28.0.1. Az RNS-szintézis áttekintése:

Az RNS-szintézis vagy transzkripció a DNS nukleotidszekvencia-információ RNS-szekvencia-információvá történő átírásának folyamata. Az RNS-szintézist egy nagyméretű enzim, az RNS-polimeráz katalizálja. Az RNS-szintézis alapvető biokémiája közös a prokariótákban és az eukariótákban, bár szabályozása eukariótákban bonyolultabb. A prokarióta és eukarióta transzkripció közötti szoros kapcsolatot szépen illusztrálják a prokarióták és eukarióták reprezentatív RNS-polimerázainak nemrég meghatározott háromdimenziós szerkezetei (28.1. ábra). A polipeptid alegységek méretében és számában mutatkozó jelentős különbségek ellenére ezen enzimek általános szerkezete meglehetősen hasonló, ami közös evolúciós eredetről árulkodik.

Az RNS-szintézis, mint szinte minden biológiai polimerizációs reakció, három szakaszban zajlik: iniciáció, elongáció és termináció. Az RNS-polimeráz több funkciót is ellát ebben a folyamatban:

A DNS-ben keres iniciációs helyeket, más néven promóterhelyeket vagy egyszerűen promótereket. Például az E. coli DNS-ének 4,8 × 106 bp-os genomjában körülbelül 2000 promóterhely található. Mivel ezek a szekvenciák ugyanazon a DNS-molekulán találhatók, mint az átírandó gének, cisz-hatású elemeknek nevezzük őket.

Egy rövid szakasz kettős héjú DNS-t tekercsel ki, hogy egy egyszálú DNS-templát hozzon létre, amelyről utasításokat vesz át.

Kiválasztja a megfelelő ribonukleozid-trifoszfátot, és katalizálja a foszfodiészterkötés kialakulását. Ez a folyamat többször megismétlődik, miközben az enzim egyirányúan mozog a DNS-templát mentén. Az RNS-polimeráz teljesen processzív – a transzkriptumot az elejétől a végéig egyetlen RNS-polimerázmolekula szintetizálja.

Ez érzékeli a terminációs jeleket, amelyek meghatározzák, hogy a transzkriptum hol ér véget.

Ez kölcsönhatásba lép az aktivátor- és represszorfehérjékkel, amelyek széles dinamikai tartományban modulálják a transzkripció megindulásának sebességét. Ezeket a fehérjéket, amelyek eukariótákban jelentősebb szerepet játszanak, mint prokariótákban, transzkripciós faktoroknak vagy transz-aktív elemeknek nevezzük. A génexpressziót elsősorban a transzkripció szintjén szabályozzák, amint azt a 31. fejezetben részletesen tárgyaljuk.

Az RNS-szintézis alapvető reakciója a foszfodiészterkötés kialakulása. A lánc utolsó nukleotidjának 3′-hidroxilcsoportja nukleofil módon támadja meg a beérkező nukleozid-trifoszfát α-foszfátcsoportját, egyidejűleg egy pirofoszfát felszabadulásával (lásd az 5.25. ábrát). Ez a reakció termodinamikailag kedvező, és a pirofoszfát ezt követő ortofoszfáttá történő lebomlása lezárja a reakciót az RNS-szintézis irányába.

Az RNS-szintézis kémiája azonos az RNS minden formája esetében, beleértve a hírvivő RNS-t, a transzfer RNS-t és a riboszómális RNS-t is. Az imént vázolt alaplépések minden formára is érvényesek. Szintetikus folyamataik elsősorban a szabályozásban, a poszttranszkripciós feldolgozásban és a résztvevő specifikus polimerázban különböznek.