Инициация транскрипции у прокариот

Инициация транскрипции у прокариот – это начальный этап синтеза РНК (транскрипции), на котором РНК-полимераза связывается с ДНК в области промотора и начинает синтез РНК-транскрипта. Этот процесс строго регулируется и зависит от множества факторов.

Основные этапы инициации транскрипции у прокариот:

1. Связывание РНК-полимеразы с промотором:
   РНК-полимераза: Основной фермент транскрипции у прокариот. Состоит из нескольких субъединиц:Коровый фермент (core enzyme): α₂ββ’ω – осуществляет катализ синтеза РНК.
   Сигма-фактор (σ-factor): Отвечает за распознавание промотора и связывание РНК-полимеразы с ДНК в области промотора. Существуют различные сигма-факторы, каждый из которых распознает определенные последовательности промоторов. Наиболее распространенным сигма-фактором у E. coli является σ⁷⁰, который распознает промоторы большинства генов “домашнего хозяйства” (генов, необходимых для основных клеточных функций).
   
   Промотор: Последовательность ДНК, расположенная перед транскрибируемым геном, к которой связывается РНК-полимераза. Промоторы прокариот обычно содержат две консервативные последовательности:-10 последовательность (последовательность Прибнова): TATAAT, расположенная примерно за 10 нуклеотидов до точки начала транскрипции (+1).
   -35 последовательность: TTGACA, расположенная примерно за 35 нуклеотидов до точки начала транскрипции.
   
   Механизм связывания:Сигма-фактор σ-фактор (например, σ⁷⁰) связывается с коровым ферментом РНК-полимеразы, образуя холофермент (holoenzyme).
   Холофермент РНК-полимеразы “сканирует” ДНК в поисках промотора.
   Сигма-фактор распознает -35 и -10 последовательности промотора и обеспечивает связывание РНК-полимеразы с ДНК.
   Образуется закрытый комплекс (closed complex), в котором ДНК остается двухцепочечной.
   
2. Образование открытого комплекса:Изомеризация РНК-полимеразы: После связывания с промотором РНК-полимераза претерпевает конформационные изменения.
   Разделение цепей ДНК: РНК-полимераза разделяет две цепи ДНК в области -10 последовательности, образуя транскрипционный пузырь.
   Образование открытого комплекса (open complex): Область ДНК, в которой происходит разделение цепей, называется открытым комплексом.
   
3. Начало синтеза РНК:Первый нуклеотид: РНК-полимераза связывает первый нуклеотид (обычно пуриновый) в точке начала транскрипции (+1).
   Синтез короткого РНК-транскрипта: РНК-полимераза синтезирует короткий РНК-транскрипт длиной около 10 нуклеотидов. Этот этап часто называют абортивной инициацией (abortive initiation), так как многие РНК-полимеразы отсоединяются от ДНК и высвобождают короткий транскрипт.
   
4. Переход к элонгации:Высвобождение сигма-фактора: После синтеза короткого РНК-транскрипта сигма-фактор высвобождается из РНК-полимеразы.
   Транслокация РНК-полимеразы: РНК-полимераза перемещается вдоль ДНК, продолжая синтез РНК-транскрипта.
   Переход к элонгации: РНК-полимераза переходит в стадию элонгации, в которой происходит удлинение РНК-транскрипта.
   

Регуляция инициации транскрипции:

Инициация транскрипции у прокариот строго регулируется различными факторами, включая:

• Сигма-факторы: Различные сигма-факторы распознают разные промоторы, что позволяет регулировать экспрессию различных генов в зависимости от условий окружающей среды. Например, σ³² активирует гены теплового шока при повышении температуры, а σ⁵⁴ активирует гены, участвующие в метаболизме азота.
• Активаторы и репрессоры: Белки-регуляторы, которые связываются с ДНК вблизи промотора и влияют на связывание РНК-полимеразы и инициацию транскрипции.Активаторы: Усиливают транскрипцию, облегчая связывание РНК-полимеразы с промотором.
  Репрессоры: Подавляют транскрипцию, блокируя связывание РНК-полимеразы с промотором или препятствуя ее движению вдоль ДНК.
  
• Аттенюация: Механизм регуляции транскрипции, основанный на преждевременном завершении транскрипции в зависимости от концентрации определенных метаболитов.
• Грелин (ppGpp) и ppApp: Динуклеотиды, накапливающиеся в клетке при стрессе (например, недостаток питательных веществ) и влияющие на активность РНК-полимеразы.

Схема процесса инициации транскрипции у прокариот (для лучшего понимания):

1. Сигма-фактор + коровый фермент РНК-полимеразы -> Холофермент
2. Холофермент + промотор -> Закрытый комплекс
3. Закрытый комплекс -> Открытый комплекс (разделение цепей ДНК)
4. Открытый комплекс -> Начало синтеза РНК (абортивная инициация)
5. Высвобождение сигма-фактора
6. Переход к элонгации

Значение инициации транскрипции:

Инициация транскрипции является ключевым этапом регуляции экспрессии генов у прокариот. Контролируя инициацию транскрипции, клетка может адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды и обеспечить синтез необходимых белков.

В заключение, инициация транскрипции у прокариот – это сложный и строго регулируемый процесс, который включает связывание РНК-полимеразы с промотором, образование открытого комплекса и начало синтеза РНК. Этот процесс играет важную роль в регуляции экспрессии генов и адаптации клетки к окружающей среде.