Биосинтез РНК (транскрипция).

Область связывания (специфическая после­довательность ДНК) РНК-полимеразы с матри­цей называется промотором. Завершается синтез, когда РНК-полимераза достигает терминирую­щей последовательности (сайт терминации). Уча­сток ДНК, ограниченный промотором и сайтом терминации, представляет собой единицу транс­крипции — траискриптон. У эукариотов в состав транскриптона, как правило, входит только один ген.

В процессе транскрипции различают три ста­дии: инициацию, элонгацию и терминацию. Активация промотора происходит с помощью белкового фактора (ТАТА-фактора), который по­лучил свое название потому, что взаимодействует со специфической последовательностью нуклеотидов промотора ТАТА -боксом. Присоединение ТАТА-фактора облегчает взаимодействие промотора с РНК-полимеразой. Присоединение РНК-полиме­разы к промотору увеличивает сродство фермента к факторам инициации (А, В), которые иницииру­ют раскручивание примерно одного витка двой­ной спирали ДНК.

Факторы элонгации (Е, Н, F) повышают ак­тивность РНК-полимеразы и облегчают локальное расхождение нуклеотидных цепей. Синтез молекулы РНК идет от 5'- к З'-концу комплемен­тарно матричной цепи ДНК. По мере продвиже­ния РНК-полимеразы по цепи ДНК впереди нее происходит расхождение, а позади — восстановление двойной спирали.

Расхождение двойной спирали ДНК в облас­ти сайта терминации делает его доступным для фактора терминации. Транскрипция прекращает­ся, когда РНК-полимераза достигает сайта тер­минации. Фактор терминации облегчает отделе­ние первичного транскрипта от матрицы. Образованная нуклеиновая кислота комплемен­тарна матрице.

Посттранскрипционная модификация. У эукариотов мРНК образуется из гетерогенной ядерной РНК (гяРНК-первичный транскиптат). В ядре происходит ряд ковалентных модификаций, превращающих первичный транскрипт в зрелую моле­кулу РНК. Модификации пре мРНК начинаются на стадии элонгации. Когда длина пер­вичного транскрипта достигает примерно 30 нуклеотидов, происходит кэпирование его 5'-конца. Кэп – это колпачок, состоящий из метилированного в 7 положении гуанозин-5’- трифосфата. Функции кэпа: предохраняет 5’ – конец мРНК от расщепления, участвует в сплайсинге, служит для распознавания мРНК рибосомными факторами инициации. Кроме того, кэп помогает мРНК пройти ядерно-поровый комплекс.

Рисунок 3. Транскрипция

На З'-конце первичного транскрипта мРНК специальным ферментом полиА-полимеразой формируется полиА-последовательность, кото­рая состоит из 100—200 остатков адениловой кис­лоты. Наличие полиА-последовательности на 3'- конце облегчает выход мРНК из ядра и замедля­ет ее гидролиз в цитоплазме. Молекулы тРНК и рРНК не содержат кэпа и полиА-последова­тельности.

Первичный транскрипт комплементарен гену, содержит как экзоны, так и нитроны. Последователь­ности интронов вырезаются из первичного транс­крипта, концы экзонов соединяются друг с другом; такая модификация РНК называется сплайсингом. Сплайсинг происходит в ядре, в цитоплазму пере­носится уже зрелая мРНК.

Процесс вырезания интронов протекает при участии малых ядерных рибонуклеопротеинов (мяРНП) — сплайсосом. мяРНП состоит из малой ядерной РНК (мяРНК), цепь которой свя­зана с белковым остовом, состоящим из несколь­ких протомеров. Отдельные мяРНП по принци­пу комплементарности «узнают» специфические последовательности интронов первичного транс­крипта. мяРНП катализирует реакцию расщепления З',5'-фосфодиэфирной связи на границе экзона с интроном и последующее со­единение 2 экзонов путем реакции трансэтерификации, в процессе которых свободная ОН – группа одного экзона связывается со свободным 5' – фосфатом другого экзона. Во время этих процессов весь комплекс удерживается вместе сплайсосомой.

После завершения сплайсинга зрелая мРНК становится примерно в 4 ра­за короче первичного транскрипта.

Таким образом, созревание мРНК включает сле­дующие этапы:

• кэпирование 5'-конца;

• присоединение полиА-фрагмента к З'-концу;

• сплайсинг (удаление интронов).

Структура иРНК. На 5’ – конце линейной молекулы РНК имеется кэп, за ним расположена лидерная последовательность, затем кодон инициации, обычно представленный триплетом аденин-урацил-гуанин, затем следует кодирующий участок состоящий из экзонов, заканчивающийся терминирующим кодоном (урацил-гуанин-аденин; урацил-урацил-аденин; урацил-аденин-гуанин). На 3’- конце находится нетранслируемая трейлерная последовательность, затем полиадениловый хвост, состоящий из 100-200 остатков. Его функция – защита от разрушения, а также облегчает прохождение иРНК из ядра в цитоплазму.

Альтернативный сплайсинг иРНК. В некоторых случаях наблюдаются альтернативный сплайсинг и полиаденилирование, которые приводят к образо­ванию разных белков с одного и того же первично­го транскрипта. Так, в парафолликулярных клетках щитовидной железы в ходе транскрип­ции гена кальцитонина образуется иРНК, которая содержит информацию о гормоне белковой приро­ды, ответственном за регуляцию обмена ионов кальция. В мозге тот же первичный транскрипт подвергается другому варианту сплайсинга и полиаденилирования, в результате чего получается мРНК, кодирующая белок, ответственный за вку­совое восприятие. Альтернативный сплайсинг описан для большого числа транскрибируемых генов.

Изменение стабильности иРНК. Полупериод жизни иРНК эукариотов составляет от нескольких часов до нескольких дней (полупериод жизни иРНК прокариотов равен нескольким минутам), и в то же время стабильность молекул иРНК являет­ся фактором, изменение которого влияет на уро­вень трансляции. Стабилизация иРНК при фикси­рованной скорости транскрипции будет приводить к ее накоплению и увеличению количества обра­зующегося белкового продукта. Так, при лактации гормон пролактин увеличивает полупериод жизни иРНК казеина — основного белка молока.

Литература:1. Биохимия: учебник /Под ред. Е.С. Северина. – 2-е изд., испр. – М.:ГЭОТАР-МЕД, 2004.- 784 с;.2.. Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами /под редакцией Е. С. Северина и А.Я. Николаева – М.:ГЭОТАР-МЕД, 2001.- 448 с. 3. Гринстейн Б., Гринстейн А. Наглядная биохимия: Пер. с англ. – М.:ГЭОТАР-МЕД, 2000.- 119 с.- («Экзамен на отлично»)