Биосинтез рнк в тканях. Представление о посттранскрипционном процессинге рнк. Биологическая роль транскрипции.

Синтез РНК или транскрипция представляет собой первый этап реализации генетической информации, в ходе которого эта информация переписывается на молекулы РНК и только в этом виде становится доступной для ее использования в клетке. В результате транскрипции образуются, во-первых, мРНК, несущие информацию о последовательностях аминокислот в полипептидных цепях белков, во-вторых, структурные РНК: рРНК, тРНК, мяРНК, непосредственно выполняющие те или иные функции в клетке.

Синтез функционально активных молекул РНК можно разделить на два этапа.

На первом этапе происходит сборка молекулы РНК на соответствующем структурном гене ДНК; собственно это и есть непосредственно процесс транскрипции. Однако в результате транскрипции получается не готовая молекула той или иной РНК, а ее функционально неактивный предшественник. Такую РНК обычно называют первичным транскриптом соответствующего гена.

На втором этапе первичный транскрипт подвергается процессингу -, в ходе которого из первичного транскрипта формируется функционально активная молекула того или иного класса РНК.

Синтез первичного транскрипта

Процесс синтеза РНК носит консервативный характер. Это означает, что после синтеза РНК структура участка ДНК, на котором шел этот синтез, полностью восстанавливается; с другой стороны, ни один из структурных элементов участка ДНК, на котором шла транскрипция, не попадает в состав структуры новообразованной РНК. Пластическим материалом для синтеза РНК служат только главные рибонуклеозидтрифосфаты: АТФ, ГТФ, УТФ и ЦТФ. Ферментом, катализирующим синтез РНК является ДНК‑зависимая РНК-полимераза. В клетках эукариот в процессах транскрипции участвует 3 РНК-полимеразы: РНК-полимераза I ответственна за синтез рРНК; РНК-полимераза II — за синтез мРНК;РНК-полимераза III — за синтез тРНК и одной из рРНК — 5S-РНК.

Процесс синтеза первичного транскрипта принято разделять на 3 этапа: инициацию, элонгацию и терминацию.

В ходе инициации специальные белки — факторы транскрипции, связавшись с нуклеотидными блоками промотора, обеспечивают связывание РНК-полимеразы и ее ориентацию на стартовую точку кодирующей области гена.

РНК-полимераза раскручивает двойную спираль ДНК на протяжении 17 пар нуклеотидов, причем по мере продвижения РНК-полимеразы по кодирующей области гена происходит и перемещение этого участка раскрученной ДНК.

Найдя стартовую точку и определив кодирующую цепь ДНК, РНК-полимераза отбирает из окружающей среды два рибонуклеозидтрифосфата, азотистые основания которых комплементарны азотистому основанию дезоксирибонуклеотидного остатка стартовой точки и азотистому основанию соседнего дезоксирибонуклеотидного остатка кодирующей цепи ДНК и соединяет их между собой за счет образования 3',5'-фосфодиэфирной связи.

Далее идет удлинение синтезируемой молекулы РНК или элонгация. Элонгация идет циклически: РНК-полимераза отбирает из окружающей среды очередной рибонуклеозидтрифосфат с комплементарным азотистым основанием дезоксирибонуклеотидному остатку матричной цепи ДНК, присоединяет его к синтезируемой цепи РНК и продвигается по ДНК на одну пару дезоксирибонуклеотидов. Затем цикл повторяется.

Спиральная структура матричной ДНК после прохождения РНК-полимеразы сразу же восстанавливается. Окончание процесса синтеза РНК, т.е. терминация, происходит за пределами кодирующей области гена, в районе спейсера.

Процессинг мРНК включает: кэпирование первичного транскрипта; сплайсинг - удаление интронов, сшивание экзонов; формирование 5'-конца молекулы, включающее в себя удаление лишней последовательности нуклеотидов и присоединение полиаденилатного блока; превращение части главных нуклеотидов в минорные.

Синтезированные молекулы мРНК перемещаются из ядра в цитозоль. К настоящему времени мало что известно о механизме этого процесса. Предполагают, что в ядерных порах имеются специальные белки-рецепторы, которые “узнают” зрелые мРНК и с помощью механизма активного транспорта переносят их через ядерную мембрану. Молекулы мРНК, не прошедшие полностью процессинг, не могут участвовать в этом переносе.