Ошибки спаривания при транскрипции. Лекарственные препараты и транскрипция.

В зоне терминации располагается область богатая ГЦ парами.

В. Терминация.

Несмотря на многочисленные исследования последнего этапа транскрипции ясного представления о его механизме пока не получено. Если обобщить имеющиеся, то можно сделать вывод что у большинства про- и эукариот терминация осуществляется несколькими способами. Сущность их одна – в зоне терминатора располагаются специальные элементы, которые останавливают транскрипцию. Таких элементов в настоящее время найдено несколько. Назовём только наиболее исследованные. Их три.

Химические связи этих нуклеотидов с комплементарными нуклеотидами в транскрипте существенно слабее , чем связи АТ. Это облегчает отрыв синтезированной РНК от ДНК.

2. В терминаторе имеются «шпильки ДНК».

Другой механизм, связан с имеющимися в области терминатора последовательностями нуклеотидов, которые носят название – нвертированные повторы (см. рис. 57, А). Это два участка молекулы ДНК, следующие друг за другом, имеющие одинаковую последовательность нуклеотидов, но расположенные в противоположной (обратной) ориентации. Так например, последовательности, представленные на рисунке 57 (А), являются инвертированными, так как при их чтении от 5’ к 3’ концу она идентична в обоих цепях. Такое расположение нуклеотидов в ДНК терминатора приводит к тому, что при их считывании на РНК образуются участки с комплементарными последовательностями нуклеотидов (рис. 57, Б). Последние соединяются между собой и формируют, фигуру, которая носит название «шпилька» (см. рис. 57, В). Эта шпилька, сформированная на пути РНК-полимеразы, прекращает её движение. В некоторых случаях «шпильку» распознаёт специальный белок, который движется по вновь синтезированной цепочки РНК вслед за РНК-полимеразой. Обнаружив шпильку, белок прекращает движение РНК-полимераза.

У прокариотов инвертированные повторы обнаруживаются практически в каждом терминаторе. В последнее время появились данные о более сложных механизмах терминации транскрипции у эукариот.

3. Бессмысленные (нонсенс) кодоны. Они не кодируют никакую аминокислоту. Предполагают, что опознав их РНК-полимераза прекращает синтез РНК.

Последовательность нуклеотидов в ДНК, которая находится между стартовой точкой и терминатором называется единицей транскрипции.Транскрибируется, как правило, одна из двух цепей ДНК. Могут, но редко транскрибироваться обе цепи одного гена.

Формирующаяся РНК на нити ДНК носит название транскрипт или РНК-транскрипт.

При транскрипции, так же как и при любом матричном процессе происходят ошибки. Их называют ошибки спаривания. Эти ошибки происходят с частотой – одна ошибка на 2 х 10 ⁴ включённых нуклеотидов. Как мы отмечали при репликации ошибки возникают намного реже – одна на 10¹⁰ включений. При ошибках спаривания в растущую нить РНК включаются «не правильные» основания. Это может

Терминатор

Инвертированные последовательности

А

А

РНК-полимераза

РНК-полимераза

Б

В

5’

Рис. 57. Терминация. Образование «шпильки» на РНК при считывании инвертированных повторов на матричной нити ДНК. А – РНК-полимераза «подходит» к области терминатора. У последнего имеется инвертированный повтор. Б – РНК-полимераза синтезировала РНК, в которой имеется последовательности комплементарные инвертированному повтору на матричной нити ДНК. В – нуклеотиды инвертированного повтора на РНК сформировали связи, что привело к образованию «шпильки». Транскрипция прекратилась.

привести к изменению структуры кодирующего нуклеотида. Если это касается рРНК или тРНК то, как правило, такие «дефектные» РНК перестают выполнять свои функции – формирование рибосом и транспорт аминокислот. Но это практически не отражается на здоровье человека, т.к. появление одной «дефектной» молекулы РНК приходится на несколько тысяч нормальных молекул, к тому же ошибочное спаривание очень редкое явление. Более неблагоприятный прогноз бывает связан с появлением ошибки спаривания в иРНК – молекуле несущей информацию об аминокислотной последовательности белка. В этом случае вероятность реализации генетического дефекта в фенотипический определяется характером нуклеотида образованного при ошибке спаривания. Хорошо если в результате «вырожденности» третьего основания триплета, новый кодон кодирует ту же аминокислоту. Такая ошибка фенотипически не проявляется. (см. раздел 3.1.). Подсчитано, что в 67% смысл кодона не меняется при замене нуклеотида в третьем положении кодона. Хуже когда сформированный на основании ошибки спаривания кодон меняет смысл и начинает кодировать другую аминокислоту. Это приводит к появлению в белке новой аминокислоты, которая может изменить функциональные свойства белка и последний выключится из клеточного метаболизма. Но и в этом случае новая аминокислота может по физико-химическим свойствам (например, растворимости) быть сравнима с заменённой. В этом случае фенотипические последствия такой замены менее опасны.

Но в целом необходимо отметить, что ошибки спаривания на уровне транскрипции менее опасны, чем на уровне репликации.

Транскрипцию могут ингибировать различные соединения. Так например, очень опасный шляпочный гриб бледная поганка содержит токсин альфа-аманитин.

Три характерных признака этого гриба необходимо помнить – бледный цвет, «юбочка» на ножке и булавовидное утолщение в нижней части ножки.

Этот токсин прочно связывается с РНК-полимеразой II у эукариот, которая транскрибирует иРНК. В результате блокируется транскрипция многих генов.

Другой токсин – актиномицин Д, является антибиотиком и прочно связывается с ГЦ-богатыми участками ДНК. А поскольку такими участками обогащены рРНК и терминаторы многих генов, то эти структуры страдают в первую очередь.

Как мы отмечали ранее некоторые противоопухолевые препараты, например дауномицин и некоторые другие содержат в своей молекуле плоскую циклическую структуру, которая встраивается (интеркалируется) между парами оснований. Это ведёт к локальному изменению структуры ДНК, в результате чего ферменты транскрипции прекращают свою работу.

Некоторые алкилирующие вещества – тиофосфамид и др. модифицируют основания в ДНК путём присоединениё к ним алкильных группировок. Если ферменты транскрипции встречают такие основания, их работа прекращается.

Ингибитор ДНК-топоизомеразы – новобиоцин, вмешиваясь в работу фермента прекращая деспирализацию ДНК, а следовательно и синтез РНК.

Антибиотик рифампицин – ингибируют только РНК-полимеразу бактерий, препятствуя инициации транскрипции. Применяют его при различных заболевания, так как он не действуют на ядерную РНК-полимеразу соматических клеток человека. К сожалению, в последнее время обнаружено действие рифампицина на РНК-полимеразу митохондрий, где также осуществляется транскрипция митохондральных РНК. Это является ещё одним подтверждением версии о том, что митохондрии являются потомками вирусных или иных субмикроскопических структур внедрившихся в клетки эукариот и адаптировавшихся к их метаболизму так, что стали его полноправными участниками.

МЗ. Транскрипция –первый этап экспрессии генов и заключается в синтезе РНК на одной нити ДНК ферментом ДНК-зависимой РНК-полимеразой (РНК-полимеразой). Состоит из трёх этапов – инициации, элонгации и терминации. Во время инициации формируется инициаторный комплекс, состоящий белка прикреплённого к промотору, РНК-полимеразы и нескольких факторов инициации. Одновременно формируется транскрипционный «глазок». Во время элонгации происходит наращивание нити РНК в соответствии с комплементарными нуклеотидами на матричной (антисмысловой) цепочки ДНК. Сигналом терминации является определённая последовательность нуклеотидов в матричной цепочки ДНК. При транскрипции чаще, чем при репликации возникают ошибки при спаривании нуклеотидов.