БИОСИНТЕЗ РНК
Транскрипция — биосинтез РНК на матрице ДНК. В отличие от репликации, транскрипции подвергается не вся молекула ДНК. Единицей транскрипции является оперон (у прокариот) или транскриптон (у эукариот). Участок ДНК, ограниченный промотором и терминатором.
Фермент транскрипции — РНК-полимераза — синтезирует РНК в направлении от 5/-конца к 3/-концу, комплементарно и антипараллельно матричной цепи ДНК. Субстратами для синтеза РНК являются активированные нуклеотиды (АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ). Кофакторы: магний и марганец.
РНК-полимераза не нуждается в затравочном олигонуклеотиде (праймере), не обладает нуклеазной активностью, перемещается значительно медленнее по матрице (приблизительно 50-100 оснований/сек для РНК против около 1000 осн/сек для ДНК). Точек инициации транскрипция намного больше чем у репликации. Число молекул РНКполимераз в клетке намного больше, чем ДНК-полимераз. Наконец, точность полимеризации РНК - намного ниже, чем ДНК, так как дефектные молекулы РНК могут быть просто удалены.
РНК-полимеразы требуют TF-факторов 1,2,3 соответственно. Для связывания с ДНК TF-факторы используют «цинковые пальцы» (Цис, Гис и цинк) и «лейциновую молнию» (альфа-спирали, обогащенные Лей с одной стороны и +амк с другой)
РНК-полимераза I – рРНК.
РНК-полимераза II –мРНК, (гяРНК).
РНК-полимераза III – тРНК, рРНК 5S.
РНК-полимеразы эукариот нечувствительны к ингибиторам бактериальных РНК-полимераз - рифампицину и стрептолидигину. Специфическим ингибитором РНК-полимеразы II является токсин бледной поганки - a-аманитин, использование которого помогло в открытии разных РНК полимераз: РНК-полимераза I не чувствительна к нему; РНК-полимераза II обладает очень высокой чувствительностью; РНК-полимераза III ингибируется только под действием высоких доз этого токсина.
Схема синтеза РНК может выглядеть следующим образом:
аАТФ+bГТФ+cЦТФ+dУТФ à РНК + (a+b+c+d) пирофосфат.
Необратимость реакции связана с гидролизом пирофосфата, высвобождаемого в реакции.
Этапы:
1. Инициация транскрипции: холофермент РНК-полимеразы связывается с матрицей в области промотора, вызывает локальное плавление ДНК и начинает синтез РНК.
В промоторной зоне транскриптона выявляются зоны, которые указывают не только место начала транскрипции, но частоту этого процесса.
1. На расстоянии 27-30 пар нуклеотидов от сайта инициации расположен TATA-бокс, консенсусная последовательность которого выглядит как TATA(A/T)A(A/T) . Положение TATA-элемента строго определяет сайт инициации транскрипции, т.е. 5'-конец транскрипта. При повреждении или удалении TATA-элемента образуется набор молекул РНК с разными 5'-концами. Отдельные нуклеотидные замены в TATA-элементе могут приводить к резкому снижению эффективности транскрипции. Промоторная зона некоторых генов (например, гена ГМГ-KoA-редуктазы) не содержит TATA-элемента, и транскрипция начинается с нескольких разных сайтов.
2. Расположенный дальше к 5’ концу участок регулирует базовую частоту транскрипции (ЦААТ бокс).
3. Еще далее от начала сайта инициации располагаются последовательности, участвующие в изменении базового уровня транскрипции (энхансеры ускоряют, а сайленсерызамедляют этот уровень).
4. Адапторные элементы - группа последовательностей, участвующих в регуляции экспрессии генов под действием различных внутри и внеклеточных регуляторов (гормонов, белков теплового шока, ионов металлов и т.д.).
2. Элонгация: наращивание цепи РНК.
3. Терминация:
Известно лишь, что зона терминации расположена далеко за пределами 3’- конца кодирующей области. Эксперименты с разными искусственными конструкциями показывают, что для терминации транскрипции нужно существование в геноме зоны терминации и обязательно расположенного перед нею сайта полиаденилирования. Если последний убрать, то транскрипция идет за зону терминации. В то же время зону терминации можно удалять и приближать к сайту полиаденилирования, и терминация все равно будет происходить в ее пределах.
РЕТРОВИРУСЫ
Особой формой репликации у прокариот является репликация с использованием РНК в качестве матрицы для синтеза ДНК. Такая форма репликация обнаружена у ретровирусов (у HIV ретровируса, вызывающего СПИД) и катализируется ферментом РНК зависимой ДНК полимеразой или обратной транскриптазой.
Обратная транскриптаза - обладает высокой склонностью к ошибкам, посколько не обладает коррегирующей активностью. Схема репликации РНК ретровирусов следующая:
1. Вирусная РНК в клетке хозяина образует пары оснований со специфической молекулой тРНК, образуя праймер для репликации ДНК.
2. Обратная транскриптаза синтезирует ДНК с образованием смешаной ДНК-РНК молекулы.
3. Рибонуклеаза H частично разрушает цепь РНК двойной РНК-ДНК спирали, удаляя 5 ' концевой отдел.
4. 3 ' конец вирусной РНК образует пары с освободившейся цепью ДНК, формируя кольцевую структуру.
5. Обратная транскриптаза создает копию цепи ДНК генома, используя 3 ' конец цепи ДНК в качестве праймера.
6. Оставшаяся цепь РНК удаляется , и вновь синтезированная цепь ДНК образует комплементраную двойную спираль с первой цепью ДНК.
7. Образовавшаяся полная молекула ДНК внедряется в хромосому клетки- хозяина.