Транскрипция белка

Вся генетическая информация эукариотической клетки, закодированная в молекуле ДНК, находится в ядре. ДНК слишком велика, чтобы проникать через ядерные поры, поэтому посредником между ядром и цитоплазмой выступает специальная РНК, которую называют матричной или информационной. Ее название на английском языке еще более красноречиво - messenger, что переводится как "посланник".

Считывание генетической информации

Считывания генетической информации происходит вследствие распускания лишь небольшого фрагмента двойной спирали (примерно один виток двойной спирали). К участку ДНК комплементарно достраивается мРНК. Таким образом, некоторое время существует двойная спираль ДНК - РНК. Но она менее стабильна, чем спираль ДНК-ДНК, и быстро распадается. Одноцепная РНК высвобождается, а структура двойной спирали ДНК восстанавливается. Молекулы мРНК вместо тимина содержат урацил. Такая замена не случайна. Оказывается, что биосинтез тимина энергетически гораздо дороже, чем урацила. Для молекул РНК стабильность и точность менее важна, ведь они работают и существуют в клетке значительно меньше времени.

Молекула мРНК синтезируется в направлении 5г - 3г, а считывание информации из ДΗК имеет направление 3г - 5г. Главным ферментом транскрипции является ДНК-зависимая РНК-полимераза. У прокариот это один фермент, а у эукариот - комплекс из трех ферментов. Этот фермент катализирует синтез РНК.

Молекулы синтезированной РНК-полимеразы на матрице ДНК называют первичным транскриптом, а смесь таких молекул - гетерогенной ядерной РНК (гяРНК).

Молекула, которая служит матрицей для синтеза белка, называют зрелой мРНК.

РНК-полимераза

РНК-полимераза - это сложный фермент с четвертичной структурой. РНК-полимераза имеет несколько субъединиц: две а одну b, одну bг и одну s. Молекулярная масса фермента - 500 кДа. Для нормальной работы РНК-полимеразы необходимы следующие факторы:

• матрица;
• активированные предшественники;
• двухвалентные ионы.

Эффективной матрицей для РНК-полимеразы является ДНК. К ней фермент достраивает комплементарную копию. Активированными предшественниками выступают 5г-рибонуклеозидтрифосфаты. Для транскрипции необходимы четыре трифосфаты - АТФ, ТТФ, УТФ, ГТФ. Фермент РН К-полимераза активен только в присутствии двухвалентных ионов $Mg_{2^+}$ и $Mn_{2^+}.$

Перечисленные факторы свидетельствуют о том, что по своим характеристикам РНК-полимераза подобная ДНК-полимеразе. Но между этими двумя ферментами существуют существенные различия:

РНК-полимераза не требует затравки. Она может начинать синтез с новой цепи, для ДНК-полимеразы необходимо наличие цепи со свободной ОН - группой в С положении.

ДНК-матрица при транскрипции сохраняется полностью. При репликации сохраняется только одна "старая" цепь, то есть процесс репликации имеет полуконсервативный характер. РНК-полимераза не имеет эндонуклеазной активности.

ДНК-полимераза проверяет правильность синтеза новой цепи и вырезает неправильные ошибочные нуклеотиды. РНК-полимераза не проверяет правильность синтеза цепи, поэтому вероятность ошибок при транскрипции составляет одну ошибку на 105 нуклеотидов, в 10000 раз больше, чем при репликации.

Этапы процесса транскрипции

Процесс транскрипции достаточно сложный. Он проходит в несколько этапов:

• инициация - присоединение РНК-полимеразы к началу участка ДНК, с которой идет считывание информации.
• элонгация - построение цепи мРНК.
• терминация - окончание синтеза и высвобождения первичного транскрипта.
• процессинг - изменения, которые происходят с новосинтезированные молекулой мРНК (первичным транскриптом) перед тем, как она начнет участвовать в биосинтезе белка.

Каждый из этапов транскрипции связан с соответствующими участками ДНК. И часть ДНК, которая участвует в транскрипции, состоит из отдельных обязательных фрагментов. Промотор - это участок ДНК, которую распознает РНК-полимераза. Промотор расположен непосредственно перед участком, с которой начинается транскрипция. Он имеет размер около 40 пар оснований. Промоторной участки в разных организмов сходны по строению. Исследование свойств промоторов Е. coli показало, что полимераза распознает на молекуле ДНК две нуклеотидные последовательности из 6 нук- леотидив, которые разделены примерно 25 нуклеотидами. Лидер - это фрагмент ДНК, из которого непосредственно начинается синтез мРНК. Установлено, что синтез мРНК начинается с аденозинтрифосфата или гуанозинтрифосфата (АТФ или ГТФ). Таким образом, новообразованная мРНК будет иметь трифосфатную группу на 5г-конце и группу $OH$ на 3г-конце.

Цистрон (единица транскрипции) - это весь участок ДНК, с помощью которой синтезируется мРНК. Основной характеристикой транскрипции является то, что процесс считывания генетической информации с молекулы ДНК происходит только с одной (любой) цепи двойной спирали. Анти параллельный участок цепи, как известно на сегодняшний день, генетической информации не несет. Считают, что его функция - поддержание целостности участка ДНК.

Терминатор состоит из гуанин-цитозин и аденин-тимин обогащенных участков. Эти участки вдоль одной цепи зеркально симметричные и могут быть заперты сами на себя, создавая "шпильку". "Шпилька" мешает движению фермента и приводит к остановке транскрипции. Преобразование первичного транскрипта в зрелую мРНК называют процессингом или созреванием.

Этот этап транскрипции значительно отличается у прокариот и еука- Риота. Различия связаны с особенностями строения генома. Первичный транскрипт у прокариот может включать информацию о нескольких соседних, а не только об одном полипептидную цепь, а также о РНК. Поэтому процессинг в них включает разрезания первичного транскрипта на составные части (в случае, если такие есть). Когда первичный транскрипт состоит из информации только об одном полипептидную цепь, то процесс биосинтеза может начаться еще до окончания транскрипции.

В геноме эукариот информационные участка (экзоны) чередуются с неинформационных (интронов), поэтому информация об отдельном полипептид имеет значительно большую физическую длину. Конечно первичный транскрипт содержит экзоны и интроны, которые относятся к одной полипептидной цепи.