10.1. РНК-полимеразы
Транскрипция осуществляется специальными ферментами, ДНК-зависимыми РНК-полимеразами с участием многочисленных факторов транскрипции. Субстратами РНК-полимеразы являются все четыре рибонуклеозидтрифосфата. Из двух цепей ДНК транскрибируется только одна – которая служит матрицей для синтеза РНК при транскрипции, называется смысловой или матричной. Вторая нить ДНК – некодирующая (комплементарная ей РНК не кодирует белки). Нуклеотидная последовательность транскрипта комплементарна последовательности матричной цепи (вместо тимидинового остатка используется уридиновый остаток). Синтез РНК идет от 3- к 5-концу гена. Хотя для работы РНК-полимеразы не требуется затравка, фермент не начинает синтез до тех пор, пока не свяжется с особым участком ДНК, который служит сигналом к инициации транскрипции (промотором).
РНК-полимеразы могут состоять из одной (у некоторых бактериофагов и органелл эукариот) или нескольких субъединиц. Для бактерий и эукариот с большим числом генов и сложными системами регуляции транкрипции РНК-полимеразы представляют собой многосубъединичные белковые комплексы.
У бактерий один и тот же фермент катализирует синтез трех типов РНК: мРНК, рРНК, тРНК. Бактериальная РНК-полимераза изучена очень подробно. Она представляет собой большой (мол. масса ~500 kD) фермент, состоящий из нескольких белковых субъединиц: двух маленьких α-субъединиц (35 kD), больших β- и β'-субъединиц (155 и 165 kD, соответственно) и ω-субъединицы. Две α-субъединицы связывают остальные элементы фермента и распознают регулирующие факторы. Субъединица β' участвует в связывании фермента с ДНК, β-субъединица образует каталитический активный центр и обладает собственно полимеразным действием; ω-субъединица – небольшой белок, который также выполняет структурную функцию. Все субъединицы РНК-полимеразы заряжены отрицательно: σ>α>β>β', но в каждой имеется кластер положительно заряженных участков, которыми они удерживают отрицательно заряженную ДНК. Наибольшее число таких кластеров у β'-субъединицы.
РНК-полимераза, состоящая из субъединиц ααββ', называется минимальным, или кор-ферментом. Кор-фермент обладает каталитической активностью, но не способен осуществлять инициацию транскрипции. Такой способностью обладает полный фермент (холофермент), содержащий σ-субъединицу (чаще 70 kD). Эта субъединица значительно снижает сродство РНК-полимеразы к неспецифичным областям ДНК и в то же время повышает ее чувствительность к определенным промоторам, в зависимости от своей структуры. С помощью σ-субъединицы транскрипция начинается с нужного участка ДНК. При присоединении к ДНК σ-субъединица в составе холофермента распознает промотор, на котором должен начинаться синтез РНК. У Е. coli описано до 10 видов σ-субъединиц, которые при объединении с минимальным ферментом дают возможность узнавать разные промоторы. После того как инициация осуществилась, σ-субъединица отсоединяется от комплекса, и дальнейшую элонгацию цепи ведет кор-фермент.
В эукариотических клетках присутствуют три РНК-полимеразы, каждая из которых ответственна за транскрипцию различных групп генов. При этом все гены, кодирующие белки, транскрибируются РНК-полимеразой II. РНК-полимераза I локализована в ядрышке и отвечает за синтез 45S-предшественника рибосомных РНК, превращающегосяся затем в 28S, 18S и 5,8S рРНК. РНК-полимераза II находится в нуклеоплазме и катализирует образование первичного транскрипта матричной РНК и большинства малых ядерных РНК и микроРНК. Для связывания с промоторами РНК-полимеразе II требуется целый набор факторов транскрипции.
РНК-полимераза III, также локализованная в нуклеоплазме, отвечает за синтез разнообразных низкомолекулярных РНК, в том числе тРНК и рибосомных 5S РНК. Каждый из этих ферментов представляет собой многосубъединичный белковый комплекс, состоящий из двух больших (120–220 kD) и 5–13 малых (10–100 kD) субъединиц. Большие субъединицы гомологичны β и β`-субъединицам бактериальных РНК-полимераз. В митохондриях и хлоропластах эукариот существуют также и другие типы РНК-полимераз.
Достарыңызбен бөлісу: |
