Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

ии, непосредственно блокируя доступ РНК-полимеразы к промотору.

26.5.2.2. Инициация и элонгация

Инициация цепи РНК с помощью РНК-полимеразы происходит без помощи затравки. АТР и GTP могут служить специфическими инициирующими нуклеотидами с образованием динуклеозидтетра-фосфата согласно следующей реакционной схеме:

А ДНК А

PPPS + РРРХ -*¦ РРРоРХ + PPi

Этот динуклеотид элонгируется путем последовательного присоединения рибонуклеозидмонофосфата к 3-тидроксидному концу

PPPqPx + nPPpY -»· ??????(??)? + ????

34*

1068

III. МЕТАБОЛИЗМ

Рифампицин, который связывается с ?-субъединицей РНК-полимеразы, полностью ингибирует реакцию инициации.

сн3 о сн2соо~ рисрамицин В (рифампицин)

Стрептолидигин, который также связывается с ?-субъединицей, блокирует элонгацию цепи. Это свидетельствует о том, что ?-субъ-единица участвует как в инициации, так и в процессе синтеза РНК Действие актиномицина D, предотвращающее рост цепи, было описано выше (разд. 26.5).

После инициации элонгации происходит существенное уменьшение сродства ?-субъединицы в РНК-полимеразе. Эта субъединица диссоциирует от холофермента и может быстро взаимодействовать с другой молекулой кор-фермента РНК-полимеразы, если она доступна. Рост цепи, вероятно, сопровождается плавлением пар оснований только в той части дуплекса ДНК, которая подвергается транскрипции. Взаимодействие между матричной ДНК и РНК-транскриптом является временным, и полное спаривание оснований в двуспиральной ДНК восстанавливается после завершения транскрипции. Таким образом, транскрипция в отличие от репликации ДНК является полностью консервативным процессом.

26.5.2.3. Терминация цепи и высвобождение фермента

Терминация синтеза РНК при участии РНК-полимеразы происходит in vitro на специфических последовательностях и сопровождается высвобождением фермента. В других случаях терминация некоторых транскриптов in vitro не происходит на тех же участках, •что и in viro, и продолжается на прилежащих участках. В некоторых, но не всех случаях, которые были изучены, терминация на соответствующих участках in vitro может быть индуцирована добавлением белка, который называется р-фактор. Этот фактор, который обычно не ассоциирован с холоферментом РНК-полимеразы, явля-

26. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. II

1069

«ется олигомерным белком (?? 50 000) и был впервые идентифицирован по способности уменьшать количество РНК при транскрипции in vitro благодаря индукции терминации. р-Фактор, ассоциированный с ДНК, обладает АТРазной активностью. Образующаяся цепь РНК может освободиться от ДНК, но РНК-полимераза остается связанной с ДНК. Таким образом, р-фактор сам по себе не вызывает высвобождения фермента от матрицы после завершения транскрипции, и для заключительной стадии процесса транскрипции необходимы некоторые дополнительные факторы.

26.5.3. РНК-полимеразы эукариот

РНК-полимеразы были выделены из тимуса теленка, культуры клеток человека, печени крысы и дрожжей. В каждом случае в ядерной фракции было обнаружено три различных фермента. Все три — высокомолекулярные белковые комплексы (?? от 500 000 до 700 000) и содержат чрезвычайно сложный набор субъединиц. Один из этих ферментов, называемый РНК-полимеразой I, или А, состоит нз шести субъединиц с ?? 200000, 126000, 51 000, 44000, 25000 и 16 500 соответственно в соотношении 1:1:1:1:2:2. РНК-полимераза II, или В, состоит из пяти субъединиц с ? 214 000, 140 000, 34 000, 25 000 и 16 000 соответственно. РНК-полимераза III, или 'С, содержит по крайней мере десять полипептидов с ?? 155000, 138 000, 89 000, 70 000, 53 000, 49 000, 41 000, 32 000, 29 000 и 19 000 соответственно.

Хотя все три РНК-полимеразы являются ядерными ферментами, их локализация в ядре, так же как и функции, различна. Так, РНК-полимераза I обнаружена в ядрышке и катализирует синтез рибосомальных РНК- РНК-полимераза II присутствует в нуклео-плазме и, вероятно, ответственна за синтез мРНК- РНК-полимераза III также присутствует в нуклеоплазме, и считается, что она ответственна за синтез 5S РНК и тРНК. Эти три фермента различаются также по чувствительности к а-аманитину, токсическому началу гриба Amanita phalloides. ?-Аманитин специфически ингибирует РНК-полимеразу II, и клетки, устойчивые к ?-аманитину, содержат РНК-полимеразу II, устойчивую к этому яду. РНК-полимераза I полностью устойчива по отношению к ?-аманитину, а РНК-полимераза III ингибируется им, но для этого необходима в 1000 раз большая концентрация ?-аманитина, чем для ингибирования РНК-полимеразы II.

Хотя это еще не изучено детально, эукариотические РНК-полимеразы очень похожи на соответствующие бактериальные ферменты как по требованиям к матрице и предшественникам, так и по катализируемым ими реакциям. Синтез РНК идет через ряд стадий, включая связывание фермента, вероятно со специфическими про-моторными участками, инициацию роста цепи, которая начинается

1070

III. МЕТАБОЛИЗМ

обычно с АТР или GTP, рост цепи и, наконец, обрыв и высвобождение цепи.

Митохондрии содержат РНК-полимер азу, которая четко отличается от ядерных ферментов и, вероятно, используется для синтеза митохондриальных РНК. Следует отметить, что фермент из митохондрий Neurospora crassa имеет малую молекулярную массу (М 64 ООО) и состоит из единственной полипептидной цепи. Как и бактериальные РНК-полимеразы, он ингибируется рифампицнном, но нечувствителен к ?-аминитину, что, возможно, отражает лрока-риотическое происхождение митохондрий.

26.5.4. Созревание РНК-транскриптов

Многие первичные транскрипты претерпевают посттранскрипционную модификацию, которая может быть четырех типов: 1) эндо-нуклеолитическое расщепление длинных первичных транскриптов, которые могут быть .в некоторых случаях полигенными, т. е. содержать более чем одну кодирующую последовательность; 2) добавление нуклеотидов к З'-концу транскрипта; 3) добавление нуклеотидов к 5'-концу транскрипта; 4) модификация оснований в транскрипте, происходящая чаще всего в тРНК (гл. 7). Как отмечено ниже, регуляция экспрессии гена может осуществляться на уровне созревания РНК и на уровне транскрипции.

26.5.4.1. Рибосомные РНК

У прокариот 16S и 23S РНК образуются путем созревания 305-предшественника (2,Ы06), который расщепляется на две цепи с ? 0,6· 106 (17S) и 1,2-106 (25S), которые далее превращаются в 16S и 23S РНК, входящие в состав прокариотических рибосом. 5S РНК также образуется из 305-нредшественника в результате эндонуклеаэного расщепления, возможно у 5'-конца. Нуклеотидная последовательность, соответствующая 16S РНК, располагается у 5'-конца предшественника, и расщепление 30S предшественника начинается до завершения его транскрипции. Начальное расщепление предшественника катализируется РНазой III, впервые идентифицированной как РНаза, которая специфически расщепляет дву-спиральные РНК. У мутантов Е. coli, дефектных по РНазе III, рибосомные РНК накапливаются в виде 305-предшественников. Поэтому расщепление предшественника может идти по двуспиральным водородносвязанным участкам в составе однонитевого предшественника, хотя, возможно, расщепление идет также по специфическим последовательностям. Ферменты, ответственные за образование зрелых 16S и 23S РНК из их 17S и 255-предшественников, пока неизвестны.

26. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МЕТАБОЛИЗМА. II Ю71 45S

3'| --¦'¦·. ¦¦:-./·.·.·¦ 1 I I Ж'

41S I Z4S

у s ..·.·¦ 1 : ? · 11-1

1

32S ' 20S 1 . . . 1 ???-

28S ' ' 18S

I , ?? ? I

Рис. 26.7. Схема созревания рРНК из клеток человека (HeLa). Затемненные участки показывают последовательности 28S и 18S РНК. {Wellauer Р. К., David I. В., Kelley D. ?., Perry R. P., J. Mol. Biol., 89. 397, 1974.)

У эукариот гены 18S и 28S рибосомных РНК обнаружены в виде тандемно повторяющихся блоков (гл. 25). Следует еще раз отметить, что каждый блок состоит из транскрибируемых сегментов и нетранскрибируемых спейсеров. Первичным транскриптом генов рибосомных РНК является большая РНК-предшественник, которая затем созревает с помощью до сих пор неидентифицированных РНаз, образуя 18S и 285-продукты, как показано на рис. 26.7. Гены рибосомной 5S РНК не являются частью этого тандема, но расположены в виде тандема ген — спейсер в геноме. Большие предшественники 5S РНК не были обнаружены.

26.5.4.2. Транспортные РНК

Все исследованные прокариотнческие тРНК сначала транскрибируются в виде больших предшественников. Так как гены тРНК часто образуют кластеры, такие первичные транскрипты могут содержать более чем один вид тРНК. Последовательность предшественника тнрознновой тРНК приведена на рис. 26.8.

Предшественник двух тРНК (пролиновой и сериновой), кодируемых генами бактериофага Т4 (гл. 28), является примером предшественника, содержащего две различные тРНК. Возможно, что все восемь генов тРНК, кодируемых ДНК этого вируса, транскрибируются в виде одного длинного полинуклеотида, который вначале расщепляется на димерные предшественники, а затем идет созревание каждого из них с образованием двух зрелых молекул тРНК. Хотя гены тРНК Е. coli включают ССА-последовательность на З'-конце тРНК, у генов тРНК фага Т4 такой последовательности нет. В этом случае ССА-последовательность достраивается пост-транскрипционно с помощью специфической тРНК-СМР-АМР-пи-рофосфорилазы, которая поставляется клеткой-хозяином.

1072

III. МЕТАБОЛИЗМ

Для созревания предшественников тРНК требуется несколько нуклеаз, одна из которых, РНаза Р, расщепляя предшественник, создает 5'-конец зрелой тРНК. Этот фермент, обладающий высокой специфичностью по отношению к месту расщепления в каждом предшественнике, вовлечен, по-видимому, .в образование правильного 5'-конца у всех молекул тРНК Е. coli. Другие рибонуклеазы созревания действуют на межгенные последовательности и на З'-концы. У мутанта Е. coli, дефектного но ферменту, который катализирует перенос изопентенильного остатка на соответствующий адениловый остаток тирозиновой тРНК (рис. 7.8), накапливается предшественник тирозиновой тРНК, что свидетельствует о необходимости этой модификации для надлежащего созрев

страница 107
< 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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 2" (8.40Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(24.08.2019)