Структурная организация матрицы
Синтез РНК протекает на строго определенных участках генома. Единицей транскрипции выступает транскриптон — фрагмент ДНК, ограниченный двумя ключевыми регуляторными элементами:
- Промотор — специфическая нуклеотидная последовательность (сайт), где РНК-полимераза связывается с матрицей и инициирует сборку.
- Сайт терминации — участок, на котором синтез полинуклеотидной цепи завершается.
Главная особенность эукариот заключается в том, что в состав одного транскриптона входит, как правило, только один ген. Такое изолированное расположение позволяет клетке индивидуально считывать разные гены, тонко регулируя их активность в зависимости от своих потребностей.
РНК-полимеразы эукариот
В ядре эукариотической клетки биосинтез катализируют массивные многосубъединичные ферменты — РНК-полимеразы. Они не только образуют фосфодиэфирные связи, но и имеют центры связывания для регуляторных факторов. В зависимости от типа синтезируемого продукта выделяют три вида ферментов:
- РНК-полимераза I — специализируется на синтезе предшественников рибосомальных РНК (пре-рРНК).
- РНК-полимераза II — ответственна за создание предшественников матричных РНК (пре-мРНК).
- РНК-полимераза III — катализирует сборку предшественников транспортных РНК (пре-тРНК).
Построение новой цепи идет по принципу комплементарности. Напротив аденина (A) ДНК встраивается урацил (U) РНК, напротив гуанина (G) — цитозин (C), а напротив тимина (T) — аденин (A).
Стадия инициации
Процесс запускается в области промотора, где первостепенную роль играет белок — ТАТА-фактор. Он распознает специфическую нуклеотидную последовательность («-ТАТА-») и связывается с ней.
Присоединение ТАТА-фактора «активирует» промотор, облегчая его взаимодействие с РНК-полимеразой. Посадка ферментативного комплекса на ДНК резко увеличивает его сродство к факторам инициации (A, B). Совместными усилиями они обеспечивают локальное расплетение примерно одного витка двойной спирали ДНК, чтобы получить прямой доступ к матричной цепи для старта полимеризации.
Элонгация и терминация
После успешной инициации начинается элонгация — активный рост нити пре-РНК. Синтез молекулы всегда идет антипараллельно, в направлении от 5′- к 3′-концу, в то время как сам фермент движется по матрице от 3′- к 5′-концу. На этом этапе подключаются факторы элонгации (E, H, F), которые повышают активность фермента и поддерживают локальное расхождение цепей.
Динамика спирали ДНК такова: впереди скользящей полимеразы витки расходятся, а позади нее — восстанавливаются. Суммарное уравнение реакции выглядит следующим образом:
аГТФ + bАТФ + cУТФ + mЦТФ → (матрица ДНК, Mg2+, РНК-полимераза) → РНК + (a+b+c+m)H4P2O7
Завершается процесс на стадии терминации. Когда комплекс достигает сайта терминации, локальное расхождение цепей делает этот участок доступным для факторов терминации. Они останавливают работу полимеразы, ускоряя отсоединение первичного транскрипта и высвобождение фермента из комплекса с ДНК.
Коротко: ответы на вопросы по теме
Чем отличается строение транскриптона эукариот от оперона прокариот?
Главное отличие заключается в количестве структурных генов и наличии оператора.
| Характеристика | Транскриптон эукариот | Оперон прокариот |
|---|---|---|
| Количество структурных генов | Обычно входит только один ген | Включает несколько структурных генов |
| Регуляторная область | Ограничен промотором и сайтом терминации | Включает промотор, оператор и терминатор |
Какие посттранскрипционные модификации (процессинг) проходит первичный транскрипт пре-мРНК?
Первичный транскрипт пре-мРНК подвергается трем основным посттранскрипционным модификациям в ядре.
- Кэпирование (Capping) — присоединение 7-метилгуанозина на 5'-конце через трифосфатный мостик для защиты от экзонуклеаз и узнавания рибосомой.
- Полиаденилирование (Poly-A tail) — присоединение на 3'-конце «хвоста» из 100–200 адениловых нуклеотидов для стабилизации молекулы.
- Сплайсинг (Splicing) — вырезание неинформативных участков (интронов) и сшивание кодирующих участков (экзонов) для формирования непрерывной кодирующей последовательности.
Какие существуют дополнительные регуляторные элементы промотора эукариот, помимо ТАТА-бокса?
Помимо ТАТА-участка, регуляция скорости транскрипции осуществляется при участии дополнительных регуляторных элементов ДНК.
К ним относятся:
- Энхансеры — участки ДНК, взаимодействие белков с которыми приводит к возрастанию скорости транскрипции.
- Сайленсеры — участки, при взаимодействии с которыми скорость транскрипционного процесса снижается.
Чтобы не путать функции ферментов эукариот, используйте аббревиатуру РМТ для типов I, II и III соответственно: РНК-полимераза I — пре-РРНК (рибосомальная), II — пре-МРНК (матричная), III — пре-ТРНК (транспортная).
Что ещё разобрать по теме
- Посттранскрипционные модификации первичных транскриптов
- Функции факторов инициации A и B
- Механизм действия факторов элонгации E, H, F
- Процесс отщепления пирофосфата при элонгации цепи
Разберите тему целиком в курсе «Биохимия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Транскрипция» и ещё 3 574 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 115 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Матричные биосинтезы»
Бесплатные видеоуроки: биохимияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.