Механизм транскрипции

4 этапа:1. Узнавание промотора2 И2. Инициация3 Элонгация3. Элонгация4. Терминация

РНК‐полимераза прикрепляется неспецифически к ДНК

Специфическое прикрепление к области ‐10 и ‐35ПромоторЗакрытый двойной

клмплекс1

Денатурация ДНК в районе промотораОткрытый промоторный комплекс

1

Инициация транскрипции –синтез 2-9 нуклеотидов

отсоединение σ‐фактора

2

Синтез РНК‐цепи

33

Узнавание матрицы

РНК-полимераза садится на ДНК-матрицуДНК матрицу

Плавление ДНК в районе промотора

Инициация

Синтезируется цепь РНК от 2 до 9 нуклеотидов

Элонгация

РНК-полимераза удлиняет р удцепь РНК

РНК-полимераза удлиняет РНКцепь РНК

РНК

РНК-полимераза достигает конца гена

Терминация

Составляющие элементы транскрипции распадаются

ИнициацияИнициация

Образование первой фосфодиэфирной р р ф ф д ф рсвязи между двумя рибонуклеотидами

АФ Ф Ф УФА УФ

Стадии инициации транскрипции:Стадии инициации транскрипции:

• образование «закрытого» комплекса• образования «открытого двойного» комплекса (с расплетением участка ДНК) р у Д )

• образования «открытого тройного» комплекса (синтез коротких РНК без диссоциации σ‐(синтез коротких РНК без диссоциации σфактора) 

• После синтеза фрагмента РНК (9 12 нуклеотидов)• После синтеза фрагмента РНК (9‐12 нуклеотидов) σ‐фактор покидает промотор и начинается стадия элонгациистадия элонгации

Поскольку РНК‐полимеразе необходимо нарушить структуру ДНК, образование открытых комплексов и транскрипция быстрее начинается на отрицательно суперспирализованной кольцевой ДНК То напряжение которое возникает в двойнойкольцевой ДНК. То напряжение, которое возникает в двойной спирали в результате суперспирализации, облегчает расплетение двух цепей.расплетение двух цепей. 

Скорее всего РНК полимераза может находить промоторыСкорее всего РНК‐полимераза может находить промоторы мето‐дом проб и ошибок. Голофермент очень быстро ассоциирует со слабыми участками связывания и также ц ру убыстро отделяет‐ся от них. Таким образом, продвигаясь вдоль молекулы ДНК, голофермент образует и разрушает ряд закрытых комплексов до тех пор, пока в процессе поиска (случайно) не натолкнется на промотор. Тогда в результате узнава‐ния специфической последовательности он можетузнава‐ния специфической последовательности он может прочно связаться с ДНК в нужном участке и образовать откры‐тый комплекс.р

Элонгация транскрипцииц р р ц(прокариоты)

Элонгация транскрипции – удлинение цепи РНК

3’ ДНК

5’

РНК

5’

Кор-фермент

Для инициации синтеза РНК у эукариот Д у у рнеобходимы 

• Специфические белки – факторы  транскрипции (транс‐факторы)

• Регуляторные последовательности ДНК(цис‐элементы) – промоторы, энхансеры и сайленсерыр

Элонгация транскрипцииЭлонгация транскрипцииЭлонгация транскрипцииЭлонгация транскрипции

РНК-полимераза 100 % процессивность

Раскручивание Кодирующая цепь

Матричная цепь Закручивание

РНК ДНК‐РНК‐гибрид Сайт Д р дпримерно 19 п.н. элонгации

фффНаправление движения

РНК-полимеразы

Скорость движения 40-50 нуклеотидов в сек

-ффф

Скорость движения 40-50 нуклеотидов в сек

ЭЭлонгацияНематричная цепь ДНК

Рибонуклеотиды

РНК‐полимераза

AT C C A A

3′ end

A E G C A

U

A C C A3′

ДНКA E G C A

T A G G T T

5′

5′

Newly made

Направление транскрипции Templatestrand of DNAРНК

Newly madeRNA

ρ-независимая терминацияρ независимая терминациятранскрипции

Участок, богатый ГЦ-парамиРНК-транскрипт

Участок U-U-U-U-

В ДНК

комплементарность

В ДНК:

ρ-независимая терминация транскрипции

Цепи ДНКцепи ДНК

Цепь РНК Образование шпильки

Отсоединение РНК от ДНК-матрицы

Комплементарное взаимодействие Г-Ц пар

Последовательность UUUUUU - 3′

ДНК

ρ‐независимая терминация транскрипции

• На схеме показан 3’‐конец молекулы РНК• На схеме показан 3 ‐конец молекулы РНК• После прохождения терминатора молекула РНК образует шпильку, 

которая приводит к остановке транскрипцииб й й (• наименее стабильный уридил‐адениловый дуплекс (выделен розовым 

цветом) разрушается

ρ‐независимая терминацияρ р ц

Терминация транскрипции

ρ‐зависимая терминацияρ р ц

ρ-белок присоединяется к определеннымучасткам синтезируемой РНК и су рузатратой энергии АТФ способствуетдиссоциации гибрида РНК с матричнойдиссоциации гибрида РНК с матричнойнитью ДНК.

ρ-зависимая терминация транскрипцииρ зависимая терминация транскрипции

РНК-

ρ -фактор

полимеразабелок

Ф ФффФн Ффф-

В-Субъединица формирует центрсвязывания антибиотиков рифампицина и стрептолидигина.

Рифампицин прикрепляется к                        ф ц р рβ‐субъединице РНК‐полимеразы  и блокирует синтез РНК. Этот антибиотик не запрещает образование новой фосфодиэфирной связи, но блокирует транслокацию РНК‐полимеразы вдоль ДНК‐матрицы. 

TRANSCRIPTION

RNA PROCESSING

DNA

Pre-mRNA

mRNA

Eukaryotic promoters1

Synthesis of an RNA Transcript ‐ Initiationпромотор

TRANSLATION

mRNA

Ribosome

Polypeptide

5′ 3′

PromoterПромотор

T A T AAA AATAT T T T

TATA box Start point Матричная цепьДНК

5′3′

3′5′

П

ТАТА‐бокс  Старт

Transcriptionfactors

Посадка транскрипционных факторов

2

ТТТранскрипционные 

факторы

5′3′

3′

5′

Дополнительные 

3

Транскрипция у эукариотТранскрипция у эукариотДтранскрипционные факторы

РНК-полимераза III

5′ 3′5′

RNA polymerase IITranscription factors

полимераза IIIТранскрипционные факторы

3′ 5′5′

RNA transcript

Transcription initiation complex

РНК‐транскриптИнициирующий комплекс

РКорнберг ‐ «Десять лет 10 тысячР.Корнберг  «Десять лет, 10 тысяч литров дрожжей и один аспирант» понадобились для того, чтобы выделить из дрожжей нескольковыделить из дрожжей несколько граммов белков и изучить их строение» (Нобелевская лекция 2006 г. )

Нобелевская премия по химии в 2006 году была присуждена Роджеру Корнбергу за получение точных данных о механизме работы РНК полимеразы II в различные моментымеханизме работы РНК‐полимеразы II в различные моменты процесса транскрипции.

Самые важные составляющие • В инициации транскрипции, 

осуществляемой РНК‐полимеразой транскрипционного комплекса:  РНК‐полимераза и пять белков‐помощников (главные факторы 

II, участвуют более 60 белков –транскрипционных факторов.

щ ( ф ртранскрипции – TFIIB, D, E, F и H‐факторы), без которых РНК‐полимераза не способна узнатьполимераза не способна узнать промотор и начать транскрипцию.В транскрипции эукариот принимает участие такжепринимает участие также белковый комплекс, названный Медиатором. Его предназначение 

б– определять,  какие именно белки будет строить клетка.

Медиатор передаёт полимеразе сигнал от энхансера, который может воспринимать сигналы о том какие белки нужны клетке вможет воспринимать сигналы о том, какие белки нужны клетке в данный момент и усиливать работу гена или группы генов.

РНК‐полимеразы эукариотРНК полимеразы эукариот

РНК I РНК (28S 18S• РНК‐полимераза I – синтез рРНК (28S, 18S  и 5,8S рРНК)

• РНК‐полимераза II – синтез мРНК и мяРНК• РНК полимераза III синтез тРНК 5S рРНК• РНК‐полимераза III – синтез тРНК, 5S рРНК, некоторых мяРНК

• РНК‐полимераза митохондрий – состоит из одной субъединицы, ген которойодной субъединицы, ген которой находится в ядерной ДНК

Инициация транскрипции

• в зоне ТАТА‐бокса должны собраться факторы транскрипции TFII (Transcriptional Factors of RNA‐polymerase II): p y )

• TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF и TFIIH• первым с ДНК связывается белок TFIID• TFIID – это комплекс белков, в составTFIID это комплекс белков, в состав которого входит белок TBP и TAF белки

Инициация транскрипции у эукариот

Факторы транскрипции (разные и много)

Энхансер (участок на ДНК)

Промоторная область – 1000 нуклеотидов

образование базового транскрипционного комплекса

• факторы транскрипциисвязываются с промотором в зоне ТАТА‐бокса в определеннойопределенной последовательности:

• TFIIА TFIIВ TFIIFTFIIА, TFIIВ, TFIIF• Затем присоединяется  РНК пол II и TFIIEРНК‐пол. II и TFIIE

• TFIIH присоединяется последним и фосфорилирует РНК‐полимеразу

Для α‐аманитина LD50 (доза per os, при которой погибает 50% лиц, получивших токсин) составляет 0,1 мг/кг массы тела. 

Гриб бледная поганка (Amanita),содержит яд α-аманитин,

–8

блокирующийработу РНК-полимеразы II. Этот фер е о е с е е α–8фермент очень чувствителен к α-аманитину (концентрация 10 М полностью подавляет работу

-8

полностью подавляет работу фермента). Несколько меньшая чувствительность у РНК-полимеразы III (работа фермента подавляется в концентрации яда 10 М) РНК полимераза I-610 М), РНК-полимераза I –нечувствительна к α-аманитину.

6

Amanita phalloides