28.0.1. O privire de ansamblu asupra sintezei ARN:

Sinteza ARN, sau transcripția, este procesul de transcriere a informațiilor din secvența nucleotidelor ADN în informații din secvența ARN. Sinteza ARN este catalizată de o enzimă mare numită ARN polimerază. Biochimia de bază a sintezei ARN este comună la procariote și eucariote, deși reglarea sa este mai complexă la eucariote. Legătura strânsă dintre transcripția procariotă și eucariotă a fost frumos ilustrată de structurile tridimensionale determinate recent ale unor ARN polimeraze reprezentative de la procariote și eucariote (figura 28.1). În ciuda diferențelor substanțiale în ceea ce privește dimensiunea și numărul de subunități polipeptidice, structurile generale ale acestor enzime sunt destul de asemănătoare, dezvăluind o origine evolutivă comună.

Sinteza ARN-ului, ca aproape toate reacțiile biologice de polimerizare, are loc în trei etape: inițiere, alungire și terminare. ARN polimeraza îndeplinește mai multe funcții în acest proces:

Cercetează ADN-ul pentru situsurile de inițiere, numite și situsuri promotoare sau pur și simplu promotori. De exemplu, ADN-ul E. coli are aproximativ 2000 de situsuri promotoare în genomul său de 4,8 × 106 bp. Deoarece aceste secvențe se află pe aceeași moleculă de ADN ca și genele care se transcriu, ele se numesc elemente cu acțiune cis.

Desfășoară o porțiune scurtă de ADN dublu-helicoidal pentru a produce un șablon de ADN monocatenar din care preia instrucțiunile.

Selectează ribonucleozidul trifosfat corect și catalizează formarea unei legături fosfodiester. Acest proces se repetă de mai multe ori pe măsură ce enzima se deplasează unidirecțional de-a lungul șablonului ADN. ARN polimeraza este complet procesivă – o transcripție este sintetizată de la început până la sfârșit de către o singură moleculă de ARN polimerază.

Detectează semnalele de terminare care specifică locul în care se termină o transcripție.

Interacționează cu proteinele activatoare și represoare care modulează rata de inițiere a transcripției pe un interval dinamic larg. Aceste proteine, care joacă un rol mai proeminent la eucariote decât la procariote, se numesc factori de transcrip-ție sau elemente care acționează asupra transcripției. Expresia genelor este controlată în principal la nivelul transcripției, după cum se va discuta în detaliu în capitolul 31.

Reacția fundamentală a sintezei ARN-ului este formarea unei legături fosfodiester. Grupa 3′-hidroxil a ultimei nucleotide din lanț atacă nucleofilic grupa α-fosfat a trifosfatului nucleozidic sosit, cu eliberarea concomitentă a unui pirofosfat (vezi figura 5.25). Această reacție este termodinamic favorabilă, iar degradarea ulterioară a pirofosfatului în ortofosfat blochează reacția în direcția sintezei ARN.

Chimia sintezei ARN este identică pentru toate formele de ARN, inclusiv ARN mesager, ARN de transfer și ARN ribozomal. Etapele de bază tocmai prezentate se aplică, de asemenea, tuturor formelor. Procesele lor de sinteză diferă în principal în ceea ce privește reglarea, procesarea posttranscripțională și polimeraza specifică care participă.

.