В транскрипции у прокариот важная роль принадлежит s-фактору

У эукариот – 3 РНК- полимеразы

Из клеток эукариот выделены три типа РНК-полимераз, каждая из которых ответственна за транскрипцию различных групп генов. Эти ферменты названы РНК-полимераза I , РНК-полимераза II и РНК-полимераза III (Pol I,II,III). Полимеразы структурно сходны друг с другом. Молекулярная масса около 500 кД. В их состав может входить до 10 полипептидных цепей, причем некоторые из них одинаковы у разных полимераз, однако есть и уникальные, характерные для каждой полимеразы субъединицы. РНК-полимеразы эукариот и бактерий эволюционно родственны.

Pol I рРНК

Pol II все иРНК, U1, U2, U4, U5 snRNA

Pol III 5S РНК, тРНК, U6 snRNA и другие маленькие РНК

Как видно, только одна из полимераз, РНК-полимераза II , участвует в синтезе и-РНК, которая затем используется для синтеза белков. Кроме того эта же полимераза участвует в образовании большинства малых РНК, которые образуют snRNP.

Что касается остальных полимераз, то РНК-полимераза I синтезирует высокомолекулярную рибосомную РНК , а РНК-полимераза III - разнообразные низкомолекулярные стабильные РНК, в том числе тРНК и рибосомную 5S-РНК. 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.

Хотя синтезированные РНК-полимеразой II транскрипты составляют более половины РНК, синтезированной в результате транскрипции ДНК, большая часть РНК таких транскриптов нестабильна и, соответственно, имеет короткий промежуток жизни. Следовательно, производные от нее гетерогенные ядерные РНК (гяРНК) в клеточном ядре и цитоплазматическая мРНК составляют лишь минорную фракцию тотальной клеточной РНК

Различия в механизмах транскрипции у про и эукариот связаны также с особенностями пространственной организации этого процесса. У прокариот отсутствует ядро и поэтому синтезируемая иРНК без каких-либо изменений сразу включается в трансляцию, продолжительность использования этой РНК небольшая и следует принципу одна РНК – один белок. У эукариот эти процессы разобщены и молекулы РНК претерпевают значительные постранкрипционные изменения.

Полный процесс инициации транскрипции и элонгации суммирован на рис.9-37. Первый шаг в транскрипции связывание РНК-полимеразысДНК, с последующим перемещением к инициирующему участку ДНК.

1.Поиск промотора РНК-полимеразой начинается (рис.9-37, этап 1) с неспецифического (низкое сродство) связывания холофермента с ДНК, и последующего перемещения по ДНК, без диссоциации до достижения последовательности промотора, с которым фермент связывается со значительно более высокой аффинностью. Этому способствует s фактор, потому что базовый фермент имеет одинаковое сродство к любой последовательности ДНК.

2.Первоначальное взаимодействие между холоферментом РНК-полимеразы и промотором образует закрытый комплекс. с константой асссоциации Ka 106 и 109 M-1 в 0.1 М. NaCl. Цепь ДНК в этом комплексе не раскручена. Взаимодействие между компонентами электростатическое, поскольку Ka зависит от ионной силы. Комплекс относительно неустойчив, время его полураспада приблизительно 10 секунд.

3.РНК-полимераза раскручивает несколько пар оснований ДНК, от приблизительно -10 до -1, образуя открытый промоторный комплекс, названный так потому, что в нем цепи ДНК, открыты, или раскручены. Эта чувствительная к температуре реакция происходит с полупериодом распада приблизительно от 15 секунд до 20 минут, в зависимости от структуры промотора. Открытый промоторныйкомплекс чрезвычайно устойчив; его трудно разрушить высокой ионной силой (Ka более чем 1014 M-1). Затем происходит Mg2+- зависимая изомеризация , формируя модифицированную форму открытого комплекса промотора с раскрученной областью ДНК, занимающего от-12 до +2.

После того как РНК-полимеразасвяжется с промотором с образованием открытого промоторного комплекса , фермент готов начать синтез цепи РНК. Во время элонгации РНК-полимераза использует участок связывающий один нуклеозидтрифосфат.

. Он связывает любой из четырех нулеозид трифосфатов (рНТФ). Другой связывающий участок используется для инициации. Он связывает преимущественно АТФили ГТФ, а это означает, что большинство иРНК имеют пуриновые нуклеотидына 5 ' конце.

1. Рост цепи начинается со связывания указанного матрицей рНТФ на специфическом инициирующем участке РНКполимеразы(рис.9-37. шаг 4),

2. Следующий нуклеотид связывается со специфическим участком элонгации .

3. Нуклеофильная атака 3 ' ОН группой первого нуклеотида на (внутренний) фосфат второго нуклеотида образует первую фосфодиэфирную связь и оставляет интактной трифосфатную половину на 5 ' положении первого нуклеотида.

Большинство инициирований абортивно, и завершается высвобождением олигонуклотида от 2 до 9 нуклеотидов длиной. Еще не ясно, почему это случается. После синтеза первых 10 нуклеотидов, s- субъединица отделяется от комплекса транскрипции, и дальнейший процесс транскрипции катализируется базовой (коровой) полимеразой (Рис.9-39, шаги 5 и 6). Хотя и s субъединица покинула фермент, элонгирующий комплекс является довольно устойчивым. Транскрипция, как показано in vitro, больше не ингибируется рифампицином. Элонгация, таким образом, продолжается до заключительного этапа.