Двухцепочечная молекула ДНК – это физиологическая матрица для синтеза всех клеточных РНК. Даже если геном, как у некоторых вирусов, представлен одноцепочечной ДНК, последняя перед транскрипцией обязательно переходит в двуцепоччечную репликативную форму. Транскрибирована может быть любая из двух цепей геномной ДНК. Однако матрицей при транскрипции отдельного гена обычно служит только какая-то одна из низ (прозрачка 1).
Нуклеотидными предшественниками для синтеза РНК являются четыре рибонуклеозид 5΄трифосфата: АТФ, ГТФ, УТФ и ЦТФ (прозрачка 2). Многие РНК содержат модифицированные нуклеотиды, но изменения в основаниях и рибозных остатках происходят после полимеризации, т.е. посттракскипционно. Тем не менее РНК-полимеразы могут использовать рибонуклеозид 5΄трифосфаты, отличные от указанных четырех при условии, что модифицированные основания обладают способностью к спариванию, сравнимой с таковой для А, Г, Ц и У.
РНК-полимеразы катализируют реакцию присоединения 3`-ОН-группы нуклеотида, находящегося на растущем конце цепи, к α-фосфату следующего рибонуклеозид 5΄трифосфата (прозрачка 3). Многократное повторение этой реакции приводит к постепенному удлинению цепи РНК. Образование каждой новой фосфодиэфирной связи сопровождается высвобождением неорганического пирофосфата; быстрый гидролиз пирофосфата до неорганического фосфата in vivo делает реакцию образования фосфодиэфирной связи энергетически выгодной.
Транскрипция аналогична репликации в том смысле, что для ее осуществления также нужна ДНК-матрица (прозрачка 3). Порядок присоединения нуклеотидов определяется комплементарным спариванием оснований. Чтобы могло происходить комплементарное спаривание каждого следующего нуклеозидтрифосфата с матричным транскрибируемым основанием, спираль ДНК во время транскрипции должна раскручиваться с помощью РНК-полимеразы (прозрачка 4). Растущая цепь РНК остается связанной с ферментом и спаренной своим растущим концом с участком матричной цепи длиной 20-30 нуклеотидов; остальная часть образовавшейся цепи не связана ни с ферментом, ни с ДНК. По мере продолжения транскрипции временно разошедшиеся цепи ДНК воссоединяются и восстанавливается исходная дуплексная структура.
Отсюда различия транскрипции и репликации:
- транскрипция – консервативна (двойная спираль ДНК сохраняется, а синтезированная РНК отделяется), а репликация – полуконсервативна (обе цепи исходного дуплекса паспределяются по двум дочерним спиралям);
- репликация начинается только с затравки, а инициации синтеза РНК с помощью РНК-полимеразы идет de novo, начинаясь с рибонуклеозидтрифосфата, соответствующего первому нуклеотиду в цепи РНК
Наращивание РНК идет в направлении 5` - к 3`-концу вдоль матричной цепи, ориентированной в направлении 3΄→5΄, т.е. антипараллельно (прозрачка 3). Несмотря на процессвный характер элонгации (фермент не отделяется от матрицы на протяжении всего раунда транскрипции), ее скорость вдоль матрицы непостоянна в некоторых местах фермент делает остановки; возможно, это происходит там, гле в одноцепочечнтной ДНК или в самой РНК образуются внутрицепочечные дуплексы, мешающие продвижению полимеразы. Такие паузы могут при определенных обстоятельствах приводить к преждевременной терминации транскрипции. сигналами для нормальной терминации и отделению синтезированной РНК и полимеразы от матрицы являются особые структуры РНК-шпильки.
Каков механизм однонаправленного движения РНК-полимеразы вдоль матричной ДНК остается неясным. Неизвестно пока и как расплетается и заплетается вновь во время транскрипции дуплекс ДНК и почему восстановление этого дуплекса более выгодно, чем образование дуплекса ДНК-РНК. Можно лишь отметить, что поскольку РНК-полимераза одна осущесествляет эти функции in vitro даже в случае ковалентнозамкнутых кольцевых матричных ДНК, все секреты, по-видимому, кроются в самом этом ферменте. Для сравнения вспомним, что ДНК-полимеразы не способны к инициации синтеза новых цепей de novo и что в процессах расплетания и восстановления дуплексов при репликации двуцепочечной ДНК участвуют геликазы и топоизомеразы.
Прочие статьи:
Биосфера В.И.Вернадского
Примерно 3,5-4,0 млрд. лет тому назад, после остывания отдельных участков поверхности земли в местах соприкосновения их с пространством Вселенной, на фоне активных физико-химических процессов зародилась жизнь. Учитывая особую важность био ...
Мучнистый червец
Его легко обнаружить, так как он гораздо крупнее паутинного клеща (достигает в длину 5 мм). Но еще более заметны кладки яиц, окутанные как бы комочком ваты. В начальной стадии заражения можно применять механические средства для уничтожени ...
Значение вирусов для медицины
Вирусыявляются возбудителями многих опасных заболеваний человека, животных и растений. В то же время, вирусы – возбудители заболеваний у нежелательных для человека организмов («враги наших врагов»). Они передаются при непосредственном физ ...