25.7. Все клеточные РНК синтезирует РНК-полимеразa

Концепция мРНК стимулировала поиски фермента, который синтезирует РНК в соответствии с последовательностью ДНК-матрицы. Стратегия эксперимента была такой же, как и при поиске ДНК-полимеразы В 1960 г. Джерард Хёрвиц и Сэ-мюэл Вейсс (Jerard Hurwitz, Samuel Weiss) независимо открыли такой фермент. Они назвали его РНК-полимеразой. Ферменту из клеток (рис. 25.7) нужны были для синтеза РНК следующие компоненты.

1. Матрица. Предпочтительная матрица - двухцепочечная ДНК. Одноцепочечная ДНК также может служить матрицей. Ни РНК (как одноцепочечная, так и двухцепочечная), ни гибриды РНК-ДНК не могут служить эффективными матрицами.

2. Активированные предшественники. Необходимы все четыре рибонуклеозидтрифосфата - ATР, GTP, UTP и СТР.

3. Двухвалентные ионы металлов. Фермент активен в присутствии или Mn2+. In vivo эту потребность фермента удовлетворяет

РНК-полимераза катализирует инициацию и элонгацию цепей РНК. Фермент катализирует следующую реакцию:

Синтез РНК во многих отношениях подобен синтезу ДНК (рис. 25.8). Во-первых, как будет вскоре показано более подробно, синтез идет в направлении Во-вторых, по-видимому, механизм элонгации сходен. Происходит нуклеофильная атака внутреннего фосфата очередного нуклеозидтрифосфата 3-ОН-группой на конце растущей цепи. -третьих, движущая сила синтеза - гидролиз пирофосфата.

Однако по некоторым важным особенностям синтез РНК отличается от синтеза ДНК. Во-первых, РНК-полимеразе не нужна затравка. Во-вторых, ДНК-матрица при синтезе РНК полностью сохраняется, тогда как при синтезе ДНК она сохраняется лишь наполовину. -третьих, РНК-полимераза, насколько известно, не обладает никакими нуклеазными активностями.

Все три типа клеточной РНК Е. coli - мРНК, тРНК и рРНК - синтезируются одной РНК-полимеразой в соответствии с инструкциями, заданными ДНК-матрицей. В клетках млекопитающих имеет место разделение труда между несколькими видами РНК-полимераз. Кроме того, необходимо отметить, что некоторые вирусы кодируют РНК-синтезирующие ферменты, совершенно отличные от ферментов клетки-хозяина. Таковы, например, РНК-поли-мераза, кодируемая ДНК-содержащим фагом и РНК-репликаза, кодируемая РНК-содержащим фагом Репликаза фага является РНК-зависимой РНК-полимеразой, так как она синтезирует РНК не по ДНК-матрице, а по РНК . Клеточные же ферменты,

Рис. 25.9. Последовательность оснований мРНК комплементарна последовательности матричной ДНК. Показана часть последовательности триптофано-вого оперона.

синтезирующие РНК, наоборот, представляют собой ДНК-зависимые РНК-полимеразы.