Транскриптоны прокариот. Строение промотора прокариот, структурные элементы

Единицы процесса транскрипции несут информацию о структуре одного или нескольких белков. Участок ДНК, в котором заключена информация о структуре одного белка, называется цистроном или структурным геном. Ген состоит из регуляторной части (промотор и оператор), с которой начинается транскрипция, кодирующей части (цистроны), где записана информация о структуре белка, и терминирующей части, где завершается транскрипция. Последовательность нуклеотидов ДНК, ограниченная промотором и терминатором, кодирующая одну молекулу мРНК и контролируемая оператором, называется опероном. Цепи ДНК являются антипараллельными и обе этих цепи не могут кодировать один и тот же белок. Поэтому их принято разделять на кодирующую и матричную. В единице транскрипции участок, в котором находится регуляторная область, условно принято обозначать 5’- концом.

Регуляторная часть гена прокариот представлена промотором - это минимальная последовательность, которая специфично распознается РНК-полимеразой (рис. 28).

Особенности в бактериальных промоторах:

1) Наличие стартовой точки транскрипции (обозначается 0, нуклеотиды слева обозначаются «-», справа “+“), в ней в 90% случаев располагается пурин (A, G). Часто это центральный нуклеотид в последовательности CAT.

2) Особая последовательность нуклеотидов, начиная с положения -10. Шесть нуклеотидов 5’-ТАТААТ-3’ присутствуют почти у всех промоторов. ОбнаруженаПрибновым в 1975 году. С этой последовательностью связывается σ-субъединица РНК-полимеразы.

3) Особая последовательность нуклеотидов, начиная с положения -35 - шесть нуклеотидов 5’-TTGACA-3’ Указывает место посадки σ - субъединицы РНК-полимеразы.

4) Разобщение последовательностей в районах -10 и -35. Расстояние, разделяющее эти последовательности составляет 16 и 18 пн в 90% случаев, это важно, так как согласуется с формой РНК-полимеразы.

После промотора, между +1 и -10 нуклеотидом находится оператор -место связывания специальных белков регуляторов, блокирующих или открывающих транскрипцию. Непосредственно перед генами находится предцистронный участок, который транскрибируется, но не транслируется - лидерный сайт. На мРНК этому сайту будет соответствовать предцистронная зона, в которой выделяется два участка. Первой из них является последовательность нуклеотидов, кодирующая на мРНК участок, с которым связывается 16 SрРНК рибосомы (область Шайна-Дальгаоно). Кроме того, у многих прокариот в состав лидерного сайта входит аттенюатор - участок, регулирующий транскрипцию. Он оказывает влияние на связь РНК-полимеразы с ДНК.

Далее идет цистронная область - последовательности нуклеотидов, содержащие информацию о генах, которые транскрибируются. Причем чаще всего ген прокариот полицистронный, т.е. кодирует несколько белков под контролем одного промотора. Чаще всего эти белки являются ферментами одной метаболической цепи. Благодаря наличию регуляторной зоны все цистроны включаются и выключаются одновременно. (Следует отметить, что не обязательно конечным продуктом гена является белок, таким продуктом может быть и РНК (тРНК и рРНК)).

После цистронов находится трейлерный сайт, соответствующий на мРНКпостцистронной зоне.

Все опероны заканчиваются терминатором - местом окончания транскрипции. Упрокариот описано два типа терминаторов, но каждый ген имеет терминатор только одного типа.

Терминаторы первого типа (р(ро)-независимые) состоят из последовательностей, расположенных за 16-20 пн от точки терминации и представляют собой инвертированный повтор, образующий шпильку. Эта последовательность замыкается нитью из 4-8 А(Т)-нуклеотидов, на которой синтезируется U (поли урациловая) -последовательность.

Терминаторы второго типа (p-зависимые). Эти терминаторы не имеют А(Т)-нити и во многих случаях не формируют шпилечных структур. Одним из важных белков, вовлеченных в терминацию транскрипции у генов Е. coli с. такими терминаторами является белок р. р -фактор - это олигомерный белок с двумя доменами: один связывается с ДНК, другой - с АТФ. Предполагается, что действие этого белка осуществляется за счет связывания с синтезируемой цепью РНК и перемещения вдоль нее в направлении 5’-3’ к месту синтеза РНК. Необходимая для этого энергия выделяется при гидролизе АТФ. Если р-белок наталкивается на образующуюся на РНК шпильку он останавливает РНК- полимеразу, которая могла бы продолжать транскрипцию. Вероятно, что диссоциации РНК от ДНК способствует сам р-фактор, так как он обладает ДНК:РНК хеликазной активностью (устраняет водородные связи между ДНК и РНК).

На терминаторах обоих типов происходит три ключевых события: а) останавливается синтез РНК; б) цепь РНК освобождается от ДНК; в) РНК- полимераза освобождается от ДНК.