4. Транскрипция

– биосинтез матричных РНК на молекуле ДНК, и процесс трансляции – биосинтез белка на мРНК. В синтезе участвует фермент ДНК-зависимая РНК-полимераза которая осуществляет синтез от 5′к 3′ концу.На молекуле ДНК выделяют следующие элементы:промотор(участок в котором начинается транскрипция),транскриптон(участок в котором происходит транскрипция),терминатор (участок в котором завершается транскрипция). У эукариот в составе транскриптона обнаружен 1ген,у прокариот-несколько.Транскриптон у прокариот называется оперонам. Этапы транскрипции: 1.Инициация.Взаимодействие фермента РНК-полимеразы и ДНК приводит к образованию двойного закрытого комплекса,затем двойного открытого комплекса после расщепления ДНК.Затем образуется тройной открытый комплекс за счет фосфолипидных связей. 2.Элонгация.РНК-полимераза прочитывает информацию с транскриптона слева направо пока не достигнет терминирующего участка. 3.Терминация.РНК-полимераза покидает тройной открытый комплекс с образованием молекулы ДНК,РНК а сама катализирует следующую реакцию: nНТФ→(НМФ)n+ФФн РНК-полимераза у Е. coli состоит из двух одинаковых α-субъединиц , двух разных β (β1 и β2)-субъединиц, ω-субъединицы и σ-субъединицы. Последняя обеспечивает узнавание промотора для синтеза РНК. У эукариот открыты три разные РНК-полимеразы (I, II и III). РНК-полимераза I ответственна за синтез только рибосомных РНК (5,8S, 18S и 28S рРНК;. РНК-полимераза II – основной фермент, катализирующий синтез матричной РНК (мРНК). РНК-полимераза III катализирует преимущественно синтез транспортных РНК (тРНК), а также 5S рРНК инженерии. рРНК Как известно, живые организмы в зависимости от структуры клеток делятся на две группы – прокариоты и эукариоты. Первые не содержат ограниченного мембраной ядра и митохондрий или хлоропластов; они представлены главным образом микроорганизмами. Клетки эукариот животных и растений, включая грибы, напротив, содержат ядра с мембранами,а также митохондрии (в ряде случаев и хлоропласты) и другие субклеточные органеллы. Химически рибосомы представляют собой нуклеопротеины, состоящие из РНК и белков, причем 80S (коэффициент седиментации при центрифугировании) рибосомы эукариот содержат примерно равное их количество, а у 70S рибосом прокариот соотношение РНК и белка составляет 65% и 35% соответственно. РНК рибосом принято называть рибосомными и обозначать рРНК. Как 80S, так и 70S рибосомы состоят из двух субчастиц. При этих условиях рибосомы диссоциируют на субчастицы; последние могут быть отделены друг от друга методом ультрацентрифугирования. Одна из субчастиц по размерам в 2 раза превышает вторую. Так, у 70S рибосом величины s для субчастиц равны 50S и 30S, у 80S рибосом – соответственно 60S и 40S. РНК 23S и 5S содержат 3200 и 120 нуклеотидов соответственно, a 16S РНК – 1540 нуклеотидов. Субчастицы рибосом клеток эукариот построены более сложно. В их составе четыре разные рРНК и более 70 разных белков в обеих субчастицах. При этом большая субчастица (60S) содержит три разного размера рРНК: 28S, 5,8S и 5S. Малая субчастица (40S) содержит всего одну молекулу 18S рРНК и около 33 белков. рРНК образуется из общего предшественника всех типов клеточных РНК, в свою очередь синтезирующегося на матрице ДНК в ядре. Рибосомные белки имеют цитоплазматическое происхождение, затем они транспортируются в ядрышки, где и происходит спонтанное образование рибосомных субчастиц путем объединения белков с соответствующими рРНК. Объединенные субчастицы вместе или врозь транспортируются через поры ядерной мембраны обратно в цитоплазму, где группа рибосом вместе с мРНК образует полисомы или полирибосомы, принимающие непосредственное участие в синтезе белка. Транспортные РНК К настоящему времени открыто более 60 различных тРНК. Для каждой аминокислоты в клетке имеется по крайней мере одна специфическая тРНК. В молекуле тРНК открыты спирализованные участки, необычные водородные связи и гидрофобные взаимодействия во внеспирализованных участках. Показано, что тРНК имеет псевдоуридиловую петлю, образованную из нуклеотидов, содержащих псевдоуридин (ТψС), и дигидроуридиловую петлю. Обе петли участвуют в образовании угла буквы L. На 3'-ОН-конце распо лагается одинаковая для всех тРНК последовательность триплета ЦЦАОН, к которой присоединяется посредством эфирной связи специфическая аминокислота. Связывание в основном происходит через 3'-ОН-группу концевого аденилового нуклеотида, хотя, как было указано, получены доказательства возможности предварительного присоединения аминокислоты и через его 2'-ОН-группу.В частности,псевдоуридиловая петля, по-видимому, обеспечивает связывание аминоацил-тРНК с рибосомой, а дигидроуридиловая петля, вероятнее всего,необходима как сайт (место) для узнавания специфическим ферментом –аминоацил-тРНК-синтетазой. Имеется, кроме того, добавочная петля,состав которой варьирует у разных типов молекул тРНК; ее назначение неизвестно. Существенным, с полностью раскрытой функцией участком является антикодоновая петля, несущая триплет, названный антикодоном, и расположенная на противоположной стороне от того конца, к которому присоединяется аминокислота. Антикодоновая петля состоит из 7 нуклеотидов: три занимают центральное положение и формируют собственный высокоспецифичный антикодон, по два нуклеотида расположены по обе стороны от него, включая модифицированный пурин и варьирующее основание с одной стороны и два пиримидиновых основания – с другой стороны. Антикодон является специфичным и комплементарным к соответствующему кодону мРНК, причем оба они антипараллельны в своей комплементарности. Матричная РНК Роль матричной РНК (мРНК), потому что ее роль заключается в переносе информации от ДНК в ядре (где она синтезируется под действием ДНК-зависимой РНК-полимеразы) до цитоплазмы, где она соединяется с рибосомами и служит матрицей, на которой осуществляется синтез белка. При изучении влияния различных фракций клеточной РНК на способность рибосом, выделенных из Е. coli, к синтезу белка было установлено, что некоторые из них стимулировали включение 14С-аминокислот в синтезируемый полипептид. Последовательность нуклеотидов РНК реализуется в специфической последовательности аминокислот синтезируемой полипептидной цепи. Не рибосома и не рибосомная рРНК являются матрицей, на которой синтезируются специфические белки, а эту роль выполняют поступающие извне матричные РНК. Итак, ДНК передает информацию на РНК, которая синтезируется в ядре и затем поступает в цитоплазму; здесь РНК выполняет матричную функцию для синтеза специфической белковой молекулы. Матричная гипотеза белка, как и других полимерных молекул ДНК и РНК (см. ранее), в настоящее время получила подтверждение. Ее правомочность была доказана в экспериментах, которые обеспечивали точное воспроизведение первичной структуры полимерных молекул синтез в отличие от малоуправляемого химического синтеза отличался не только высокой скоростью и специфичностью, но и направленностью самого процесса в строгом соответствии с программой, записанной в линейной последовательности молекулы матрицы.