28.0.1. En översikt över RNA-syntesen:

RNA-syntes, eller transkription, är processen att transkribera DNA-nukleotidsekvensinformation till RNA-sekvensinformation. RNA-syntesen katalyseras av ett stort enzym som kallas RNA-polymeras. Den grundläggande biokemin för RNA-syntesen är gemensam för prokaryoter och eukaryoter, även om regleringen är mer komplex i eukaryoter. Det nära sambandet mellan prokaryotisk och eukaryotisk transkription har illustrerats på ett vackert sätt genom de nyligen fastställda tredimensionella strukturerna av representativa RNA-polymeraser från prokaryoter och eukaryoter (figur 28.1). Trots betydande skillnader i storlek och antal polypeptidunderenheter är de övergripande strukturerna hos dessa enzymer ganska lika, vilket avslöjar ett gemensamt evolutionärt ursprung.

RNA-syntesen, liksom nästan alla biologiska polymeriseringsreaktioner, sker i tre steg: initiering, förlängning och terminering. RNA-polymeras utför flera funktioner i denna process:

Det söker DNA efter initieringsställen, även kallade promotorställen eller helt enkelt promotorer. E. coli DNA har till exempel cirka 2 000 promotorplatser i sitt 4,8 × 106 bp stora genom. Eftersom dessa sekvenser finns på samma DNA-molekyl som de gener som transkriberas kallas de för cis-verkande element.

Den avvecklar en kort sträcka av dubbelhelikalt DNA för att producera en enkelsträngad DNA-mall från vilken den tar emot instruktioner.

Den väljer rätt ribonukleosidtrifosfat och katalyserar bildandet av en fosfodiesterbindning. Denna process upprepas många gånger när enzymet rör sig enkelriktat längs DNA-mallen. RNA-polymeras är helt processivt – ett transkript syntetiseras från början till slut av en enda RNA-polymerasmolekyl.

Det upptäcker termineringssignaler som anger var ett transkript slutar.

Det interagerar med aktivator- och repressorproteiner som modulerar transkriptionens initieringshastighet över ett brett dynamiskt område. Dessa proteiner, som spelar en mer framträdande roll hos eukaryoter än hos prokaryoter, kallas transkriptionsfaktorer eller transaktionselement. Genuttrycket styrs huvudsakligen på transkriptionsnivå, vilket kommer att diskuteras i detalj i kapitel 31.

Den grundläggande reaktionen vid RNA-syntesen är bildandet av en fosfodiesterbindning. 3′-hydroxylgruppen i den sista nukleoiden i kedjan angriper nukleofilt α-fosfatgruppen i den inkommande nukleosidtrifosfatet med samtidig frisättning av en pyrofosfat (se figur 5.25). Denna reaktion är termodynamiskt gynnsam, och den efterföljande nedbrytningen av pyrofosfatet till ortofosfat låser reaktionen i riktning mot RNA-syntesen.

Kemin för RNA-syntesen är identisk för alla former av RNA, inklusive budbärar-RNA, överförings-RNA och ribosomalt RNA. De grundläggande stegen som just beskrivits gäller också för alla former. Deras syntetiska processer skiljer sig främst åt i reglering, posttranskriptionell bearbetning och det specifika polymeras som deltar.