Транскрипция

(от лат. Transcriptio, букв-переписывание), биосинтез РНК на матрице ДНК. Первая стадия реализации генетич. Информации, в ходе к-рой нуклеотидная последовательность ДНК считывается в виде нуклеотидной последовательности РНК (см. Генетический код). В основе этого процесса лежит принцип комплементарного спаривания пуриновых и пиримидиновых оснований (см. Компле-ментарность). Т. Осуществляется с участием фермента РНК-полимеразы, использующей в качестве субстратов рибонук-леозидтрифосфаты. Кроме того, в транскрипции участвует большое число вспомогат. Белков, регулирующих работу РНК-полимеразы. Т. Происходит на участках ДНК, наз. Единицами Т. Или трапскриптонами. В начале и конце транскрилтона расположены специфич. Нуклеотидные последовательности -соотв.

Промотор и терминатор. Существование множества транскриптонов обеспечивает возможность независимого считывания разных генов, их индивидуального включения и выключения. У животных, растений и др. Эукариот в состав транскриптона, как правило, входит один ген. Транс-криптоны бактерий обычно наз. Оперонами. Мн. Из них содержат по неск. Генов, обычно функционально связанных (напр., кодирующих неск. Ферментов, участвующих в синтезе той или иной аминокислоты). Процесс синтеза РНК можно разделить на четыре основные стадии. 1) связывание РНК-полимеразы с промотором, 2) начало синтеза цепи РНК (инициация), 3) рост цепи РНК (элонгация), 4) завершение синтеза цепи РНК (терминация). Связывание РНК-полимеразы с промотором включает по крайней мере два этапа.

На первом РНК-полимераза образует с промотором закрытый комплекс, в к-ром ДНК сохраняет двухспиральную структуру, а РНК-полимераза еще не способна начать синтез РНК. На втором закрытый комплекс превращается в открытый, в к-ром РНК-полимераза расплетает примерно один виток двойной спирали ДНК в районе стартовой точки-нуклеотида, с к-рого начинается комплементарное копирование матрицы. При наличии субстратов РНК-полимераза в открытом комплексе осуществляет инициацию. Первый нуклеотид (обычно это аденозин- или гуанозинтрифосфат) входит в состав цепи целиком, а последующие присоединяются к группе 3'-ОН предыдущего нуклеотида с образованием фос-фодиэфирной связи и освобождением пирофосфата (см. Нуклеиновые кислоты).

На стадии инициации образующаяся РНК связана с матрицей и ферментом непрочно и может отделиться от комплекса. В этом случае РНК-полимераза, не покидая промотора, снова инициирует РНК (такой синтез коротких рибонуклеотидов наз. Абортивным). Стадия инициации завершается, когда цепь РНК достигает критич. Длины (от 3 до 9 нуклеотидов на разных промоторах). При этом от РНК-полимеразы отделяется s-субъединица. Считают, что в процессе элонгации примерно 13 нуклеотидов РНК образуют гибридную спираль с матричной нитью расплетенной ДНК (всего на этой стадии в ДНК расплетено примерно 18 нуклеотидов). По мере движения РНК-полимеразы по матрице впереди нее происходит расплетание, а позади восстановление двойной спирали ДНК.

Одновременно происходит вытеснение очередного звена растущей цепи РНК из комплекса с матрицей. Цепь РНК растет в направлении 5' . 3' по мере продвижения РНК-полимеразы по цепи ДНК в направлении от 3'-конца к 5'-концу. Средняя скорость роста цепи РНК у бактерии Escherichia coli (E. Coli) составляет 40-45 рибонуклеотидов в секунду. В процессе удлинения цепи РНК фермент движется по ДНК с непостоянной скоростью. В нек-рых участках матрицы происходят длительные задержки в его продвижении, т. Наз. Паузы (нек-рые стадии Т. Показаны на рис.). На стадии злонгации в состав транскрибирующего комплекса входит ряд дополнит. Белков, от к-рых зависит протекание завершающей стадии транскрипции -терминации. Один из таких белков, кодируемых геном nusA E.coli, занимает в РНК-полимеразе место s-субъединицы.

Др. Бактериальный фактор терминации r взаимод. С РНК. Терминация Т., как правило, происходит в строго определенных участках матрицы - терминаторах, в к-рых от матрицы отделяются РНК и РНК-полимераза. Последняя, объединившись со свободной s-субъединицей, может вступить в следующий цикл Т. В терминаторах, для узнавания к-рых РНК-полимеразе не требуется фактора р, нуклеотидная последовательность характеризуется двумя особенностями. По ходу Т. Перед точкой терминации расположен участок, богатый парами dG-dC (дезоксигуанозин-дезоксицити-дин), а затем участок, состоящий из 4-8 расположенных подряд остатков дезоксиадениловой к-ты. Предполагают, что после прохождения РНК-полимеразой участка, богатого dG-dC, в РНК возникает шпилька, к-рая препятствует продвижению фермента и разрушает часть спирали РНК-ДНК транскрибирующего комплекса.

Оставшаяся часть гибридной спирали, включающая концевую полиуридиловую последовательность РНК, легко плавится (разрушается) ввиду крайней нестабильности комплементарной пары уридин-дезоксиаденозин, что и приводит к освобождению РНК. Мн. Терминаторы узнаются РНК-полимеразой только с помощью белковых факторов терминации. Из них наиб. Изучен фактор r E. Coli-олигомерный белок с мол. М. 46 тыс. Фактор r присоединяется к определенным участкам синтезируемой РНК (не имеющим протяженных двухспи-ральных структур) до того, как РНК-полимераза достигает терминатора. Предполагается, что фактор r передвигается вдоль РНК вслед за РНК-полимеразой, используя для этого энергию гидролиза нуклеозидтрифосфатов, и способствует диссоциации гибрида РНК с матричной нитью ДНК.

Скорость Т. Разл. Генов может отличаться в тысячи раз. В столь же больших пределах может изменяться скорость Т. Одного и того же гена в разных тканях многоклеточного организма или в одной клетке в зависимости от изменяющихся внеш. Условий или внутр. Программы. На стадии инициации регуляция Т. Осуществляется благодаря наличию особых белков-регуляторов (см. Регуляторные белки), способных присоединяться к определенным участкам ДНК и тем самым препятствовать или помогать РНК-полимеразе инициировать синтез РНК на промоторе. У прокариот регуляция Т. Часто осуществляется на стадии терминации в особых терминаторах (называемых аттенюаторами), расположенных в начале или внутри оперонов. Существует также обратная Т.-синтез ДНК на матрице РНК.

Такой синтез осуществляется у ретровирусов (семейство РНК-содержащих вирусов) с участием фермента ревер-тазы (обратная транскриптаза). В ходе обратной Т. Образуется вначале гибрид РНК-ДНК, к-рый реплицирует под действием ДНК-зависимой ДНК-полимеразы (см. Полиде-зоксирибонуклеотид-синтетазы) с образованием двухцепо-чечной спирали ДНК. Последняя также подвержена репликации и способна включаться в геном инфицированной клетки и служить там матрицей для вирусной РНК. Т. Обр., поток генетич. Информации у ретровирусов направлен от РНК к ДНК и затем обратно к РНК. РНК-полимеразу открыли С. Вейс, Ж. Гурвиц и О. Стивене в 1960. Ими же установлено ее значение в синтезе РНК. Концепцию транскриптона (оперона) сформулировали Ф. Жакоб и Ж.

Моно в 1961. X. Темин и Д. Балтимор в 1970 открыли обратную транскриптазу и механизм синтеза ДНК на РНК-матрице. Лит. Пташне М., Переключение генов. Регуляция генной активности и фаг l, пер. С англ., М., 1988. Молекулярная биология. Структура и биосинтез нуклеиновых кислот, М., 1990. В. Г. Никифоров. .