28.0.1. Yleiskatsaus RNA-synteesiin:

RNA-synteesi eli transkriptio on prosessi, jossa DNA:n nukleotidisekvenssin informaatio kirjoitetaan RNA-sekvenssin informaatioksi. RNA-synteesiä katalysoi suuri entsyymi nimeltä RNA-polymeraasi. RNA-synteesin perusbiokemia on yhteinen prokaryooteille ja eukaryooteille, vaikka sen säätely on monimutkaisempaa eukaryooteissa. Prokaryoottien ja eukaryoottien transkription läheistä yhteyttä on havainnollistettu kauniisti prokaryoottien ja eukaryoottien edustavien RNA-polymeraasien hiljattain määritetyillä kolmiulotteisilla rakenteilla (kuva 28.1). Huolimatta huomattavista eroista polypeptidi-alayksiköiden koossa ja lukumäärässä näiden entsyymien kokonaisrakenteet ovat melko samanlaisia, mikä paljastaa yhteisen evolutiivisen alkuperän.

RNA-synteesi, kuten lähes kaikki biologiset polymerisaatioreaktiot, tapahtuu kolmessa vaiheessa: initiaatio, elongaatio ja terminaatio. RNA-polymeraasilla on tässä prosessissa useita tehtäviä:

Se etsii DNA:sta aloituskohtia, joita kutsutaan myös promoottoripaikoiksi tai yksinkertaisesti promoottoreiksi. Esimerkiksi E. coli DNA:ssa on noin 2000 promoottoripaikkaa sen 4,8 × 106 bp:n genomissa. Koska nämä sekvenssit ovat samassa DNA-molekyylissä kuin transkriboitavat geenit, niitä kutsutaan cis-toimiviksi elementeiksi.

Se purkaa lyhyen pätkän kaksoiskierteistä DNA:ta tuottaakseen yksijuosteisen DNA-mallin, josta se ottaa ohjeet.

Se valitsee oikean ribonukleosiditrifosfaatin ja katalysoi fosfodiesterisidoksen muodostumista. Tämä prosessi toistuu useita kertoja entsyymin liikkuessa yksisuuntaisesti DNA-templaattia pitkin. RNA-polymeraasi on täysin prosessoiva – transkriptio syntetisoidaan alusta loppuun yhden RNA-polymeraasimolekyylin toimesta.

Se havaitsee lopetussignaaleja, jotka määrittelevät, mihin transkriptio päättyy.

Se on vuorovaikutuksessa aktivaattori- ja repressoriproteiinien kanssa, jotka muokkaavat transkription käynnistymisnopeutta laajalla dynaamisella alueella. Näitä proteiineja, joilla on merkittävämpi rooli eukaryooteissa kuin prokaryooteissa, kutsutaan transkriptiotekijöiksi tai trans-acting elementeiksi. Geeniekspressiota ohjataan pääasiassa transkription tasolla, kuten luvussa 31 käsitellään yksityiskohtaisesti.

RNA-synteesin perusreaktio on fosfodiesterisidoksen muodostuminen. Ketjun viimeisen nukleotidin 3′-hydroksyyliryhmä hyökkää nukleofiilisesti saapuvan nukleosiditrifosfaatin α-fosfaattiryhmän kimppuun ja samalla vapautuu pyrofosfaatti (ks. kuva 5.25). Tämä reaktio on termodynaamisesti suotuisa, ja sitä seuraava pyrofosfaatin hajoaminen ortofosfaatiksi lukitsee reaktion RNA-synteesin suuntaan.

RNA-synteesin kemia on identtinen kaikille RNA:n muodoille, mukaan lukien sanansaattaja-RNA:lle, siirtorNA:lle ja ribosomaaliselle RNA:lle. Äsken hahmotellut perusvaiheet koskevat myös kaikkia muotoja. Niiden synteesiprosessit eroavat toisistaan lähinnä säätelyn, transkription jälkeisen prosessoinnin ja siihen osallistuvan spesifisen polymeraasin osalta.