28.0.1. An Overview of RNA Synthesis:

Synteza RNA, lub transkrypcja, to proces przepisywania informacji o sekwencji nukleotydów DNA na informacje o sekwencji RNA. Synteza RNA jest katalizowana przez duży enzym zwany polimerazą RNA. Podstawowa biochemia syntezy RNA jest wspólna dla prokariotów i eukariotów, chociaż jej regulacja jest bardziej złożona u eukariotów. Ścisły związek między prokariotyczną i eukariotyczną transkrypcją został pięknie zilustrowany przez niedawno określone trójwymiarowe struktury reprezentatywnych polimeraz RNA z prokariotów i eukariotów (rysunek 28.1). Pomimo znacznych różnic w wielkości i liczbie podjednostek polipeptydowych, ogólne struktury tych enzymów są dość podobne, ujawniając wspólne pochodzenie ewolucyjne.

Synteza RNA, jak prawie wszystkie biologiczne reakcje polimeryzacji, przebiega w trzech etapach: inicjacji, elongacji i terminacji. Polimeraza RNA spełnia w tym procesie wiele funkcji:

Przeszukuje DNA w poszukiwaniu miejsc inicjacji, zwanych też miejscami promotorowymi lub po prostu promotorami. Na przykład, DNA E. coli ma około 2000 miejsc promotorowych w swoim genomie 4,8 × 106 bp. Ponieważ sekwencje te znajdują się w tej samej cząsteczce DNA co transkrybowane geny, nazywane są elementami cis-działającymi.

Rozwija krótki odcinek dwuniciowego DNA, tworząc jednoniciowy szablon DNA, z którego pobiera instrukcje.

Wybiera właściwy trifosforan rybonukleozydu i katalizuje tworzenie wiązania fosfodiestrowego. Proces ten jest powtarzany wielokrotnie, ponieważ enzym porusza się jednokierunkowo wzdłuż szablonu DNA. Polimeraza RNA jest całkowicie procesywna – transkrypt jest syntetyzowany od początku do końca przez pojedynczą cząsteczkę polimerazy RNA.

Wykrywa sygnały zakończenia, które określają miejsce zakończenia transkryptu.

Wchodzi w interakcje z białkami aktywującymi i represorowymi, które modulują szybkość inicjacji transkrypcji w szerokim zakresie dynamicznym. Białka te, które u eukariontów odgrywają bardziej znaczącą rolę niż u prokariontów, nazywane są czynnikami transkrypcyjnymi lub elementami transkrypcyjnymi. Ekspresja genów jest kontrolowana głównie na poziomie transkrypcji, co zostanie szczegółowo omówione w rozdziale 31.

Podstawową reakcją syntezy RNA jest utworzenie wiązania fosfodiestrowego. Grupa 3′-hydroksylowa ostatniego nukleotydu w łańcuchu nukleofilowo atakuje grupę α-fosforanową wchodzącego trifosforanu nukleozydu z równoczesnym uwolnieniem pirofosforanu (patrz Rysunek 5.25). Reakcja ta jest termodynamicznie korzystna, a następująca po niej degradacja pirofosforanu do ortofosforanu blokuje reakcję w kierunku syntezy RNA.

Chemia syntezy RNA jest identyczna dla wszystkich form RNA, w tym dla RNA posłańca, transferowego i rybosomalnego. Podstawowe etapy, które właśnie zostały przedstawione, również dotyczą wszystkich form. Ich procesy syntezy różnią się głównie regulacją, przetwarzaniem potranskrypcyjnym oraz specyficzną polimerazą, która bierze w nich udział.