 |
Ковалентная модификация (процессинг) матричной РНК (мРНК)
|
|
|
|
Транскрипция
Транскрипция – первая стадия реализации генетической информации в клетке.
В ходе этого процесса образуются молекулы мРНК, служащие матрицей для синтеза белков, а также транспортные, рибосомальные и другие виды молекул РНК, выполняющие структурные, адапторные и каталитические функции.
Транскрипция у эукариотов происходит в ядре. В основе механизма транскрипции лежит тот же принцип комлементарного спаривания оснований.
ДНК служит только матрицей и в ходе транскрипции не изменяется.
Схема реализации генетической информации в фенотипические признаки
Реализацию потока информации в клетке можно представить схемой: ДНК → РНК → Белок.
ДНК→РНК обозначает биосинтез молекул РНК (транскрипцию).
РНК→Белок означает биосинтез полипептидных цепей (трансляцию).
Синтез молекул РНК начинается в определённых последовательностях (сайтах) ДНК, которые называют промоторы, и завершается в терминирующих участках (сайты терминации). Участок ДНК, ограниченный промотором и сайтом терминации, представляет собой единицу транскрипции – транскриптон.
У эукариотов в состав транскриптона, как правило, входит один ген, у прокариотов несколько.
В каждом транскриптоне присутствует неинформативная зона. Она содержит специфические последовательности нуклеотидов, с которыми взаимодействуют регуляторные транскрипционные факторы.
Транскрипционные факторы – белки, взаимодействующие с определёнными регуляторными сайтами и ускоряющие или замедляющие процесс транскрипции. Соотношение информативной и неинформативной частей в транскриптонах эукариотов составляет в среднем 1:9 (у прокариотов (9:1).
|
|
|
Строение транскриптона
В каждом транскриптоне транскрибируется только одна из двух цепей ДНК, которая называется матричной, вторая, комплементарная ей цепь, называется кодирующей.
Синтез цепи РНК идёт от 5´- 3´-концу. При этом матричная цепь ДНК всегда антипараллельная синтезируемой нуклеиновой кислоте. Транскрипция не связана с фазами клеточного цикла. Она может ускоряться и замедляться в зависимости от потребности клетки или организма в определённом белке.
Транскрипция РНК на матричной цепи ДНК
Синтез цепи РНК идёт от 5´- 3´-концу
РНК-полимеразы
Биосинтез РНК осуществляется ДНК-зависимыми РНК-полимеразами.
В ядрах эукариотов обнаружены 3 специализированные РНК-полимеразы:
• РНК-полимераза I, синтезирующая пре-рРНК;
• РНК-полимераза II, ответственная за синтез пре-мРНК;
• РНК-полимераза III, синтезирующая пре-тРНК.
РНК-полимеразы – олигомерные ферменты, состоящие из нескольких субъединиц - 2α, β, β´,σ. Субъединица σ (сигма) выполняет регуляторную функцию. Это один из факторов инициации транскрипции.
Стадии транскрипции
В процессе транскрипции различают 3 стадии:
• инициацию;
• элонгацию;
• терминацию.
Инициация
Активация промотора происходит с помощью большого белка – ТАТА-фактора, называемого так потому, что он взаимодействует со специфической последовательностью нуклеотидов промотора – ТАТААА- (ТАТА-бокс).
Присоединение ТАТА-фактора облегчает взаимодействие промотора с РНК-полимеразой. Факторы инициации вызывают изменение конформации РНК-полимеразы и обеспечивают раскручивание примерно 1 витка спирали ДНК, т.е. образуется транскрипционная вилка, в которой матрица доступна для инициации синтеза цепи РНК.
После того, как синтезирован олигонуклеотид из 8-10 нуклеотидных остатков, σ-субъединица отделяется от РНК-полимеразы, а вместо неё к молекуле фермента присоединяются несколько факторов элонгации.
|
|
|
Стадии транскрипции
| 1 – присоединение ТАТА-фактора к промотору. Чтобы промотор был узнан РНК-полимеразой, необходимов образование транскрипционного комплекса ТАТА-фактор/ТАТА-бокс (промотор). ТАТА-фапктор остаётся связанным с ТАТА-боксом во время транскрипции. Это облегчает использование промотора многими молекулами РНК-полимеразы. 2 – образование транскрипционной вилки. 3 – элонгация. 4 – терминация. |
Элонгация
Факторы элонгации повышают активность РНК-полимеразы и облегчают расхождение цепей ДНК.
Синтез молекулы РНК идёт от 5´- к 3´-концу комплементарного матричной цепи ДНК. На стадии элонгации, в области транскрипционной вилки, одновременно разделены примерно 18 нуклеотидных пар ДНК. Растущий конец цепи РНК образует временную гибридную спираль, около 12 пар нуклеотидных остатков, с матричной цепью ДНК.
По мере продвижения РНК-полимеразы по матрице в направлении от 3´- к 5´-концу впереди неё происходит расхождение, а позади – восстановление двойной спирали ДНК.
Терминация
Раскручивание двойной спирали ДНК в области сайта терминации делает его доступным для фактора терминации.
Завершается синтиез РНК в строго определённых участках матрицы – тарминаторах (сайты терминации). Фактор терминации облегчает отделение первичного транскрипта (пре-мРНК), комплементарного матрице, и РНК-полимеразы от матрицы.
РНК-полимераза может вступить в следующий цикл транскрипции после присоединения субъединицы σ.
Ковалентная модификация (процессинг) матричной РНК (мРНК)
Первичные транскрипты мРНК, прежде чем будут использованы в ходе синтеза белка, подвергаются ряду ковалентных модификаций.
Эти модификации необходимы для функционирования мРНК в качестве матрицы.
Модификация 5´-конца
Модификации пре-мРНК начинаются на стадии элонгации. Когда длина первичного транскрипта достигает примерно 30 нуклеотидных остатков, происходит кэпирование его 5´-конца.
Осуществляет кэпирование гуанилтрансфераза. Фермент гидролизует макроэргическую связь в молекуле ГТФ и присоединяет нуклеотиддифосфатный остаток 5´-фосфатной группой к 5´-концу синтезированного фрагмента РНК с образованием 5´,5´-фосфодиэфирной связи.
|
|
|
Последующее метилирование остатка гуанина в составе ГТФ с образованием N7-метилгуанозина завершает формирование кэпа.
Модифицированный 5´-конец обеспечивает инициацию трансляции, удлиняет время жизни мРНК, защищая её от действия 5´-экзонуклеаз в цитоплазме. Кэпирование необходимо для инициации синтеза белка, т.к. инициирующие триплеты AUG, GUG распознаются рибосомой только если присутствует кэп. Наличие кэпа также необходимо для работы сложной ферментной системы, обеспечивающей удаление интронов.
|
|
|
