Этапы транскрипции: связывание с ДНК, инициация, элонгация, терминация. РНК-полимеразы, субъединичная структура. Терминация транскрипции

Транскрипция прокариот

Три стадии: 1) инициация - связывание молекул РНК-полимеразы с ДНК и распознавание промотора; 2); элонгация; 3)терминация.

У прокариот процесс транскрипции осуществляется с помощью РНК- полимеразы, состоящей из собственно коровой части (кор-фермент ) и присоединяющегося к ней σ (сигма)-фактора. Коровая РНК- полимераза состоит из четырех субъединиц: двух α (ответственных за правильное взаимодействие фермента с промотором), β - (образует каталитический центр) и β’ - (участвует в связывании фермента с ДНК), σ-фактор распознает промотор, определяет специфичность взаимодействия промотора и РНК-полимеразы.

После связывания с ДНК молекулы РНК-полимеразы осуществляют поиск промоторов, на которых происходит формирование инициаторных комплексов.

Вначале РНК-полимераза контактирует с районом от -55 до +20 пн. Инициирующий комплекс содержит РНК-полимеразу и σ-фактор, который слабо связывается с участком промотора в положении -35 (участок Хогнесса ТТГАЦА), контролируя посадку РНК-полимеразы именно на промотор.

Затем РНК-полимераза связывается с доменом Прибнова (ТАТААТ) - районом вблизи положения -10.

Одновременно с этим почти полностью расплетается около двух витков двойной спирали ДНК (17 пн) вокруг нуклеотида в положении -10 с образованием так называемого транскрипционного пузырька. В этом положении присутствуют в основном А-Т нуклеотиды, имеющие между собой по две водородные связи, что значительно облегчает возможность их разъединения. Когда σ-фактор диссоциирует, собственно РНК- полимераза укорачивается до нуклеотида -30, а после перемещения фермента на несколько пар нуклеотидов он становится еще более компактным. Начальная стадия инициации транскрипции завершается образованием нескольких первых фосфодиэфирных связей в молекуле вновь синтезируемой РНК.

Стадия элонгации – последовательное удлинение синтезируемых молекул РНК. Исходным материалом являются нуклеозидтрифосфаты (АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ). Элонгация заканчивается тогда, когда молекула РНК- полимеразы доходит до специальных регуляторных последовательностей ДНК - терминаторов транскрипции. Если РНК отделяется от комплекса (=абортивная инициация), то все надо начинать сначала, поэтому необходима большая прочность транскрипционного комплекса.

В элонгирующем комплексе, состоящим из собственно РНК- полимеразы, ДНК и растущей РНК, есть несколько участков связывания ДНК с РНК (рис). Участок ДНК, входящий в состав комплекса, находится в «расплавленном» состоянии, образуя матричный пузырек или сферу, и контактирует с каталитическим центром РНК-полимеразы. По обеим сторонам имеются участки ДНК, которые при перемещении фермента вдоль матрицы, подвергаются плавлению и повторному отжигу. Считается, что этот процесс не является каталитическим, протекает самопроизвольно и связан со структурными особенностями РНК-полимеразы как таковой. Предполагают наличие двух сайтов, удерживающих растущую цепь РНК и двух участков связывания ДНК-матрицы. Длина гибрида ДНК-РНК составляет 2-17 пн. Все это обеспечивает стабильность комплекса.

Элонгация не происходит с постоянной скоростью. Во время элонгации РНК-полимераза может получать сигналы, вызывающие задержку транскрипции, ее прекращение или терминацию. Сигналы могут быть внутренние - определенные последовательности нуклеотидов ДНК или внешние - в виде специфических белков регуляторов, связывающихся с матрицей. Упрокариот в качестве причин задержки элонгации может быть образование шпилек на РНК и последовательности на ДНК, влияющие на способность РНК-полимеразы расплетать ДНК. Причиной прекращения элонгации могут быть особенности вторичной структуры РНК.

Терминация транскрипции упрокариот происходит на специальном участке ДНК - терминаторе.

Регуляция активности промоторов прокариот. Негативная регуляция, репрессоры. Позитивная регуляция, активаторы. Лактозный оперон. САР-белок. Сигма факторы как белки-регуляторы. Роль и разнообразие сигма-факторов. Регуляция терминации. Антитерминация. Аттенуация, Триптофановый оперон. См. Регуляция биосинтеза белка.