Биосинтез РНК (транскрипция): стехиометрия реакции. ДНК как матрица. РНК-полимеразы. Биосинтез рибосомных, транспортных и матричных РНК.

БИОСИНТЕЗ РНК (ТРАНСКРИПЦИЯ)

Синтез РНК можно представить следующей схемой:

kАТФ + lУТФ + mГТФ + nЦТФ -> РНК + (k + I + т + п) Н₄Р₂0₇.

Субстратами реакции служат трифосфаты рибонуклеозидов. Реакция идет только в присутствии ДНК, выполняющей роль матрицы. Матрицей служит одна из цепей ДНК, называемая матричной (а также кодирующей, значащей) цепью. Все синтезированные молекулы РНК имеют структуру, комплементарную матри­це, т. е. одной из цепей ДНК. Поскольку РНК представляет собой одноцепочечную молекулу (спирализованные участки составляют лишь часть молекулы), стехиомет-рические коэффициенты для всех четырех субстратов различны.

Транскрипцию катализируют РНК-полимеразы I, II и III. Первый из этих фер­ментов участвует в синтезе рибосомных РНК, второй — матричных и третий — транспортных РНК. В процессе транскрипции различают стадии инициации, элон­гации и терминации. В результате транскрипции образуются предшественники тРНК, рРНК и мРНК — первичные транскрипты. Затем в ядре и в цитоплазме про­исходит посттранскрипционная доработка (созревание) этих предшественников, и получаются функционально активные рибонуклеиновые кислоты.

Синтез матричных РНК

Инициация. РНК-полимераза II присоединяется к матрице не в любом ее месте, а в специальных участках, которые называются промоторами.

Промотор содержит последовательность, обогащенную нуклеотидами Т и А (ТАТА-последовательность), узнаваемую белком ТАТА-фактором. РНК-полимера-за присоединяется к промотору, если ТАТА-последовательность связана с ТАТА-фактором. Матрицей для синтеза РНК служит одна из цепей ДНК; промотор с ТАТА-фактором обеспечивают узнавание РНК-полимеразой транскрибируемой цепи ДНК и первого нуклеотида транскрибируемого гена. Связывание РНК-поли-меразы с промотором и вызванные этим конформационные изменения повыша­ют сродство РНК-полимеразы к факторам инициации. Присоединение этих фак­торов приводит к локальному расхождению нуклеотидных цепей ДНК; расхожде­ние включает около 10 нуклеотидных пар, т. е. примерно один виток спирали.

Элонгация.Наращивание молекулы РНК происходит путем присоединения очередного рибонуклеотида, комплементарного тому дезоксирибонуклеотиду ДНК, который в данный момент находится в области активного центра РНК-полимера­зы. В активном центре фермента находится З'-конец растущей цепи РНК, и к нему присоединяется очередной нуклеотид. По мере перемещения РНК-полимеразы вдоль ДНК к освободившемуся промотору могут присоединяться новые молекулы РНК-полимеразы, так что ген может транскрибироваться одновременно большим количеством молекул фермента.

Терминация. В участке ДНК, где заканчивается ген, имеется последователь­ность нуклеотидов (сайт терминации), узнаваемый фактором терминации в том случае, когда цепи ДНК разделены. Следовательно, достигнув сайта терминации, РНК-полимераза стимулирует присоединение фактора терминации к ДНК, и син­тезированная РНК (первичный транскрипт), а также РНК-полимераза и факторы транскрипции отделяются от ДНК. Таким образом получаются отдельные молеку­лы мРНК, каждая из которых содержит информацию одного гена.

Синтез и созревание рРНК и тРНК

Синтез предшественников рРНК и тРНК сходен с синтезом нре-мРНК. Первич­ный транскрипт рибосомных РНК не содержит интронов, и при действии специ­фических РНКаз расщепляется с образованием 28S-, 18S- и 5,8S-pPHK; 5S-pPHK синтезируется при участии РНК-полимеразы III. Первичные транскрипты тРНК превращаются в зрелые формы также путем частичного гидролиза.

Все типы РНК участвуют в биосинтезе белков, но их функции в этом процессе различны. Роль матрицы, определяющей первичную структуру белков, выполня­ют матричные РНК (мРНК).