Репликацияға қатысатын белоктар мен ферменттер

Сонымен, ДНҚ-полмераза-1 ДНҚ-ның жаңа тізбектерінің синтезін бастайтын қабілеті жоқ болып шықты. ДНҚ репликациясының басталуына қатысатын ферменттердің бірі – праймаза деп аталатын жасушаның арнайы РНҚ-полимераза ферменті екен, ол праймер деп аталатын қысқа, 10-60 нуклеотидтерден тұратын олигорибонуклеотидтерді синтездейді, тек содан кейін ғана ДНҚ-ның синтезі басталады. Праймазалар құрылысы және арнайы қызметі бойынша бір-бірінен өзгеше болып келеді. Праймасома ферменттің каталитикалық қызметінде ерекше роль атқарады. Праймасома әртүрлі 7 суббірліктердің жиынтығы болып табылады. Арнайы n ’ деген белоктың активтігінің нәтижесінде түзілген АТФ-ты пайдаланып, праймосома қалушы (отстающая) ДНҚ тізбегіне тез орын ауыстырады. Репликация айырына жақын жерде праймаза танитындай ДНҚ-ның арнайы екінші структурасының құрылуына қатысатын dna B және dna C белок комплекстері де прайсоманың құрамына кіреді.

Жаңадан пайда болған ДНҚ-ның синтезін катализдайтын негізгі фермент ДНҚ-полимераза-3 болып табылады (дәлірек айтқанда, ол ДНҚ репликациясының ұзаруына жауап береді). Ол - ДНҚ-полимеразаның өзінің және басқа белоктардың мультимерлік комплексі. Мысалы, ішек таяқшасының ДНҚ-полимераза-3 ферментінің құрамына 10 суббірлік кіреді. Репликация кезінде ДНҚ-полимераза-3-тің димерлік формасы жетекші (ведущая) және қалушы тізбектерінің бірлескен синтезін жүргізеді деген дәлелдер бар.

Қазір ДНҚ-полимераза-1 бастаушы (затравка) рибонуклеотидтік праймердің бөлініп кетуін және сол босаған бөлікті дезоксирибонуклеотидтермен толтыру процестерін катализдейтіні дәл анықталған. Ішек таяқшасы бактерияның ДНҚ-полимераза-2 ферменті ДНҚ тізбегінің бұзылған бөліктерін қалпына келтіріп, «жөндеу» қызметін атқарады. Тағы да айта кететін нәрсе – ДНҚ-полимераза-1 матрица ретінде ДНҚ-ның бір тізбекті бөліктерін пайдаланады, ал ДНҚ-полимераза-3 арасында қысқа бір тізбекті қатарлар болатын ДНҚ-ның қос тізбегін пайдаланады.

ДНҚ-лигаза ерекше ферменті репликация немесе репарация (жөндеу) кезінде қысқа ДНҚ-тізбектерін бір-бірімен жалғастырады. Ол АТФ энергиясын пайдалана отырып, бір фрагменттің дезоксирибозасының 3’-ОН тобы мен екінші ДНҚ фрагментінің 5’-фосфат тобының арасындағы фосфодиэфирлік байланыстың құрылуын катализдейді.

Репликация айырында қос спиралдың иірімін жазып, бір-бірінен ажырататын арнайы фермент – хеликаза. Ол үшін хеликаза АТФ энергиясын пайдалтанады. Осылай уақытша пайда болған ДНҚ ажыраған бөлімдері репликация кезінде матрица қызметін атқарады және ерекше белоктар ДНҚ-ның ажыраған бір тізбектерімен байланысып, олардың қайта спираль құруын болдырмай, ұстап тұрады. Осыған байланысты кейде оларды қос тізбекті тұрақсыздандыратын белоктар деп те атайды. Сонымен қатар, аса қатты спиралданған ДНҚ-да репликация мен транскрипцияның ойдағыдай жүруіне жағдай жасайтын топоизмеразалар деген ферменттердің тағы да ерекше түрлері бар. Олар ДНҚ-ның қос тізбегін аса қатты ширатып қана қоймайды, сонымен қатар сондай спиралдың белгілі бір жерін үзіп жіберіп, спиралға түскен күшті кернеуді жояды. Ақырында, ДНҚ-дағы нуклеотидтер қатарын тексеріп, қате орналасқан нуклеотидтерді тізбектен алып тастап, жөндеуші ферменттер де бар.

ДНҚ биосинтезінің кезеңдері. Қарапайым бактериядағы ДНҚ синтезін шартты түрде үш кезеңге бөлуге болады. Олар: инициация, яғни басталуы; элонгация, яғни ұзаруы, және терминация, яғни ДНҚ синтезінің аяқталуы. Осы кезеңдердің әрқайсысы үшін арнайы ферменттер мен белоктардың қатысуы қажет.

1-ші кезең – ДНҚ биосинтезінің инициациясы. Инициация - репликацияның өте сезімтал түрде және дәл реттелетін кезеңі болып табылады. Инициация кезінде ДНҚ тізбектеріне белгілі кезекпен ДНҚ-ны тарқататын және басқа да ерекше белоктар байланысады. Бұл кезеңде процеске кем дегенде 8 жақсы зерттелген әртүрлі ферменттер мен белоктар қатысады. Аналық матрица тізбегінің бойында ДНҚ синтезінің екі түрі бірдей жүреді. Сондай әртүрлі синтезделетін ДНҚ тізбегінің бірін – бастаушы (ведущая, leading) тізбек, екіншісін – қалушы (отстающая, lagging) тізбек деп атайды. Жаңа ұрпақ ДНҚ тізбектерінің синтезінің басталуы үшін ДНҚ-матрицада алдын ала бөлекше, рибозасының бос 3’-гидроксил тобы бар бастаушы, праймер-олигорибонуклеотиді синтезделуі керек, және бұл қысқа олигорибонуклеотид ДНҚ матрицаға комплементарлы болып, РНҚ-полимеразалық активтігі бар праймаза ферментінің қатысуымен синтезделеді. Содан кейін ДНҚ-полимеразалар мен праймазалардың комплекстері байланысады.

2-ші кезең – ДНҚ-ның синтезінің ұзаруы. Синтезделген праймерге ДНҚ-полимераза-3 ферментінің активтігінің нәтижесінде дезоксирибонуклеотидтер жалғаса бастайды. Одан ары репликация айырын өкшелеп, осындай реакция тізбегі үздіксіз жүріп отырады. Ал, қалушы тізбектің синтезі репликация айырының ажырауына қарама-қарсы бағытта фрагменттер түрінде басталады. Ол фрагменттер әр кезде праймердің синтезінен басталып, бір-бірінен бөлек жасалады. Репликацияның белок-факторларының біреуінің көмегімен праймаза дайын фрагменттен келесі фрагменттің синтезінің басталу нүктесіне, фрагменттің синтезіне қарама-қарсы бағытта тасымалданады. Элонгация олигорибонуклеотид-праймердің бөлінуімен, ДНҚ-лигазалардың жеке фрагменттерді бір-бірімен жалғастыруымен, соның нәтижесінде ұрпақ ДНҚ тізбектердің пайда болуымен аяқталады. Бұл жерде бастаушы және қалушы тізбектердің синтездерінің арасында полимеразалар және барлық праймосоманың қатысуымен болатын белгілі бір үйлесімділіктердің болатыны анық.

Репликация кезіндегі полимеризация реакциясының химиялық мәні мынада: матрицаның бос 3’гидроксил тобы матрицаға комплементарлы, байланысуға келе жатқан деоксинуклеозидтрифосфаттың α-фосфат тобына шабуыл жасап, оның нәтижесінде пирофосфат қалдығы бөлінеді және фосфодиэфирлік байланыс пайда болады. Жаңадан жалғасқан нуклеотидтің бос 3’гидроксил тобы келесі келе жатқан нуклеозидтрифосфаттың α-фосфат тобына шабуыл жасап, полимеризация процесі ары қарай 5’ à 3’ бағытында, ұшы 5’-фосфатпен бітетін матрица бағытына қарсы (антипараллельно) жүре береді.

Дәл осы праймердің рибозасының 3’-ұшындағы гидроксил тобы ДНҚ-ның аналық тізбегіне комплементарлы, жетекші ұрпақ тізбегінің синтезі басталатын нүкте болып табылады. Жоғарыда айтылғандай, праймердің соңғы рибонуклеотидінің 3’-ұшындағы гидроксиль тобы мен бірінші дезоксирибонуклеотидтрифосфаттың альфа-фосфаттық тобының арасындағы реакция аналық ДНҚ-тізбегіне сәйкес, қатаң комплементарлы жағдайда жүреді. Одан ары, жаңа синтезделген ДНҚ тізбегіне комплементарлы байланысқан бұл фрагмент ДНҚ-полимераза-1 ферментінің активтігінің нәтижесінде ыдырайды, оның орнында пайда болған «бос орын» дәл сол ДНҚ-полимераза-1-ның белсенділігінің нәтижесінде дезоксирибонуклеотидтер қатарымен толтырылады.

3-ші кезең – ДНҚ синтезінің терминациясы. Бұл соңғы кезең ДНҚ-матрицаның белгілі бір бөлігіне жеткенде және трансферазалық реакциялар тоқтаған кезде келеді. ДНҚ репликациясының дәлдігі соншалықты – 10¹⁰ рет жүретін трансферазалық реакциялардың бірі ғана қате болуы мүмкін, бірақ ондай қатені түзеу репарация процестерінің барысында оңай іске асады.

Репликация процесінің күрделілігі – жаңа ұрпақ тізбектердің аналық ДНҚ-ның екі тізбегінде бірдей синтезделуінде. Бұл дұрыс болса – онда репликация айырының тізбектерінің тек біреуінің бойында 5’ à 3’ бағытында жүретін болады. Бірақ, кейінгі мұқият зерттеулер жаңа ДНҚ тізбектері репликация айырының аналық екі тізбегінің бойында бірдей жүретінін көрсетті. Яғни, аналық тізбектердің айырыла бастаған жерлерінде әруақытта екі жаңа тізбектер синтезделіп отырады. Айырдың ары қарай ажырау барысында оны өкшелеп, аналық 5’—3’ тізбекте жаңа тізбектер айырылу нүктесінен кері қарай, яғни 5’ à 3’бағытында синтезделеді екен. Ал, аналық 3’—5’ тізбегінің бойында жаңа тізбек айырылу бағытына қарай, яғни 5’ à 3’ бағытында синтезделетін болып шықты (төмендегі сурет).

Кейінгі зерттеулер ескі ДНҚ-ның 3’—5’ тізбегінің бойында жаңа тізбек үздіксіз жүретінін, ал, ескі 5’—3’ тізбектің бойында жаңа тізбек үздікпен, кесінділер түрінде синтезделетіні анықталды. Жоғарыда үздіксіз синтезделетін тізбекті бастаушы (leading) тізбек деп атадық. Үздікпен синтезделетін, немесе қалушы (lagging) ДНҚ-кесінділерін Оказаки фрагменттері деп атайды (репликация кезінде жаңа тізбектің синтезінің осындай ерекше түрін ашқан жапон ғалымы Т.Оказаки болды). Кейіннен Оказаки фрагменттері ерекше ДНҚ-лигаза ферменті арқылы бір-бірімен жалғанады. Бактериядағы Оказаки фрагменттерінің ұзындығы 1000-нан 2000-ға дейін нуклеотидтерден тұрады, эукариоттарда олар 150-200 нуклеотидке ұзындау болады. Сонымен жаңа тізбектер әрқашан 5’ à 3’ бағытында синтезделеді.

ДНҚ-полимераза-1-дің қасиеті сол – оның 3’à 5’-экзонуклеазалық активтігі бар және сол арқылы репликация кезінде пайда болған қатені түзейді. Структуралық анализдер ДНҚ-полимераза ферменті ДНҚ-ның бойымен сырғи алатын болғандықтан экзонуклеазалық актитвтігі оның полимеразалық активтігінің алдында іске асып отырады. Ол жаңа ДНҚ тізбегіне қате жалғасқан негіздің орнын ауыстырады. Оның орнына комплементарлы нуклеотидке сәйкес келетін негізді жалғастырып, 5’à3’ бағытында ары қарай қозғала береді.

Оказаки фрагменттреінің синтезделуі. (а) интервалдарда праймаза жаңа Оказаки фрагменттері үшін РНҚ-праймерді синтездейді. (b) – әрбір праймерді ДНҚ-полимераза-III ұзартады. (с) – ДНҚ-ның синтезі алдыңғы Оказаки фрагменті ұзарғанға дейін жүре береді. Жаңа праймер репликация айырының түбіне жақын жерде синтезделеді және процесс қайта басталады. SSB – ДНҚ-ның бір тізбегімен байланысатын ерекше белок. Оның көп молекулалары ДНҚ-ның бір тізбегімен байланысып, олардың қайта спираль түзуіне жол бермейді.

ДНҚ-ның репликациясы кезінде оның бұзылған жерін, немесе кетікті қалпына келтіру процестері жүріп отырады. Бұл процесте ДНҚ өрімі шаблонмен жұпталып, бір уақытта ДНҚ-полимераза-1 ферментінің 5’à3’-экзонуклеаза активтігі арқылы ыдырайды, және оның орнына дәл осы ферменттің полимераза активтігі келеді. Ферменттің осы активтіктері екі роль атқарады: ДНҚ-ны түзейді және репликация кезінде РНҚ-праймерлерін ыдыратып, алып тастайды. ДНҚ синтезі үзілген жерде басталады (бұзылған фосфодиэфирлік байланыс бос 3’-ОН- және 5’-фосфатты қалдырады). Полимераза-1 шаблонсыз ДНҚ өрімін ұзартады және ДНҚ бойымен оның жарылған бөліміне жетеді – оны үзілу трансляциясы деп атайды.

ДНҚ-полимераза-1 ферментінің 3’à5’-экзонуклеазалық активтігі арқылы репликацияның қатесін түзеу қасиеті. Структуралық анализдер ДНҚ-полимераза ферменті ДНҚ-ның бойымен сырғи алатын болғандықтан экзонуклеазалық актитвтігі полимераза активтігінің алдында екенін көрсетті. Жаңа ДНҚ тізбегіне қате жалғасқан негіздің орнын ауыстырады. Оның орнына комплементарлы нуклеотидке сәйкес келетін негізді жалғастырып, 5’à3’ бағытында ары қарай қозғала береді.

Саңылауды жамау. Бұл процесте ДНҚ өрімі шаблонмен жұпталып, бір уақытта ДНҚ-полимераза-1 ферментінің 5’à3’-экзонуклеаза активтігі арқылы ыдырайды, және оның орнына дәл осы ферменттің полимераза активтігі келеді. Ферменттің осы активтіктері екі роль атқарады: ДНҚ-ны түзейді және репликация кезінде РНҚ-праймерлерін ыдыратып, алып тастайды. ДНҚ синтезі үзілген жерде басталады (бұзылған фосфодиэфирлік байланыс бос 3’-ОН- және 5’-фосфатты қалдырады). Полимераза-1 шаблонсыз ДНҚ өрімін ұзартады және ДНҚ бойымен оның жарылған бөліміне жетеді – оны үзілу трансляциясы деп атайды.

Бақылау сұрақтар:

1. Гетероциклдар дегеніміз не?

2. Нуклеин қышқылдарының қаңқасы қандай қосылыстардан тұрады?

3. Қай ғалым ДНҚ-дағы пуриндер мен пиримидиндердің саны бірдей болады деп дәлелдеді?

4. Неге репликацияны жартылай консервативті деп атайды?

5. Нуклеотидердегі пентоза қандай қосылыстармен N-гликозидтік байланыс құрайды?

5-ші дәріс. Транскрипция. РНҚ-ның түрлерінің синтезделуі.

1. Транскриция принциптері.

2. Промотор дегеніміз не

3. Транскрипция кезеңдері.

4. РНҚ-ның түрлерінің синтезделуі.

5. РНҚ-полимераза ферментінің құрылысы мен түрлері.

Генетикалық ақпараттардың ағымының синтезделген белоктар түрінде іске асуы гендердің экспрессиясы деп аталады. Оның құрамына транскрипция процесі, яғни ДНҚ молекуласына қарап матрицалық РНҚ-ның (және басқа да РНҚ түрлерінің) биосинтезі және трансляция процесі, яғни рибосомада мРНҚ қарап сәйкес белоктың синтезделуі кіреді. Рибосомалық және транспорттық РНҚ-лар тікелей ДНҚ-да синтезделеді.

Танскрипция химиялық механизмдері, синтезінің жүру бағыты және матрицаны пайдалану жағынан репликацияға ұқсас болғанымен, оның бірқатар ерекшеліктері әлдеқайда өзгеше – ол мРНҚ синтезі үшін ешқандай праймер, және матрица ретінде ДНҚ-молекуласының барлық ұзындығы қажет болмайды (жеке ген немесе гендер тобы түрінде ДНҚ-ның сегменттері қажет). Cонымен қатар, матрица ретінде ДНҚ-ның тек бір ғана тізбегі қажет. Адамның әр жасушасыныңгеномы 3.5 ^. 10⁹ негіздердің жұбынан тұрады және олар 1.5 ^. 10⁶ ген жұптарының кодталуын қамтамасыз ете алады. Бірақ, адам организміндегі белоктардың түрлері (шамамен 100000-ға жуық) мен мөлшері туралы қолдағы бар мәліметтер адам геномының көпшілік бөлігі транскрипцияланбайтынын, яғни амитн қышқылдары түрінде белоктар үшін берілмейтінін көрсетіп отыр. Адам геномының трансляцияланбайтын белгілі бөлігі гендердің экспрессиясы кезінде реттеу қызметтерін атқаратыны да анықталған. Ерекше айта кететін нәрсе – адам геномында көптеген қайталанып отыратын, бірақ құрамында гендері жоқ тізбектер бар – олардың биологиялық мәні әлі де толық анықталмаған.

ДНҚ-матрицасына қарап отырып РНҚ-ның синтезделуін транскрипция деп атайды. Транскрипцияның өнімі, немесе нәтижесі ретінде клеткадағы белок биосинтезіне қатысатын РНҚ молекулаларының барлық типтерін қарауға болады, олар – матрицалық (ақпараттық) РНҚ (м-РНҚ), рибосомалық РНҚ (р-РНҚ), және тасымалдаушы немесе транспорттық РНҚ (т-РНҚ). РНҚ молекулаларының синтезі ядрода жүреді және ДНҚ-ның репликациясына өте ұқсас. Айырмашылығы тек сонда - РНҚ-тізбегін көшірме ретінде синтездеу үшін ДНҚ-ның тек бір ғана тізбегі пайдаланылады.

ДНҚ-ның екі тізбегінің тікелей РНҚ молекулаларының транскрипциясы жүретін тізбегін кодтаушы немесе матрицалық тізбек деп атайды. Екінші тізбегін сәйкес геннің кодтамайтын (бірақ мәні бар) тізбегі деп жиі атайды:

Әдетте әртүрлі РНҚ дуплекстік жұпталған геномның тізбектерінің біреуінен транскрипцияланады, бірақ кейбір геномдарда (Т4 фагындағы секілді) матрица ретінде ДНҚ-ның әртүрлі тізбектері пайдаланылады. Басқа сөзбен айтқанда, ДНҚ молекуласының бір тізбегі кейбір гендер үшін кодтайтын болып табылса, екінші гендер үшін кодталмайтын болып шығады.

РНҚ синтезі үшін төрт рибонуклеозид-5’-трифосфат түрлері нуклеотидтік шикізаттары болып табылады, олар: АТФ, ГТФ, УТФ және ЦТФ. РНҚ-полимеразалары тізбектің өсіп бара жатқан ұшындағы нуклеотидтің 3’-ОН-тобын келесі рибонуклеозид-5’-трифосфаттың α–фосфатына байланыстыру реакциясын катализдайды. Осы реакцияның көптеген рет қайталануы РНҚ тізбегін біртіндеп ұзаруына алып келеді. Транскрипция кезінде РНҚ синтезі ұзарып бара жатқан тізбектің 5’ à 3’ бағытында жүреді. Екі тізбекті ДНК барлық клеткалық РНҚ молекулалары үшін матрица болып табылады. Нуклеотидтердің байланысу кезегі (немесе тәртібі) азоттық негіздердің комплементарлы жұптасуымен анықталады. Реакцияны РНҚ-полимераза ферменті катализдейді.

Транскрипция процесі негізгі үш кезеңге бөлінеді, олар: инициация (РНҚ синтезінің басталуы), элонгация (полинуклеотид тізбегінің ұзаруы) және терминация (процестің аяқталуы).

РНҚ синтезінің жүру жолы прокариоттарда барынша толығымен сипатталған. Прокариоттарда жалғыз ДНҚ-ға тәуелді РНҚ-полимераза РНҚ-ның барлық түрін синтездейді. РНҚ-ны синтездейтін ерекше фермент – РНҚ-полимераза өз реакциясын Mg²⁺ немесе Mn²⁺ иондары және рибонуклеозидтрифосфаттардың барлық 4 түрі (яғни АТФ, ГТФ, ЦТФ және УТФ) болған кезде ғана жүргізеді. Ферменттің ерекшелігі – нуклеотидтерді РНҚ-ның құрамына ендіру үшін ол алдына ала синтезделген ДНҚ-матрица қажет етеді. Полимеризация реакциясына қажет алдын ала жасалатын ДНҚ молекуласы жаңадан синтезделетін РНҚ молекуласындағы рибонуклеотидтердің қатарын анықтайды. Басқаша айтқанда, ДНҚ-ның бірінші деңгейдегі құрылысының көшірмесі болып табылатын ДНҚ-матрицада оған комплементарлы полирибонуклеотид жасалады. Бірақ бұл жерде әдеттегі тиминнің орнына РНҚ-ның құрамына урацил кіреді.

Синтезделген РНҚ молекуласында да нуклеотидтер ДНҚ-дағы секілді бір-бірімен 3’- 5’-фосфодиэфирлік көпірлермен байланысады. РНҚ-ның синтезі де 5’ à 3’ бағытында жүреді. Синтезделетін РНҚ тізбегі алдын ала синтезделген ДНҚ-ға қарама-қарсы полярлы болады. Жүргізілген зерттеулер in vivo жағдайында ДНК-ның тек бір тізбегі ғана транскрипцияланатын секілді. РНҚ-полимераза нативті ДНҚ-ның бір тізбегімен белгілі бір нүктеде байланысып, қос спиралды струтураның таратылып, шектелген бөлігінде оның ажыратылуын тудырады және сол бөлікте РНҚ синтезі іске асады.

РНҚ-полимераза – олигомерлі фермент, ол екі бірдей α-суббірліктен (әрқайсысының молекулалық массасы 36000), әртүрлі екі β-суббірліктерінен (мол.массасы β₁ = 151000 және β₂ = 155000), φ-суббірліктерден (11000) және σ-суббірліктерден (жалпы мол. массасы 390000) тұрады. Транскрипция процесі басталар алдында РНҚ-полимераза байланысатын ДНҚ-ның бөлігін промотор деп атайды, осы промотор тізбегін РНҚ-полимерезеның σ-суббурлігі (басқаша σ-фактор) танып-біледі. Оның нәтижесінде ашық комплекс пайда болады – бір-бірінен ажыраған ДНҚ тізбегінің біріне РНҚ-полимераза байланысады. Ферменттің басқа α-суббірліктері транскрипцияны бастайды (инициация), бета-суббурліктер каталитикалық реакцияларды (субстратты байланыстыру және элонгация) іске асырады. Сонымен қатар, РНҚ синтезіне бірқатар басқа да белоктар қатысады. Оларға репрессорлар мен терминация белоктары жатады. Терминация белогы (р-фактор) ДНҚ белгілі бөлігімен қайтымды түрде байланысып, РНҚ синтезін қажет уақытысында тоқтатады.

Промоторлық сайттық структурасын анализдеу промоторды тануда және оның функциясында шешуші роль атқаратын екі консервативті бөліктердің бар екенін көрсетті. Прокариоттардың көптеген гендерінің промоторларының құрамында универсальді (бәріне бірдей), бастаушы нүктенің алдында 10 нуклеотид қашықтығында (-10 тізбек) РНҚ-полимераза тани алатын 5’-ТАТААТ-3’ тізбегі орналасқан. Оларды Д.Прибнов алғаш рет 1975 жылы Т7-бактериофагының екі генінің промоторларында тапқан. Сондықтан сол жаңалықты ашушының құрметіне ол тізбекті Прибнов тізбегі (Прибнов-боксы) немесе ТАТА-тізбек деп атайды.

Инициация сайтының алдында, шамамен 35 негіздер қашықтығында (-35 тізбек), ұзындығы әдетте 10 нуклеотидтен тұратын тағы бір тізбек те прокариоттардың көпшілік промоторларында кездеседі. -35 және -10 бөліктердің арасындағы сегменттің нуклеотидтік тізбегі шешуші роль атқармайды, олардың арасы тек қашықтық ретінде ғана маңызды болуы мүмкін. РНҚ-полимеразаның Прибнов-боксына ауысуының алдында бұл ферменттің байланысу процесіне -35 тізбек қатысады.

Құрамында сигма σ-фактор бар инициациялық РНҚ-полимераза комплексі ұзындығы 75-80 нуклеотидтен тұратын ДНҚ бөлігімен байланысады (-55-тен +20 жұп нуклеотидтер аймағы). РНҚ-полимераза спиральді жергілікті ажыратып, промотормен ашық комплекс түзеді – бұл процесс Прибнов-боксынан басталады және РНҚ синтезінің басталуына жағдай жасалады. Осымен бірдей уақытта -10 жағдайындағы ДНҚ-ның қос тізбегінің екі орамы (ұзындығы 17 жұп нуклеотидтер) толығымен бір-бірінен ажырайды.

Сигма σ-фактор диссоциаланғанда РНҚ-полимеразаның өзі -30 жағдайында қысқарады, сөйтіп ол элонгация комплексіне айналады. Осы элонгация комплексі -35 –тен -55 –ші нуклеотидтер жұбына дейінгі аралықта ДНҚ-мен байланысады. Ал, фермент бірнеше жұп нуклеотидтер бойымен жылжығаннан кейін ол одан ары ықшамдалады және ұзындығы 30-40 нуклеотид жұбы бар ДНҚ бөлігімен байланысады (сурет 4.2.). Жеке гендердің транскрипциясының бір-бірінен айырашылығы және белсенділігі (немесе эффектілігі) промотарлардың структурасы мен олардың РНҚ-полимеразалармен бірігуіне байланысты..

Геномның транскрипцияланбайтын тізбектерінде, интрон-экзондардың алдында промотормен қатар энхансер және сайленсер деген тізбектер болады. Энхансер транскрипцияны күшейтеді де, сайленсер – оны баяулатады. Олар транскрипция кезінде арнайы белоктармен әректтесіп, реттеуші сигналдардың қызметін атқарады.

Прокариоттық гендердің транскрипциясының аяқталуын (терминациясын) транскрипциялық терминаторлар дер аталатын элементтермен анықтайды. Терминацияның екі түрлі сигналы анықталған, олар – р -ға тәуелді және р -дан тәуелсіз терминаторлар. Ол екеуінде өздеріне бірдей белгілер бар. Екеуінің де құрамында инверттелген нуклеотид қайталамдары болады және соның нәтижесінде РНҚ-транскриптердің 3’-ұштары ұзындығы әртүрлі шпилкілер құрайды.

Р -ға тәуелді терминаторлар терминация нүктесінен кейін 16-20 нуклеотид жұптарынан соң орналасқан тізбектерден тұрады және олар инверттелген қайталамдар болып табылады. Бұл тізбек 4-8 А (Т) нуклеотидтерінен тұратын «жіпжемен» тұйықталады және бұл жіпшенің бойында оған сәйкес У-тізбегі синтезделеді. Р -дан тәуелсіз терминаторлардың шпилкілердің сабақтарында әдетте ГЦ-ға бай бөліктер бар, оның біреуі сабақтың түбіріне жақын орналасқан, және оған 4-6 уридилдік қалдықтардан және 1-2 аденилдік қалдықтардан тұратын сегмент жымысады (примыкает). Ал, р -дан тәуелсіз терминаторларда АТ-жіпшесі болмайды және көп жағдайда шпилкілік құрылымдар түзілмейді. ГЦ-бөлімшелерінде мутация бола қалса – одна терминация толығымен тоқталады.

Р -фактор – ол екі домені бар олигомерлі белок: бір домен РНҚ-мен байланысады, екіншісі – АТФ-пен. Инициация секілді терминация да реттелетін процесс болып табылады. Антитерминаторлық белсенділік көрсетіп, р -дан тәуелсіз терминаторлардағы терминацияны тоқтататын да белоктар бар.

Белоктарды кодтайтын прокариот гендерінің транскрипциясынан пайда болған алғашқы немесе бірінші қатардағы транскрипттер мРНҚ түрінде ешқандай кейінгі модификациясыз жұмыс жасай береді.

Эукариоттарда транскрипция процесі әлдеқайда күрделенеген. Эукариоттардың прокариоттардан айырмашылығы – оларда әрқайсысы клеткалық РНҚ-ның өзгеше түрлерін кодтайтын гендердің транскрипциясына жауап беретін үш түрлі эукариоттық РНҚ-полимеразалар бар (4.2.кесте). РНҚ-полимераза I (А) ядрошықта болады және көпшілік РНҚ молекулаларының (18S, 28S және 5,8S) синтезіне қатысады, РНҚ-полимераза II (В) мРНҚ және гяРНҚ (гетерогенді ядролық РНҚ) синтездерін қамтамасыз етеді, ал РНҚ-полимераза III (С) тРНҚ-ның, 5S РНҚ-ның және кейбір кіші ядролық РНҚ-лардың синтезін іске асырады.

Жануарлардың ДНҚ-ға тәуелді РНҚ-полимеразаларының номенклатурасы мен локализациясы

Сүтқоректілердің үш маңызды РНҚ-полимеразаларының молекулалық массалары 500-600 кДа арасында өзгеріп отырады. Олар молекулярлық құрылымы тұрғысынан бактерияның ДНҚ-ға тәуелді РНҚ-полимеразасына көп жағынан ұқсас. Олардың барлығының молекуласында екі үлкен және бірнеше кіші суббірліктер болады. Жеке суббірліктердің қызметі әлі күнге дейін толық анықталмаған. Токсиндердің бірі – Amantia phaloides деген саңырауқұлақ бөліп шығаратын α-аманитин уы ДНҚ-ға тәуелді РНҚ-полимераза II ферментінің арнайы ингибиторы болып табылады, сондықтан оны көптеген молекулярық-биологиялық зерттеулерде эффектілі түрде пайдаланады. Эукариоттарда үш әртүрлі РНҚ-полимеразалар анықталған, олардың массалары өте үлкен: 500000-нан 600000 далтонға дейін. РНҚ-полимераза-1 тек рибосомалық РНҚ-ны, дәлірек айтқанда, рРНҚ-ның, яғни 5.8S рРНҚ, 18S рРНҚ және 28S рРНҚ-ларға жалпы біртұтас бүтін шикізатын синтездейді. Бұл фермент ДНҚ-ның бірнеше промотоымен байланыса алады. РНҚ-полимераза-2 ақпараттық мРНҚ-ны синтездейді. Бұл ферменттің ерекшелігі – ол өте көп промотор түрлерімен байланыса алады, ондай промоторлардың көпшігіне бірдей шешуші нуклеотидтер қатары болады. РНҚ-полимераза-3 негізінен транспорттық РНҚ-ларды, рибосоманы 5S РНҚ-сын, және бірқатар кіші молекулалы, арнай қызметтері болатын РНҚ-ларды синтездейді. Эукариоттарда транскрипцияның жүруін реттеп отыратын басқа да белок-факторлар бар – олар транскрипция ферменттерімен бірге транскрипциялық комплекс түзеді.

Эукариоттық РНҚ-полимераза II бағыттайтын транскрипцияның терминация сигналдары толық зерттеліп бітпеген. Эукариоттардағы транскрипция терминациясына бактерияның р -факторы секілді қандай-да бір арнайы белоктық факторлардың қатысу-қатыспауы да әлі белгісіз. Пісіп-жетілген мРНҚ-ның 3’-ұшы транскрипциядан кейін екі кезең ішінде пайда болуы мүмкін. РНҚ-полимераза II транскрипттің 3’-ұшын кодтайтын бөлімнен өткеннен кейін, ААУААА консенсустық 3’-тізбегінен кейін 15 негіз қашықтығында тұрған бірінші транскриптті РНҚ-эндонуклеаза ыдыратады. Эукариоттық клеткаларда ААУААА тізбегі РНК-ны кесу туралы сигналдың қызметін атқарады. Содан кейін жаңадан пайда болған 3’-ұшы, төменде суреттелетіндей, полиаденилденеді (адениндерден тұратын тізбек пайда болады).

тРНҚ мен 5S рРНҚ-ның гендерін транскрипциялайтын ДНҚ-ға тәуелді РНҚ-полимераза III тікелей транскрипцияланатын тізбектің шегінде орналасқан генішілік промоторды таниды. тРНҚ мен 5S рРНҚ-ның гендерінің транскрипциясын қамтамасыз ететін РНҚ-полимераза III, генішілік фактордың арнайы белоктық фактормен әрекеті анықталған.

Бақылау сұрақтар:

1. Геннің экспрессиясы дегеніміз не?

2. РНҚ-полимеразаның ойдағыдай жұмыс істеуі үшін қандай компоненттер қажет?

3. Жалпы транскрипцияға қанша РНҚ-полимераза түрлері қатысады?

4. Репреесорлардың табиғаты қандай?

5. Қандай қосылыс транскрипцияны тежейді?

6-шы дәріс. РНҚ-ның процессингі. Транскрипцияның реттелуі.

Дәрістің жоспары:

1. РНҚ молекуласының процессингі дегеніміз не?

2. Сплайсинг қалай жүреді?

3. Алтернативті сплайсингтің мәнісі неде?

4. Интрондардың бірінші және екінші топтарындағы сплайсинг процесі?

5. Кері транскриптаза қандай фермент?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: