Участвующие в транскрипции генов прокариот

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

Фермент	Точка приложения	Функция
РНК- полимераза I	Разрывает водородные связи в молекуле ДНК и на ее кодогенной цепи в соответствии с принципом комплементарности синтезирует все виды РНК	Обеспечивает синтез мРНК,рРНК и тРНК
σ –Фактор (сигма-фактор)	Связывается с полинуклеотидными последовательностями промотора и РНК-полимеразой	Обеспечивает присоединение РНК-полимеразы к промотору и инициацию транскрипции

Таблица 4.2

Ферменты и белковые факторы,

Участвующие в транскрипции генов эукариот

Фермент	Точка приложения	Функция
РНК- полимераза II	Разрывает водородные связи в молекуле ДНК и на ее кодогенной цепи в соответствии с принципом комплементарности синтезирует пре-мРНК	Обеспечивает синтез мРНК
РНК- полимераза I	Те же, что и у РНК-полимеразы II	Обеспечивает синтез рРНК
РНК- полимераза III	Те же, что и у РНК-полимеразы II	Обеспечивает синтез тРНК
Белки - общие факторы транскрипции	Связываются с полинуклеотидными последовательностями боксов промотора и с РНК-полимеразой II	Обеспечивают присоединение РНК-полимеразы II к промотору и участвуют в образовании комплекса, инициирующего транскрипцию всех белок- кодирующих генов
Белки - специфические факторы транскрипции	Связываются с проксимальными и дистальными регуляторными полинуклеотидными последовательностями ДНК гена (контролирующими элементами), после чего взаимодействуют с компонентами комплекса, инициирующего транскрипцию	Обеспечивают присоединение РНК-полимеразы к промотору и инициируют транскрипцию генов, контролирующих синтез специфических белков

В процессе транскрипции выделяют три стадии: инициации, элонгации и терминации.

На стадии инициации транскрипции фермент РНК-полимераза присоединяется к особому участку в молекуле ДНК-промотору (рис. 4.18).

У прокариот РНК-полимераза способна связываться с последовательностями промотора без участия посредников. У эукариот указанный фермент присоединяется к промотору только после того, как со специфическими нуклеотидными последовательностями промотора свяжутся белки, получившие название транскрипционных факторов. В результате белок-белковых взаимодействий РНК-полимеразы и транскрипционных факторов формируется единая в функциональном отношении молекулярная структура - комплекс, инициирующий транскрипцию.

Выделяют две группы транскрипционных факторов: общие и специфические факторы транскрипции.

Общие факторы транскрипции, например ТАТА-связывающийся белок и некоторые другие белки, первыми присоединяются к полинуклеотидным последовательностям боксов промотора в процессе формирования комплекса, инициирующего транскрипцию (см. рис. 4.18). Указанные факторы в комплексе с РНК-полимеразой обеспечивают эффективную инициацию транскрипции не всех, а лишь постоянно экспрессирующихся генов, продукты которых необходимы для нормального существования любой клетки организма. Для всех других генов, таких, например, как гены адаптивного ответа или цитодифференцировки, участия только общих факторов в образовании комплекса, инициирующего транскрипцию, оказывается недостаточным. Высокий уровень транскрипции таких генов достигается лишь при участии в формировании комплекса, инициирующего транскрипцию, специфических факторов транскрипции. Многие из указанных факторов сначала присоединяются к определенным регуляторным последовательностям (контролирующим элементам) регулируемых ими генов и лишь затем связываются с общими факторами транскрипции и другими белками-коактиваторами, способствуя таким образом присоединению РНК- полимеразы к промотору и формированию комплекса, инициирующего транскрипцию (см. рис. 4.18).

После присоединения к промотору РНК-полимераза разрывает водородные связи между цепями ДНК и раскручивает прилежащий виток спирали, экспонируя 10-20 нуклеотидов ДНК для последующего спаривания с ними комплементарных рибонуклеотидов. В результате две цепи ДНК расходятся, и на одной из них, называемой кодогенной, осуществляется синтез мРНК путем включения рибонуклеозидтрифосфатов в синтезиоуемую цепь мРНК с соблюдением комплементарности их нуклеотидам кодогенной цепи ДНК. Поскольку РНК-полимераза присоединяет нуклеотиды только к З'-концу растущей полинуклеотидной цепи, синтезируемая цепь мРНК удлиняется в направлении 5'-конца матрицы, то есть антипараллельно по отношению к кодогенной цепи ДНК. При переходе от стадии инициации к стадии элонгации факторы транскрипции (у прокариот σ-фактор) отделяются от РНК- полимеразы, и вместо них к ферменту присоединяются другие белки — факторы элонгации.

На стадии элонгации (последовательного удлинения синтезируемой цепи РНК) фермент РНК-полимераза, продвигаясь вдоль цепи ДНК, раскручивает двойную спираль молекулы ДНК, одновременно представляя (экспонируя) на ее кодогенной цепи отрезок длиной около 18 оснований для спаривания с рибонуклеозидтрифосфатами. Пройденные РНК-полимеразой одноцепочечные участки ДНК вновь объединяются в двойную спираль. Синтезируемая цепь мРНК удлиняется в направлении 3'→5΄ то есть антипараллельно по отношению к кодогенной цепи ДНК (рис. 4.19).

вставка

На стадии терминации осуществляется окончание транскрипции. У прокариот сигналом для окончания транскрипции служит специфическая палиндромная последовательность, получившая название терминатора. После транскрипции терминатора РНК- полимеразой вновь синтезированная цепь мРНК и РНК-полимераза отделяются от матрицы ДНК (рис. 4.20).

У эукариот остановка транскрипции происходит, когда РНК-полимераза транскрибирует последовательность ДНК, кодирующую сигнал полиаденилирования (AAUAAA) в молекуле пре-мРНК, и следующие за ней 10—35 нуклеотидов. После этого с растущей цепью РНК- транскрипта связывается специальный белок и разрезает его, освобождая вновь синтезированную пре-мРНК от фермента и молекулы ДНК (рис. 4.21).

Скорость транскрипции у прокариот составляет 50—100 нуклеотидов в секунду, а у эукариот — 20—30 нуклеотидов в секунду.

У прокариот молекулы мРНК способны выполнять функцию матриц для трансляции сразу после их синтеза. У эукариот образовавшаяся незрелая мРНК, или пре-мРНК, сразу же, еще до ее транспорта из ядра в цитоплазму, подвергается сложным превращениям, так называемому процессингу, или созреванию. Превращение первичного транскрипта в зрелую мРНК начинается с химической модификации его 5'-конца путем присоединения к нему так называемого «колпачка», или кэпа - 7-метилгуанозинтрифосфата. Этот процесс осуществляется еще на стадии элонгации вскоре после начала синтеза первичного транскрипта. После завершения транскрипции часть нуклеотидов на З’-конце первичного транскрипта удаляется, и в этом месте к нему присоединяется полинуклеотидная последовательность, насчитывающая 100-200 остатков адениловой кислоты - полиадениловый «хвост».

В ходе процессинга осуществляется также сплайсинг - процесс, сопровождающийся удалением интронов и сшиванием между собой экзонов с образованием зрелой мРНК (рис. 4.22; 4.23).

В механизме сплайсинга участвуют малые ядерные рибонуклеопротеиновые частицы, или мяРНП, каждая из которых состоит из малой ядерной РНК (мяРНК), связанной с белковым остовом. После образования первичного трансрипта малые ядерные РНК, входящие в состав мяРНП, распознают участки разрезания пре-РНК по характерным для них сайтам сплайсинга - коротким нуклеотидным последовательностям, расположенным на 5΄ -конце (-AGGU-) и на З΄-конце (-GAGG-) интронов, и соединяются с ними своими нуклеотидными последовательностями по принципу комплементарности. Затем несколько таких частиц объединяются между собой и с другими белками с образованием крупных молекулярных комплексов-сплайсосом, размеры которых сопоставимы с размерами рибосом. Посредством сплайсосом интроны вырезаются и удаляются из состава пре-РНК, а экзоны сшиваются между собой с восстановлением непрерывной полинуклеотидной последовательности. После этого сплайсосомы распадаются с одновременным освобождением зрелой мРНК, содержащей только экзоны. В некоторых случаях сплайсинг происходит самопроизвольно в результате каталитической активности самих молекул РНК — рибозимов, обеспечивающих расщепление первичного транскрипта в определенных сайтах.

Сплайсинг одной и той же последовательности пре-мРНК в разных условиях (например, в клетках разных тканей многоклеточного организма) может осуществляться неодинаково. В результате из одной и той же пре-РНК могут удаляться разные нуклеотидные последовательности интронов (в состав интронов в этом случае могут входить и некоторые экзоны) и образовываться разные зрелые мРНК. Этот феномен получил название альтернативного (взаимоисключающего) сплайсинга (рис. 4.24).

Сплайсингу подвергаются не только пре-мРНК, кодирующие полипептиды, но и пре-РНК молекул рРНК и тРНК.

Биологическое значение альтернативного сплайсинга состоит в том, что он обеспечивает повышение разнообразия белков, синтезируемых на основе данного генома. Иными словами, благодаря альтернативному сплайсингу, достигается повышение информационной емкости генома без изменения его размеров.

Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 50; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 12

Мы поможем в написании ваших работ!