що утворює цілий холофермент при взаємодії з додатковою — -(сигма)-субодиницею, яка зворотно зв’язується з комплексом ’ та дисоціює на певних стадіях транкрипції. Система транскрипції у E.Coli потребує наявності РНК-полімерази
(холоферменту), чотирьох нуклеозидтрифосфатів (АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ) та ДНК-
матриці. Загальна схема РНК-полімеразної реакції може бути подана таким рівнянням:
(НМФ)n+ НТФ ______ (НМФ)n+1 + ФФн РНК РНК подовжена Напрямок синтезу полірибонуклеотидного ланцюга: 5'→3'. Подібно до ДНК- полімеразних реакцій, РНК-полімеразна реакція здійснюється шляхом нуклеофільної атаки 3'-ОН-групи кінцевої рибози полірибонуклеотидного ланцюга на -фосфат нуклеозидтрифосфату, що вступає в реакцію подовження ланцюга.
Каталітичний сайт, що утворює 3'-5'-фосфодіефірні зв’язки між рибонуклеозид-
монофосфатами, локалізований на -субодиниці РНК-полімерази. Безпосередньо ініціація синтезу РНК починається із включення в ланцюг першого (5'-кінцевого) нуклеотиду, яким у всіх мРНК (як в про-так і еукаріотичних організмах) є пуриновий нуклеозидтрифосфат): Швидкість процесу ініціації залежить від структури промоторних послідовностей, що передують точкам ініціації. Існують сильні та слабкі промотори транскрипції: сильні промотори спричиняють ініціацію транскрипції відповідних РНК з частотою до одного акту ініціації на секунду; слабкі промотори спричиняють ініціацію транскрипції з частотою близько одного акту початку синтезу РНК на 10 хвилин. Ефективність дії промоторів залежить від нуклеотидних послідовностей, що розміщені між “-35” та “-10” -блоками; до того ж активність промоторів значно зменшується за умов мутацій у зазначених промоторах. Взаємодія РНК-полімерази з ДНК-матрицею блокується протипухлинним антибіотиком актиноміцином D, який розміщується в щілинах між сусідніми парами азотистих основ, переважно між G-C-парами (процес інтеркаляції), протидіючи зв’язуванню ферменту з полідезоксирибонуклеотидним ланцюгом. Інгібіторами ініціації є антибактеріальні антибіотики рифаміцин та рифампіцин, які блокують зв’язування перших НТФ з активними центрами -субодиниці РНК-полімерази. Елонгація та термінація транкрипції Як уже зазначалося, елонгація синтезу РНК відбувається в напрямку 5'→3' антипаралельно кодуючому (матричному) ланцюгу ДНК: У ході елонгації відбувається розплітання ділянок двоспіральної ДНК, які передують РНК-полімеразі, і утворення 3'-5'-фосфодіефірних зв’язків у полірибонуклеотидному ланцюгу. Вибір чергового НМФ в ланцюгу РНК, що синтезується, визначається будовою комплементарного дНМФ в кодуючому ланцюгу ДНК таким чином, що азотисті основи A, G, T, C ланцюга ДНК кодують включення в ланцюг РНК, відповідно, основ U, C, A та GФерменти та механізми транкрипції в еукаріотів РНК-полімерази вищих організмів Еукаріотичні клітини містять три основних класи РНК-полімераз, кожен з
яких відповідає за транкрипцію різних наборів генів і синтез певного типу РНК.
Молекулярна маса РНК-полімераз з клітин ссавців складає 500-600 кД.
Т а б л и ц я 20.2. Ядерні РНК-полімерази клітин тваринних організмів
Крім зазначених РНК-полімераз, що розташовані в ядрі еукаріотичної клітини,
в мітохондріях функціонує власна РНК-полімераза, яка забезпечує транскрипцію
генів більшості мітохондріальних білків, відповідно до інформації, що закладена
в автономному мітохондріальному геномі. Ядерним ферментом, що забезпечує транскрипцію генів, які програмують синтез більшості клітинних білків, є РНК-полімераза II, яка забезпечує утворення гетерогенних за розміром та нуклеотидною послідовністю попередників мРНК— гяРНК. РНК-полімераза II специфічно блокується -аманітином — токсином, що продукується грибом Amantia phaloides. При дії РНК-полімерази II в клітинах еукаріотів утворюється моноцистронна РНК, тобто така, що є матрицею для синтезу в рибосомах одного поліпептидного ланцюга — на відміну від поліцистронної РНК прокаріотів.