загрузка...
 
ТРАНСКРИПЦИЯ (СИНТЕЗ МРНК)
Повернутись до змісту

ТРАНСКРИПЦИЯ (СИНТЕЗ МРНК)

Сама ДНК непосредственно в синтезе белков не участвует. Возможно лишь снятие с нее копий, которые и отправляются в цитоплазму, доставляя к рибосомам генетическую информацию, считанную с ДНК. Каждая такая копия представляет собой молекулу мРНК. Копирование - транскрипцию гена - ведет одна из ДНК-зависимых РНК-полимераз (у эукариот ее называют РНК-полимеразой II), а сам процесс совершенно аналогичен процедуре описанного выше синтеза праймера. Только размеры синтезируемой мРНК несравненно больше: ее цепь может насчитывать многие тысячи мономерных звеньев.

Инициация копирования происходит в стартовой точке транскрипции, которая соответствует началу гена (5'-концу формируемой молекулы мРНК). РНК-полимераза II почти сразу же обозначает этот 5'-концевой нуклеозидтри- фосфат особой меткой. Она создается путем отщепления от него последней (по счету) фосфатной группы, которую заменяет остаток ГМФ, присоединяемый своей фосфатной частью. Появляется редкостная структура - 5'-5-трифос- фатная связь между двумя мононуклеотидами (рис. 2-19). Далее следует метилирование присоединенного гуанина в положении 7, а также рибозы бывшего 5'-концевого нуклеозидтри- фосфата в положении 2 (нередко и рибоза следующего звена тоже подвергается аналогичному

Рис. 2-19. Строение «кэпа» на 5‘-конце молекулы мРНК.

метилированию). Возникшую метку называют кэп (от англ. сар - шапка, кепка); она обозначает начало синтезируемой цепи мРНК.

Каждый акт транскрипции представляет собой снятие копии лишь с одного гена. Поэтому, в отличие от репликации, разделение цепей ДНК в ходе такого копирования является временным и не требует участия дополнительных белков: сама РНК-полимераза II расплетает двойную спираль (примерно на полтора витка) и начинает здесь синтез мРНК на одной из одиночных цепей ДНК. По мере продвижения фермента к 5-концу матрицы, двойная спираль расплетается перед ним, но вновь закручивается позади полимеразы, освобождаясь при этом от готовой цепи мРНК на расстоянии 12 оснований от ее наращиваемого З'-конца (рис. 2-20). Таким образом, зона расхождения нитей ДНК перемещается вместе с РНК-полимеразой, удерживая в виде комплекса с цепью ДНК лишь короткий головной (растущий) отрезок мРНК.

Завершается синтез молекулы мРНК в терминаторной области, которая у прокариот имеет типовые особенности строения. У эукариот сигналы прекращения транскрипции не столь однотипны, но вполне узнаваемы для факторов терминации транскрипции. Эти белки способствуют отделению (от ДНК) синтезированного транскрипта, который затем подвергается полиаденилированию. Оно осуществляется независимым от матрицы ферментом, который поочередно присоединяет до 200 остатков АМФ со стороны З'-конца молекулы мРНК. Полагают, что возникший полиА-«хвост» нужен для ее зашиты от расщепления ферментами и, кроме того, участвует в образовании комплексов с белками.

Ту цепь ДНК, на которой формируется мРНК, называют обычно матричной цепью. Синтезируемая молекула рибонуклеиновой кислоты комплементарна ей, а потому идентична другой, нематричной цепи ДНК, повторяя ее и по последовательности чередования азотистых оснований (если «смириться» с заменой Т—>У), и по положению концов 5' и 3'. Поэтому именно нематричную цепь часто называют кодирующей (или смысловой) пепью. Следует подчеркнуть, что цепь, являющаяся матричной для одних мРНК, может оказаться нематричной при копировании других генов.

У эукариот молекула мРНК, синтезированная на матричной цепи ДНК, как правило, не является окончательной. Участки, кодирующие структуру определенного фрагмента будущей полипептидной цепи (они именуются экзонами), чередуются в ией с так называемыми интрона- ми. Последние представляют собой довольно протяженные последовательности (иногда до многих тысяч мономерных звеньев), которые не нужны при синтезе белка. Теперь установлено, что в геноме человека из тех 25% общей протяженности ДНК, которые кодируют более 26 тысяч белков, лишь 1,1% приходится на долю эк- зонов; остальные 24% занимают интроны.

Еще до выхода мРНК из ядра клетки специальные нуклеопротеиновые комплексы, в которых содержатся малые ядерные РНК (мяРНК), вырезают все интроны (роль которых пока еще так и неясна) и сшивают между собой оставшиеся экзоны. Механизм этого процесса сводится к реакции трансэстерификации (переноса фосфоэфирной связи с одной пентозы на другую в той же цепи), не требующей затрат энергии. Распознавание интронов обеспечивается тем, что каждый из них начинается с димера ГУ, а завершается фрагментом АГ (примыкающие к ним нуклеотиды тоже довольно консервативны). В целом этот процесс дозревания (процессинга) синтезированной молекулы мРНК получил специальное название сплайсинг (сращивание, - имеется в виду «склеивание» экзонов). И только после его завершения молекула зрелой мРНК в виде комплекса с определенными белками транспортируется через поры ядерной оболочки в цитоплазму. Нередко экзоны сшиваются не все и/или ие только в том порядке, в каком они следуют в исходной молекуле мРНК. Это явление обозначается как альтернативный сплайсинг. Есть гены, мРНК-копии которых реализуют его регулярно. Тогда ген (как и синтезированная на нем мРНК) является источником информации для построения не одной, а разных полипептидных цепей, хотя и близких по строению и функциональной роли.

Период полужизни зрелой мРНК составляет у эукариот десятки или сотни минут. После прекращения транскрипции гена остановка синтеза соответствующего белка происходит поэтому ие сразу, а спустя время, требуемое для деградации молекул мРНК.

Регуляция транскрипции исключительно важна в связи с тем, что гены (у эукариот) подвергаются транскрипции не все сразу, а каждый в своем режиме. Для многих {конститутивные гены) копирование в виде мРНК протекает постоянно (хотя и в разном темпе) и мало зависит от функционального состояния клетки. Другие проявляют себя только в специализированных тканях или только на определенной стадии клеточной дифференциации. Но есть еще и индуцируемые гены, - те, транскрипция которых запускается (или прекращается) под действием некоторых гормонов или других регуляторных факторов (включая экзогенные).

Ведущую роль в регулировании транскрипции играет промотор. Так называют отрезок двойной спирали ДНК длиной в 100-200 п.о., примыкающий к контролируемому им гену, т.е., к стартовой точке его транскрипции (она соответствует 5'-концу будущей мРНК). Наряду со специфическими последовательностями нуклеотидов, в разных его местах имеются сайты (от англ. site - местоположение, участок для чего-либо), обязательные для почти любого промотора. Чаше всего такой сайт представлен последовательностью -Т-А-Т-А- (и парным ему фрагментом -А-Т-А-Т-). На нем сорбируется ТАТА-связывающий белок, к которому присоединяется целая серия так называемых общих факторов транскрипции (имеющихся во всех клетках). В этот комплекс встраиваются РНК-полимераза II и еще ряд белков, завершая формирование инициаторного фактора. Главная его задача - распаковывание нуклеосомы, ибо она блокирует область инициации любого промотора, удерживая гены в «выключенном» (репрессированном) состоянии. И еще одна задача: она заключается в том, чтобы создать возможность сорбции специфических факторов транскрипщи. Каждый из них имеет не менее двух центров распознавания, один из которых взаимодействует с компонентами инициаторного фактора, а другой - с определенным участком ДНК.

Как правило, специфические факторы транскрипции находятся в неактивном состоянии. Связывание с инициаторным фактором требует поэтому их предварительной активации,

например, посредством взаимодействия с определенным гормоном. Кроме того, это должно сопровождаться локальным изгибом молекулы ДНК (формированием петли), тем более что на инициаторном факторе могут одновременно сорбироваться несколько разных специфических факторов транскрипции. Есть основания считать, что между ними возможна конкуренция, а некоторые из сорбируемых здесь белков (их называют репрессорамй) способны не инициировать, а блокировать транскрипцию гена.



загрузка...