БИОХИМИЯ - Л. Страйер - 1984

ТОМ 3

Часть IV ИНФОРМАЦИЯ

ГЛАВА 25. ИНФОРМАЦИЯ РНК И ТРАНСКРИПЦИЯ

25.8. РНК-полимераза получает инструкции от ДНК-матрицы

Подобно ДНК-полимеразам, описанным в предыдущей главе, РНК-полимераза использует информацию, содержащуюся в ДНК-матрице. Первым доводом в пользу этого утверждения послужили данные о том, что нуклеотидный состав новосинтезированной РНК комплементарен составу матричной цепи ДНК. Если в качестве матрицы использовать синтетический полидезоксирибонуклеотид poly(dT), содержащий только остатки тимидиловой кислоты, то в синтезируемую полирибонуклеотидную цепь включается только один рибонуклеозидтрифосфат - АТР. Продукт реакции - полирибоаденилат [сокращенное обозначение poly(rA)]. Если в качестве матрицы для РНК-полимеразы используется сополимер с чередующимися основаниями poly(dA-dT), то включаются UТP и АТР, а в качестве продукта реакции образуется poly(rA-rU). Нуклеотидный состав РНК, синтезированной с использованием в качестве матрицы одноцепочечной ДНК фага ɸX174, также свидетельствует о наличии комплементарности между РНК-продуктом и ДНК-матрицей (табл. 25.2). Эксперименты по гибридизации показывают, что РНК, синтезированная РНК-полимеразой,

комплементарна матричной ДНК. Наиболее убедительный довод в пользу надежности копирования ДНК при транскрипции получен при изучении последовательности оснований; оказалось, что последовательность мРНК в точности комплементарна последовательности матричной ДНК (рис. 25.9).

Рис. 25.9. Последовательность оснований мРНК комплементарна последовательности матричной ДНК. Показана часть последовательности триптофанового оперона

Таблица 25.2. Нуклеотидный состав РНК, синтезированной на вирусной ДНК в качестве матрицы

25.9. Обычно в данном участке генома транскрибируется только одна цепь ДНК

Транскрибируются ли обе цепи двухспиральной матричной ДНК, или только одна? А priori кажется маловероятным, что в одном и том же участке ДНК обе цепи кодируют функциональные белки. Один из первых ответов на этот вопрос был получен при использовании метода гибридизации в опытах с Е. coli, зараженной фагом ɸХ174. Частицы фага ɸХ174 содержат одноцепочечную ДНК, которую называют плюс-цепью. После того как плюс-цепь проникает в бактерию, синтезируется комплементарная минус-цепь, и в результате образуется кольцевая двухцепочечная молекула ДНК, называемая репликативной формой (РФ). Эта РФ-ДНК направляет синтез мРНК, которая в свою очередь детерминирует фаговые белки. Вскоре после заряжения E. coli фагом ɸХ174 в среду добавляли ³²Р-фосфат; так получили радиоактивную фаговую РНК. Ее выделили. Кроме того, РФ-ДНК разделили на составляющие плюс- и минус-цепи, что нетрудно сделать, поскольку они различаются по нуклеотидному составу и, следовательно, по плавучей плотности. Затем осуществили гибридизацию, с тем чтобы выяснить, комплементарна ли новосинтезированная мРНК плюс-цепи, или минус-цепи, или же обеим цепям. Был получен однозначный результат: только минус-цепь РФ-ДНК образовывала гибрид с меченой мРНК. Итак, только одна цепь РФ-ДНК фага ɸХ174 служит in vivo матрицей для транскрипции.

Рис. 25.10. Как показывает этот гибридизационный эксперимент, только одна цепь РФ-ДНК фага ɸХ174 используется в качестве матрицы при транскрипции

Рис. 25.11. Электронная микрофотография, на которой виден процесс транскрипции

Точно так же только одна цепь таких вирусов, как Т7, SP8 и α, транскрибируется in vivo. В случае таких вирусов, как фаги Т4 или , ситуация сложнее. В одних участках генома матрицей служит одна цепь, в других - другая. Такая же транскрипция с переменой матрицы в различных группах генов происходит и в клетках Е. coli.

25.10. РНК-полимераза Е. coli состоит из субъединиц

РНК-полимераза Е. coli - очень большой и сложный фермент. Масса целого фермента равна примерно 500 кДа. РНК-полимераза состоит из отдельных субъединиц (табл. 25.3); это можно доказать, вызвав диссоциацию фермента в концентрированном растворе мочевины. Субъединичный состав целого фермента, называемого голоферментом, α₂ββ'σ. Как это видно из последующего текста, после того как инициация синтеза РНК произошла, σ-субъединица отделяется от фермента. РНК-полимераза без σ-субъединицы называется минимальным ферментом или кор-ферментом (α₂ββ'). Каталитический участок РНК- полимеразы находится в кор-ферменте. Установлено, что β'-субъединица участвует в связывании с ДНК-матрицей, а β -субъединица - в связывании субстратов - рибонуклеозидтрифосфатов. σ-Субъединица голофермента участвует в выборе участка инициации транскрипции.

Таблица 25.3. Субъединицы РНК-полимеразы E. coli

Рис. 25.12. Электронная микрофотография РНК-полимеразы-голо- фермента, связанного со многими промоторными участками фрагмента ДНК фага Т7

Синтез РНК РНК-полимеразой Е. coli происходит в три этапа, называемых 1) инициация, 2) элонгация и 3) терминация. С этими процессами мы познакомимся несколько ниже.