ТРАНСКРИПЦИЯ У ПРОКАРИОТ

Бактериальные РНК-полимеразы — сложные белки, состоя­щие из нескольких субъединиц. Ее основа называется – кор.

РНК-полимераза (кор + α-субъединица) способна узнавать промоторную область в оперонах бактерий и инициировать процесс транскрипции.

После инициации синтеза РНК α-субъединица отделяется от фермента и дальнейшая транскрипция (элонгация цепи РНК) осуществляется кор-ферментом.

Синтез РНК требует локального расплетания двуцепочечной молекулы ДНК с тем, чтобы РНК-полимераза получила доступ к азотистым основаниям матрицы. Имеющиеся данные говорят о том, что РНК-полимераза расплетает (раскручивает) двуцепочечную молекулу ДНК с помощью особого ДНК-раскручивающего сайта, вступая во взаимодействие с матрицей благодаря наличию в ее струк­туре «цинковых пальцев». Перемещаясь вдоль двой­ной спирали ДНК, РНК-полимераза непрерывно раскручивает спираль впереди того участка, где происходит синтез РНК и где на короткое время образуется так называемый открытый комп­лекс, внутри которого возникает РНК-ДНК-спираль длиной около 20 нуклеотидов. Затем фермент (вероятно, с помощью специально­го сайта) вновь закручивает ДНК позади участка полимеризации РНК, и готовая часть РНК-транскрипта выводится из комплекса через особый канал, свойственный РНК-полимеразе.

Скорость синтеза РНК у бактерий составляет -30 нуклеотидов в 1 с, однако она не постоянна и может несколько снижаться. Такие периоды носят название пауз транскрипции, их причины не вполне ясны.

Инициация транскрипции происходит в зоне промотора — особой нуклеотидной последовательности ДНК, которая содержит сигнал начала транскрипции (старт-сигнал). В области старт-сигнала располагаются две последовательности, выявленные у многих сильных промоторов Е. coli: последовательность 5'-АТАТТ-3' (расположена на расстоянии 10 нуклеотидов от точки начала транскрипции), последовательность 5'-TTGACA-3' (удалена от точки начала транскрипции на 35 нуклеотидов). Для транскрипции существенна ориентация промотора: именно она определяет ту цепь ДНК, ко­торая служит матрицей для синтеза РНК. На эти после­довательности (боксы), очевидно, и ориентируется холофермент РНК-полимераза, осуществляя поиск точки начала транскрип­ции. Последовательность 5'-ТАТАТТ-3' называется также ТАТА-боксом, или боксом Прибнова — в честь ее открывателя. В области ТАТА-бокса, очевидно, происходит открытие промотора (локаль­ное плавление относительно непрочно связанных между собой двумя водородными связями комплементарных пар А:Т в дуплексе ДНК), что и приводит к образованию открытого комплекса и инициации транскрипции.

Рисунок. Схема транскрипции катализируемой РНК-полимеразой Е. coli.

1 - осуществление РНК-полимеразой после присоединения δ-фактора (фактор инициации) поиска промотора;

2 - образование закрытого промоторного комплекса - РНК-полимераза связывается с зоной промотора ДНК;

3 - образование открытого комплекса - РНК-полимераза раскручивает двойную спираль ДНК, получает доступ к азотистым основаниям матричной цепи и начинает син­тез РНК (стадия инициации);

4 - отсоединение δ-фактора и присо­единение фактора элонгации соз­дают условия для элонгации транс­крипции: РНК-полимераза быст­ро продвигается по ДНК, раскру­чивая ее двойную спираль, синте­зирует РНК и вновь закручивает спираль ДНК позади места синте­за РНК;

5 - завершение (терминация) синтеза РНК: РНК-поли­мераза достигает зоны терминато­ра, где синтез РНК прекращается;

6 - высвобождение готовой РНК-транскрипта в виде копии матричной цепи ДНК.

Терминация транскрипции также определяется особой нуклеотидной последовательностью в ДНК, расположенной в зоне тер­минатора бактериальных оперонов и называемой стоп-сигналом. В стоп-сигнале имеется GC-богатый участок, обладающий цент­ральной симметрией и представляющий собой самокомплемен­тарную нуклеотидную последовательность. За этим участком на матричной цепи расположена олиго(А)-последовательность (4-8 адениловых нуклеотида подряд). Транскрипция в области GC-богатого сайта приводит к тому, что в образовавшемся РНК-транс­крипте быстро образуется устойчивый элемент вторичной струк­туры — шпилька (спирализованная область, содержащая компле­ментарные GC-пары), которая нарушает прочность гибридиза­ции ДНК: РНК в открытом комплексе и вытесняет РНК-поли-меразу из комплекса. Кроме этого транскрипция олиго(А)-последовательности в матричной цепи ведет к образованию участка РНК: ДНК дуплекса, составленного из непрочных (лег­коплавких) A:U-nap, что также способствует разрушению кон­такта между транскрибируемой цепью ДНК и молекулой РНК. Таким образом, сразу после образования шпильки происходит вы­свобождение синтезированной РНК, отсоединение РНК-полимеразы и восстановление двуспиральной структуры ДНК, причем решающим моментом в этом процессе является образование тер­минирующей шпильки в составе РНК.

Часть терминаторов узнается РНК-полимеразой только с по­мощью белкового фактора терминации — р(ро)-фактора, способного связываться с областью терминатора. Он присоединяется к РНК-продукту непосредственно перед терминатором. Фактор р катализирует реакцию гидролиза нуклеозидтрифосфатов, что ведет к высвобождению энергии, которая влияет на его конформацию. Изменение конформации р-фактора, вероятно, способствует вытеснению РНК или РНК-полимеразы из транскрипционного комплекса.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: