МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ТРАНСКРИПЦИИ План 1.Транскрипция в клетках прокариот. 2.Отличие транскрипции в клетках про- и эукариот.

1. Транскрипция в клетках прокариот Транскрипцией называется перенос информации с двух-цепочечной молекулы ДНК на одноцепочечные молекулы РНК. Матрицей для синтеза РНК служит только одна цепь ДНК, называемая смысловой цепью. В транскрипции, различают три стадии: инициацию, элонгацию и терминацию. Фермент, осуществляющий этот процесс, называют ДНК-зависимой РНК-полимеразой или просто РНК-полимеразой. Молекулы РНК «считываются» с определённых участков хромосомной ДНК - «транскрипционных единиц». В качестве субстрата используются рибонуклеозидтрифосфаты. Синтез РНК-транскрипта идёт в направлении от 5 – к 3 – концу. На 5 – конце растущей цепи находится 5 – трифосфат, а 3 – гидроксильная группа на другом конце цепи служит центром образования очередной фосфодиэфирной связи при участии фермента РНК-полимеразы.

В зоне синтеза РНК происходит «расплетение» примерно двух витков (16-18 пар оснований) спирали ДНК, и таким образом экспонируется участок цепи ДНК-матрицы, «считы- ваемый» в направлении 3' 5'. В некоторых транскрип- ционных единицах ДНК-матрицей для синтеза РНК служит одна из двух цепей, а в других - комплементарная ей вторая цепь молекулы ДНК. Транскрипционные единицы в ДНК ограничены, с одной стороны, промотором - участком инициации транскипции, а с другой - участком остановки транскрипции - терминатором. Подробно изучена РНК-полимераза Е. coli (рис. 1). Ее основу образует так называемый кор-фермент, состоящий из четырех полипептидных цепей - двух идентичных ( ) и двух различных субъединиц ( и '). Кор-фермент катализирует рост цепи за счет присоединения рибонуклеозидтрифосфатов к 3'-концу синтезируемой молекулы РНК. Присоединение к кор-ферменту еще одной полипептидной цепи, называемой σ-субъединицей, приводит к образованию холофермента РНК-полимеразы.

Рис. 1. Схема процесса транскрипции в клетках Е. coli. Показан кор-фермент (а 2, ') РНК-полимеразы, отмечено участие вспомогательных белков, направляющих действие фермента на инициаторном и терминаторном участках транскрипционной единицы

σ-субъединица обеспечивает точное узнавание промоторного участка и выбор одной из комплементарных цепей ДНК в качестве матрицы для начала транскрипции. После того как синтез РНК уже начался, происходит диссоциация σ-субъ- единицы. Вместо нее с кор-ферментом соединяется другой белок - продукт гена nus А. Этот ферментативный комплекс продолжает транскрипцию вплоть до терминаторного участка, узнавание которого обеспечивается белком nus А. Подробности молекулярного механизма терминации транс- крипции окончательно неизвестны, но есть основания пола- гать, что для высвобождения новосинтезированной цепи РНК из комплекса с РНК-полимеразой и ДНК кроме nus А необходим по крайней мере еще один белок, называемый - фактором.

2. Отличие транскрипции в клетках про- и эукариот РНК-полимераза прокариот обеспечивает транскрипцию генов, несущих информацию о последовательностях молекул РНК всех трех классов: рибосомной РНК (рРНК), транспорт- ной РНК (тРНК) и информационной (или матричной) РНК (мРНК). В эукариотических клетках имеются три различные РНК-по- лимеразы, каждая из которых специфически узнает промото- ры, контролирующие транскрипцию трех различных классов молекул РНК. РНК-полимераза I локализуется в ядрышке и синтезирует основные рибосомные РНК. РНК-полимераза III осуществляет транскрипцию транспортных РНК и одного ком- понента рибосом - 5SPHK. Транскрипция молекул мРНК, не- сущих информацию о структуре белков, осуществляется РНК- полимеразой II. Ферменты II и III типа локализуются в нуклеоплазме.

Процессы образования мРНК в прокариотических и эукариотических клетках характеризуются существенными различиями. В эукариотических клетках после инициации транскрипции происходит модификация 5'-трифосфата в образующейся цепи за счет присоединения так называемого кэпа – метилированного остатка гуанозина. Кроме того, у большинства транскриптов происходит также модификация 3'- концов - по окончании транскрипции к ним присоединяется цепочка из остатков аденина, образующая характерный ро1уА- «хвост» (исключением из этого правила являются мРНК гистонных белков). У всех эукариот при транскрипции ДНК образуются молекулы РНК трех вышеназванных классов. Все они участвуют в процессе трансляции - третьей разновидности матричных процессов передачи информации - от РНК к белку.

Вопросы и задания 1. Нарисуйте схему транскрипции (рис. 1) и опишите функции всех белков, участвующих в этом процессе. 2. Чем отличается транскрипция про- и эукариот?