Биологический каталог




Биологическая химия

Автор Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина

а содержат урацил.

Из прокариотических РНК-полимераз наиболее изучен фермент из E.coli. Он содержит основное ядро — кор (от анг. core — сердцевина), — содержащее три различных субъединицы — ??, ? и ?', причем tv-субъединица представлена двумя копиями, так что фермент имеет субъединичную структуру ?-???'. В таком виде фермент катализирует процесс элонгации. Для того чтобы инициация биосинтеза РНК прошла в должном месте, необходимо участие дополнительного полипептида, который часто рассматривают как компонент полного фермента (голо-фермента) РНК-полимеразы и обозначают буквой а. После нескольких шагов элонгации "-субъединица выходит из комплекса фермента с матрицей и продуктом.

У эукариот имеются три основные РНК-полимеразы, обозначаемые либо рим-скими цифрами, либо заглавными буквами латинского алфавита. РНК-Полиме-

Рис. 53. Схема взаимодействия цепей матрицы и продукта при транскрипции:

а — РНК-полимераза; б — нетранекргЖируемая нить ДНК; я - транскрибируемая нить ДНК; ? - РНК-продукт (транскрипт). Участки цепи, образующие спиральные двунитевые структуры, соединены вертикальными линиями

раза I (А) катализирует синтез предшественников больших рибосомных РНК, т.е. транскрипцию генов этих РНК. РНК-Полимераза II (В) осуществляет транскрипцию всех генов информационных РНК. РНК-Полимераза III (С) участвует в транскрипции 5S РНК, транспортных РНК и некоторых других небольших РНК со специальными функциями. Все эти ферменты устроены достаточно сложно и содержат каждый около десяти различных субъединиц.

Многосубъединичная структура, свойственная прокариотическим и в еще большей мере эукариотическим РНК-полимеразам, не является обязательным условием для осуществления процесса транскрипции. Известны эффективно работающие РНК-полимеразы, состоящие из одной субъединицы. Такие РНК-полимеразы образуются в клетках бактерий, инфицированных некоторыми вирусами. Из них наиболее изучена РНК-полимераза бактериофага Т7, которая возникает в клетках E.coli, зараженных фагом, и программа, для синтеза которой содержится в ДНК фага Т7.

В отличие от ДНК-полимераз РНК-полимеразы способны осуществлять реакцию инициации, уравнение которой в сокращенной символике записывается в виде

????? - ОН + рррХ2 - ОН-> ???????2 - ОН + РР* (V.6)

При этом первый нуклеотид в подавляющем большинстве изученных случаев является пуриновым. Из приведенного уравнения реакции инициации следует, что на 5 '-конце продукта инициации содержится трифосфатная группа. Эта группа сохраняется в транскрипте до тех пор, пока в результате последующего процессинга не будет отщеплен с 5 '-конца содержащий эту группу олигонуклео-тид.

Инициация проходит на строго определенном участке матрицы. Это происходит в результате высокоселективного взаимодействия РНК-полимеразы со специальным участком матрицы, называемым промотором. В большом числе случаев промотор расположен вне пределов области, программирующей синтез РНК, в сторону, противоположную направлению перемещения РНК-полимеразы (в английском языке такое направление обозначается как <вверх по течению> — upstream, а направление, в котором перемещается фермент, соответственно <вниз по течению> — downstream). В районе промотора нуклеотидным парам матрицы, содержащим кодирующие элементы, присваиваются соответствующие номера от 4-1 и выше. Нуклеотидные пары, расположенные <вниз по течению>, получают номера от +1 и выше, парам, расположенным Свверх по течению) от -fl-й пары, присваиваются отрицательные значения начиная с номера -1.

Наиболее детально изученные промоторы РНК-полимеразы Е. coli содержат два гексануклеотидны:* фрагмента в районе -10 и -35, которые особенно существенны для связывания с РНК-полимеразой.

Хотя и та, и другая последовательности для разных промоторов далеко не идентичны, но все они достаточно близки к некоторой последовательности, которую принято называть консенсусом, причем, как правило, чем ближе структура промотора к консенсусу, тем эффективнее работает промотор.Ниже приводится структура консенсуса, характерная для большинства генов, транскрибируемых РНК-полимеразой из Е. col г. Для сравнения приведена структура аналогичного участка промотора для гена, программирующего синтез транспортной РНК, специфичной к тирозину (tRNA(для него приводится лишь структура верхней, нетранскрибируемой нити): ? 184 *¦

(5') . . .. pdTpdApdTpdApdApdT . . ..(3') )

..(5') \ консенсус (участок - 12 *-7)

(3')- ... dApdTpdApdTpdTpdAp. J

(5')· ... pdTpdApdTpdGpdApdT . ¦••(3') ген tRNa'y (участок -13 *-8)

(5')- ... pdTpdTpdGpdApdCpdA... •СЗ'П консенсус (участок - 36т -31)

(3')· ... dApdApdCpdTpdGpdTp. .. (5')j

(?')· ... pdTpdTpdTpdApdCpdA... .(3') ген tRNAty (участок -35 ?-30)

Тут

В данном случае промотор гена tRNA отличается от консенсуса в обоих районах на один нуклеотид и несколько смещен относительно положения обоих консенсусов. Важной чертой участков, расположенных в районе пары — 10, является преобладание пар А-Т, существенно менее прочных, чем пары G-C. Это облегчает необходимое для процесса инициации расхождение цепей матрицы в районе промотора и начала транскрипции.

Выбор промотора, как уже отмечалось, в решающей степени определяется ?-субъединицей РНК-полимеразы. При существенном повышении температуры среды Е. coli начинает вырабатывать новый тип субъединицы, в результате чего РНК-полимераза направляется на промоторы, управляющие синтезом мРНК, программирующих синтез специальных защитных белков, называемых белками теплового шока. Этот прием используют некоторые бактериофаги. Например, бактериофаг Т4 имеет в составе своей ДНК программы для синтеза двух белков, которые связываются с ядром РНК-полимеразы Е. coli и направляют ее на промоторы, расположенные на фаговой ДНК, переключая деятельность клетки на производство мРНК и белков бактериофага.

РНК-Полимеразы из других источников также могут узнавать свои характерные промоторы. Например, упоминавшаяся в начале параграфа РНК-полимераза фага Т7 специфично взаимодействует с промотором, простирающимся от -17-й до +6-й пары нуклеотидов. Консенсусная последовательность имеет вид (в целях краткости и большей наглядности префикс d и символ ? для межнуклеотидных фосфатов опущены. Снизу в той же записи представлен консенсус для района —12 ? -7 для бактериальной полимеразы)

(5 ') TAATACGACTCACTATAGGGAGA (3 ') участок -17 ? +6

(3 ') ATTATGCTGAGTGATATCCCTCT (5')

(5 ') ТАТААТ (3 ') участок -12 ? -7

(3') АТАТТА (5') Видно, что промотор фаговой РНК-полимеразы не имеет никаких черт сходства с промотором РНК-полимеразы хозяина.

Терминация биосинтеза РНК изучена существенно меньше, чем инициация, и в основном только для фермента из Е. coli. Она обусловлена специфической структурой участка транскрипта, непосредственно предшествующего району теРМинатгии и пп-пигшмому. пооисхолит в пезультате ослабления связи транск-

,-1

Рис. 54. Схема терминации биосинтеза РНК:

/ - участок комплекса транскрипта фермент-матрица; 2-3 '-конец транскрипта; X и X - произвольные пары комплементарных нуклеотидов

рипта с комплексом фермент - матрица. Главной особенностью этого участка является способность к образованию прочной шпилечной структуры (см. § 3.4). Можно представить себе, что расположенная Свверх по течению> часть транскрипта, образующая одну из частей стебля этой шпилечной структуры, вытаскивает образовавшуюся позднее вторую, комплементарную ей часть стебля из комплекса с транскрибируемой цепью и тем самым уводит 3 '-конец транскрипта из каталитического центра фермента и делает невозможной последующую элонгацию (рис. 54). Однако для такого вытаскивания нужен некоторый дополнительный благоприятствующий ему фактор. В некоторых случаях эту функцию выполняет специальный блок, известный под названием фактора р. В других участках, где происходит независимая от ? терминация, к шпилечной структуре с 3 '-конца транскрипта непосредственно примыкает несколько остатков уридиловой кисло-

ты. Поскольку пары A-U много слабее пар G-C, их связь с транскрибируемой цепью не может удержать транскрипт от перехода в шпилечную структуру, в стебле которой, как правило, имеется много пар G-C.

Как уже отмечалось в § 5.1, РНК чаще всего образуется в виде предшественников и затем уже без участия матричных систем перерабатывается в зрелые молекулы. Всю совокупность происходящих при этом превращений для РНК, равно как и для белков (см. § 5.3), называют процесситом. Он осуществляется большим набором ферментов, и в рамках настоящего курса можно лишь вкратце изложить основные типы происходящих процессов.

Во-первых, в ряде случаев РНК образуется в виде предшественников, содержащих несколько будущих молекул РНК в составе одной полинуклеотидной цепи. Например, рибосомные РНК (см. § 3.8) прокариот образуются в виде предшественника, содержащего 16S, 23S, 5S РНК, а иногда еще и некоторые транспортные РНК. Аналогично, рибосомные РНК эукариот первоначально получаются в виде предшественника, содержащего 18S, 28S и 5,8S РНК. Иногда несколько транспортных РНК образуются в виде единого предшественника. Во всех случаях между будущими зрелыми молекулами находятся фрагменты, которые ни в Одну из конечных структур не войдут. Поэтому на первой стадии процессинга необходимо нарезание предшественника на фрагменты, каждый из которых содержит лишь одну из целевых молекул РНК.

Во-вторых, образующиеся при этом новые предшественники содержат с одного или обоих концов лишние олигонуклеотидные фрагменты. Поэтому необходимо подравнивать концы молекул с помощью специальных ферментов до нормального размера. Интересно отметить, что для прокариотических РНК подравнивание тРНК с 5 '-концов происходит с помощью единого фермента — РНКазы Р, которая содержит в своем составе не только белок, но и молекулу РНК, скорее всего участвующую в узнавании субстрата, каковым является предшественник.

В-третьих, как уже говорилось в § 5.1, многие первичные транскрипты РНК эукариот содержат крупные вставочные последовательности

страница 45
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109

Скачать книгу "Биологическая химия" (8.81Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(18.10.2017)