Потік генетичної інформації називається експресією генів . Він включає процес транскрипції - біосинтез матричних РНК (Як і інших типів клітинних РНК ) на молекулі ДНК , і процес трансляції - біосинтез білка на мРНК , Тобто генетична інформація ДНК реалізується шляхом програмованого через мРНК синтезу білків , Що визначають в кінцевому рахунку фенотипічні ознаки живих організмів . Підраховано, що близько 90-95% ДНК E. coli експресується в мРНК , Хоча велика частина останньої не кодує синтезу білка ; невелика частина ДНК кодує синтез двох інших клітинних РНК , Тобто рРНК і тРНК . транскрипція , Незважаючи на гадану схожість з репликацией , Зокрема хімічним механізмом, напрямком синтезу і використанням матриці , Відрізняється рядом особливостей: не вимагає синтезу праймера, використовує не всю молекулу ДНК , А тільки її окремі короткі сегменти (окремі гени або групи генів ) І, нарешті, вимагає наявності тільки однієї з ланцюгів ДНК в якості матриці , Яка повністю зберігається (при реплікації ДНК вона зберігається наполовину). геном кожної клітини людини складається з 3,5 • 109 пар підстав ; вони можуть забезпечити кодування більше 1,5 • 106 пар генів . Однак наявні дані про кількість і різноманітність білків в організмі людини (близько 100000) свідчать про те, що значна частина генома людини не транскрибується і відповідно не перекладається на амінокислотну послідовність білків . Відомо також, що певна частина нетрансльовані генома людини виконує регуляторну функцію в процесі експресії генів . В молекулі ДНК розрізняють, крім унікальних неповторяющихся послідовностей, що містять кодують гени , Також безліч повторюваних послідовностей (повтори), біологічний сенс яких до сих пір неясний (див. далі).
Сучасні уявлення про механізм синтезу РНК в клітинах в значній мірі зобов'язані відкриттю в 1960 р в двох лабораторіях США (Дж. Хервіц і С. Вейс) особливого ферменту - РНК-полімерази , Що каталізує синтез РНК з вільних нуклеозидтрифосфатів. фермент вимагає наявності іонів Mg2 + або Мn2 + і одночасно бути присутнім всіх 4 типів рибонуклеозидтрифосфатов ( АТФ , ГТФ, ЦТФ і УТФ). найдивнішим властивістю ферменту виявилося те, що для включення нуклеотидів в РНК необхідно обов'язкову присутність предобразую-ванною ДНК-матриці. При ретельному вивченні механізму синтезу РНК за участю РНК-полімерази , Яку називають також ДНК-залежною РНК-полімеразою (Транскриптазой), було встановлено, що молекула предобразованной ДНК , Необхідна для реакції полімеризації , Повністю визначає послідовність рибонуклеотидов у знову синтезованої молекулі РНК . Іншими словами, на матриці ДНК комплементарно будується полирибонуклеотидов, що є копією первинної структури ДНК , З тією лише різницею, що замість тіміділового нуклео-Тіда ДНК в РНК включається уридиловий нуклеотид . реакція синтезу РНК в загальному вигляді може бути представлена наступним чином:
В синтезується молекулі РНК окремі мононуклеотиди, як і в ДНК , Пов'язані між собою 3'-5'-фосфодіефірнимі містками. Крім того, сам механізм дії ферменту РНК-полімерази багато в чому збігається з такими ДНК-полімерази: синтез також йде в напрямку 5 '-> 3', ланцюг РНК має полярність, протилежну ланцюга предобразованной ДНК . Однак виявлені й істотні відмінності. РНК-полімераза Е. coli краще функціонує в присутності нативной двухцепочечной ДНК ; в дослідах in vitro обидві ланцюга ДНК копіюються РНК-полімераза ; in vivo транскрибується, найімовірніше, тільки один ланцюг ДНК . Припускають, що РНК-полімераза зв'язується з одним ланцюгом нативной ДНК в певній точці, викликаючи розплітання біспіральні структури на обмеженій ділянці, де і відбувається синтез РНК . Дані свідчать, що у E. coli, швидше за все, є єдина ДНК-зави
сімая РНК-полімераза , Яка каталізує синтез усіх типів клітинних РНК .
РНК-полімераза Е. coli вивчена найбільш докладно. це олігомерного фермент , Що складається з двох однакових α-субодиниць (мол. Маса 36000), двох різних β (β1і β2) -субодиниці (мол. Маса відповідно 151000 і 155000), ω-субодиниці (мол. Маса 11000) і σ-субодиниці; загальна мовляв. маса ферменту близько 390000. Вважають, що функція σ-субодиниці (σ-фактор) - впізнавання певної ділянки на матриці ДНК , названого промотором , До якого приєднується РНК-полімераза . В результаті утворюється так званий відкритий комплекс ферменту з ДНК : Двох-цепочечная структура ДНК розкривається ( «плавиться»). Далі на одній з ниток ДНК , як на матриці , синтезується мРНК ; синтез закінчується в певній точці в кінці гена або переривається під дією особливих білків . іншим субодиницям ферменту приписують функцію ініціації біосинтезу РНК (Α-субодиниць) і основну каталітичну функцію (зв'язування субстратів і елонгація синтезу) - β-субодиниць. Крім того, відкрито ряд білків , Які беруть участь в механізмі синтезу РНК в клітці . Зокрема, досліджується природа репрессорних білків і білка-термінатора (ρ-фактора). Останній має здатність оборотно зв'язуватися з термінують ділянками ДНК (Так звані стоп-сигнали транскрипції ), Вимикаючи дію РНК-полімерази . При відсутності цього білка утворюються виключно довгі ланцюги РНК .
У еукаріот відкриті три різні РНК-полімерази (I, II і III) з великою молекулярною масою (Від 500000 до 600000), кожна з яких наділена специфічною функцією. РНК-полімераза I відповідальна за синтез тільки рибосомних РНК ( рРНК ), Точніше одного-єдиного прерібосомного РНК-транскрипту, попередника 5,8S, 18S і 28S рРНК ; фермент зв'язується з різними промоторних ділянками. РНК-полімераза II - основний фермент , Що каталізує синтез матричної РНК ( мРНК ). Він наділений здатністю розпізнавати безліч промоторних ділянок, багато з яких мають специфічні ключові послідовності, які є місцями (сайтами) зв'язування транскрипційних білкових факторів. РНК-полімераза III каталізує переважно синтез транспортних РНК ( тРНК ), А також 5S рРНК і ряду інших низькомолекулярних РНК зі специфічною функцією. У еукаріот роботу РНК-полімерази забезпечує безліч регуляторних білків ( фактори транскрипції ), Об'єднаних разом з ферментом в єдиний транскрипційний комплекс. Зокрема, відкриті транскрипційні фактори типу J, активні тільки у вигляді ідентичних димарів (J1J1 або J2J2) або різних димарів (J1J2); ці фактори кодуються окремими генами і самі запускають роботу ряду генів , Що регулюють клітинне поділ . В результаті мутації генів , Що кодують синтез транскрипційних факторів, різко підвищується міцність зв'язування J-факторів з ДНК , Що зазвичай призводить до нерегульованого пухлинному росту клітин .
Попередня сторінка | Наступна сторінка
ЗМІСТ
