28.0.1. En oversigt over RNA-syntese:

RNA-syntese, eller transkription, er processen med at transskribere DNA-nukleotid-sekvensinformation til RNA-sekvensinformation. RNA-syntese katalyseres af et stort enzym kaldet RNA-polymerase. Den grundlæggende biokemi i RNA-syntesen er fælles for prokaryoter og eukaryoter, selv om dens regulering er mere kompleks hos eukaryoter. Den tætte forbindelse mellem prokaryote og eukaryote transkription er blevet smukt illustreret af de for nylig bestemte tredimensionelle strukturer af repræsentative RNA-polymeraser fra prokaryoter og eukaryoter (figur 28.1). På trods af betydelige forskelle i størrelse og antal polypeptidunderenheder er de overordnede strukturer af disse enzymer ret ens, hvilket afslører en fælles evolutionær oprindelse.

RNA-syntese foregår, som næsten alle biologiske polymerisationsreaktioner, i tre faser: initiering, forlængelse og terminering. RNA-polymerase udfører flere funktioner i denne proces:

Den søger på DNA efter initieringssteder, også kaldet promotorsteder eller blot promotorer. E. coli DNA har f.eks. ca. 2000 promotorsteder i sit genom på 4,8 × 106 bp. Da disse sekvenser befinder sig på det samme DNA-molekyle som de gener, der transskriberes, kaldes de cis-virkende elementer.

Den afvikler en kort strækning af dobbelthelikalt DNA for at fremstille en enkeltstrenget DNA-skabelon, hvorfra den modtager instruktioner.

Den vælger det korrekte ribonukleosidtriphosphat og katalyserer dannelsen af en fosfodiesterbinding. Denne proces gentages mange gange, mens enzymet bevæger sig ensrettet langs DNA-skabelonen. RNA-polymerase er fuldstændig processiv – et transkript syntetiseres fra start til slut af et enkelt RNA-polymerase-molekyle.

Det registrerer termineringssignaler, der angiver, hvor et transkript slutter.

Det interagerer med aktivator- og repressorproteiner, der modulerer hastigheden af transkriptionsinitiering over et bredt dynamisk område. Disse proteiner, som spiller en mere fremtrædende rolle i eukaryoter end i prokaryoter, kaldes transkriptionsfaktorer eller trans-virkende elementer. Genekspressionen styres hovedsageligt på transkriptionens niveau, hvilket vil blive diskuteret i detaljer i kapitel 31.

Den grundlæggende reaktion i RNA-syntesen er dannelsen af en fosfodiesterbinding. 3′-hydroxylgruppen i det sidste nukleotid i kæden angriber nukleofilt α-fosfatgruppen i det indkommende nukleosidtriphosphat med samtidig frigivelse af en pyrofosfat (se figur 5.25). Denne reaktion er termodynamisk gunstig, og den efterfølgende nedbrydning af pyrofosfatet til ortofosfat låser reaktionen i retning af RNA-syntese.

Kemien i RNA-syntese er identisk for alle former for RNA, herunder messenger RNA, transfer RNA og ribosomalt RNA. De grundlæggende trin, der netop er skitseret, gælder også for alle former. Deres syntetiske processer adskiller sig hovedsageligt ved regulering, posttranskriptionel behandling og den specifikke polymerase, der deltager.