28.0.1. An Overview of RNA Synthesis:

RNA synthesis, or transcription, is the process of transcribing DNA nucleotide sequence information into RNA sequence information. De RNA-synthese wordt gekatalyseerd door een groot enzym, RNA-polymerase genaamd. De basisbiochemie van de RNA-synthese is gemeenschappelijk voor prokaryoten en eukaryoten, hoewel de regulering ervan complexer is bij eukaryoten. Het nauwe verband tussen prokaryote en eukaryote transcriptie is prachtig geïllustreerd door de onlangs vastgestelde driedimensionale structuren van representatieve RNA-polymerasen van prokaryoten en eukaryoten (figuur 28.1). Ondanks aanzienlijke verschillen in grootte en aantal van de polypeptide subeenheden, zijn de algemene structuren van deze enzymen vrij gelijkaardig, hetgeen een gemeenschappelijke evolutionaire oorsprong onthult.

RNA synthese verloopt, net als bijna alle biologische polymerisatiereacties, in drie fasen: initiatie, elongatie, en terminatie. RNA-polymerase vervult in dit proces meerdere functies:

Het zoekt in het DNA naar initiatieplaatsen, ook wel promotorplaatsen of kortweg promotors genoemd. Het DNA van E. coli bijvoorbeeld bevat ongeveer 2000 promotorplaatsen in zijn 4,8 × 106 bp-genoom. Omdat deze sequenties zich op dezelfde DNA-molecule bevinden als de genen die worden getranscribeerd, worden ze cis-werkende elementen genoemd.

Het wikkelt een kort stuk dubbelhelisch DNA af om een enkelstrengs DNA-sjabloon te produceren waarvan het instructies aanneemt.

Het selecteert het juiste ribonucleosidetrifosfaat en katalyseert de vorming van een fosfodiësterbinding. Dit proces wordt vele malen herhaald terwijl het enzym in één richting langs het DNA-sjabloon beweegt. RNA-polymerase is volledig procesmatig: een transcript wordt door één RNA-polymerasemolecuul van begin tot eind gesynthetiseerd.

Het detecteert terminatiesignalen die aangeven waar een transcript eindigt.

Het interageert met activator- en repressoreiwitten die de snelheid waarmee de transcriptie wordt geïnitieerd over een breed dynamisch bereik moduleren. Deze eiwitten, die bij eukaryoten een prominentere rol spelen dan bij prokaryoten, worden transcrip-tiefactoren of trans-acterende elementen genoemd. De genexpressie wordt voornamelijk op het niveau van de transcriptie gecontroleerd, zoals in hoofdstuk 31 uitvoerig zal worden besproken.

De fundamentele reactie van de RNA-synthese is de vorming van een fosfodiesterbinding. De 3′-hydroxylgroep van het laatste nucleotide in de keten valt nucleofiel de α-fosfaatgroep van het inkomende nucleosidetrifosfaat aan, waarbij gelijktijdig een pyrofosfaat vrijkomt (zie figuur 5.25). Deze reactie is thermodynamisch gunstig, en de daaropvolgende afbraak van het pyrofosfaat tot orthofosfaat zet de reactie vast in de richting van RNA-synthese.

De chemie van de RNA-synthese is identiek voor alle vormen van RNA, met inbegrip van boodschapper-RNA, transfer-RNA, en ribosomaal RNA. De zojuist geschetste basisstappen gelden ook voor alle vormen. Hun synthetische processen verschillen voornamelijk in regulering, posttranscriptionele verwerking, en de specifieke polymerase die deelneemt.