Молекулярная биология, избранные разделы - Ашмарин И.П.
Скачать (прямая ссылка):
Матричный синтез Одноцепочечных РНК существенно отличается от редупликации ДНК и двуцепочечных РНК. Прежде всего он является консервативным, а не полуконсервативным,— продукт синтеза не включает каких-либо компонентов матрицы. Кроме того, энзимы матричного синтеза РНК — РНК-полимеразы отличаются от известных ДНК-полимераз определенной специфичностью по отношению к разным матрицам и даже участкам матриц. В свою очередь этой особенности соответствует многоком-понентность части РНК-полимераз и известная гибкость их четвертичной структуры. Установлена возможность замены тех компонентов РНК-полимераз, которые ответственны за узнавание той или иной матрицы. В этом опять-таки проявляется значительное их отличие от однокомпонентных молекул ДНК-полимераз.
Консервативный характер синтеза и необходимость в ряде случаев реплицировать не обе цепочки матрицы, а лишь одну, и не на всем протяжении, а лишь на определенных участках ее, привели к возникновению не только специальных механизмов узнавания начальной точки синтеза, но и систем «выбора цепи» для асимметричного синтеза, а также завершения, терминации процесса.
Наконец, существенная особенность матричного синтеза РНК, отличающая его от репликации ДНК, состоит в том, что для начала процесса не нужен исходный, затравочный фрагмент второй полинуклеотидной цепочки. Синтез начинается с реакции между двумя мононуклеотидами. Именно поэтому для матричного синтеза РНК характерно наличие сложной стадии инициации, имеющей ряд существенных отличий от последующих реакций.
Общая схема матричного синтеза одноцепочечной РНК представлена ниже (схема 5). Первый нуклеотид входит в состав цепи без отщепления пирофосфата, а последующие, отщепляя пирофосфат, присоединяются к З'-углеродному атому рибозы. Цепочка растет, таким образом, в направлении 5'—>3', и в этом отношении процесс подобен матричному синтезу ДНК. Матричный синтез РНК катализируется РНК-полимеразами (НТФ : РНК-рибонукле-отидил-трансферазами), которые, как уже упоминалось, у ДНК-содержащих вирусов, бактерий и более сложно организованных живых существ функционируют лишь на матрице ДНК. У многих вирусов, обладающих одноцепочечной РНК, матрицей служит двуцепочечная репликативная форма РНК, образующаяся в клетках после инфицирования их вирусами. Таким образом, необходимость двуцепочечной матрицы для синтеза РНК in vivo имеет мало исключений. Правда, in vitro можно наблюдать интенсивный синтез
Элонгация Инициация
'-ГГУГГГУЛ
3'
Центр
связывания
субстрата
м tv* »
4444\\ччч
РНК—полимераза
к'WWW4W WWWW4 W WW W\
#-wD»\WW\ \ CsWWW wwww\
WWWW4
к
^ггккгт
о
WWWW4
WWWW4
W
\wwww
\ vWWW
АТ
+ Р~Р
к
'УГГУУУУЛ
\Wwww
\wwww
WWWW4
w\www
WWW
N'TvWWW
ЧЧЧЧЧЧУЧЧ
Т
Пиримидиновый блок
Нуклеозид-
трифосфаты
гтгттгптшшт]
AACTCAACTTCAGGCATCATCCTCTTC
^АСииСААЙиет
Центр
связывания
3“0Н*группы
Цепь ДНК + пирофосфат
/> Синтезируемая РНК
*>
Схема 5. Схема синтеза РНК на матрице ДНК — стадии инициации и элонгации.
РНК и на полностью денатурированной одноцепочечной ДНК. Однако, как это будет показано ниже, такой синтез протекает беспорядочно и не является «нормой» для такого важного, точного и тонкого процесса.
При физиологических значениях ионной силы оптимум действия наиболее изученных РНК-полимераз вирусов, бактерий и животных находится в пределах pH 7—9. Необходимо присутствие ионов магния (5—10-10—3 М) или марганца (около 10~3 М). Различными методами показано, что продукт реакции строго комплементарен матрице. Лишь в особых случаях, когда в среде присутствует только один из четырех НТФ, может синтезироваться гомополимер. Анализ этого последнего процесса показывает, что и здесь имеют место элементы матричного синтеза (без ДНК он не идет, и состав ДНК влияет на скорость синтеза того или иного гомополимера). Наконец, РНК-полимераза способна в определенных особых условиях вести синтез без матрицы, но и в этом случае выявляется значение тех же реакций, которые лежат в основе матричного синтеза, а именно — необходимо участие в процессе двух комплементарных друг другу нуклеозидтрифосфатов. Что же касается продуктов такого синтеза, то это могут быть как двуцепочечные гомополимеры — поли (А, У), так и сополимеры — поли (И,Ц).
