5 ОБМЕН НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

---

 

5.1 Распад нуклеиновых кислот

5.1.1 Обмен нуклеозидфосфатов

5.1.2 Распад пуриновых оснований

5.1.3 Распад пиримидиновых оснований

5.2 Биосинтез нуклеиновых кислот

5.2.1 Биосинтез пиримидиновых оснований

5.2.2 Биосинтез пуриновых нуклеотидов

5.2.3 Биосинтез ДНК

5.2.4 Биосинтез РНК

5.2.5 Процессинг (созревание) РНК

---

Нуклеиновые кислоты составляют существенную небелковую часть сложного класса органических веществ, получивших название нуклеопротеинов; последние являются основой наследственного аппарата клетки хромосом. Помимо уникальной роли нуклеиновых кислот в хранении и реализации наследственной информации, промежуточные продукты их обмена, в частности моно-, ди- и трифосфатнуклеозиды, выполняют важные регуляторные функции, контролируя биоэнергетику клетки и скорость метаболических процессов. В то же время нуклеиновые кислоты не являются незаменимыми пищевыми факторами и не играют существенной роли в качестве энергетического материала.

Переваривание нуклеопротеинов и всасывание продуктов их распада осуществляются в пищеварительном тракте. Под влиянием ферментов желудка, частично соляной кислоты, нуклеопротеины пищи распадаются на полипептиды и нуклеиновые кислоты; первые в кишечнике подвергаются гидролитическому расщеплению до свободных аминокислот. Распад нуклеиновых кислот происходит в тонкой кишке в основном гидролитическим путем под действием ДНК- и РНКазы панкреатического сока. Продуктами реакции при действии РНКазы являются пуриновые и пиримидиновые мононуклеотиды, смесь ди- и тринуклеотидов и резистентные к действию РНКазы олигонуклеотиды. В результате действия ДНКазы образуются в основном динуклеотиды, олигонуклеотиды и небольшое количество мононуклеотидов. Полный гидролиз нуклеиновых кислот до стадии мононуклеотидов осуществляется, очевидно, другими, менее изученными ферментами (фосфодиэстеразами) слизистой оболочки кишечника.

В отношении дальнейшей судьбы мононуклеотидов существует два предположения. Считают, что мононуклеотиды в кишечнике под действием неспецифических фосфатаз (кислой и щелочной), которые гидролизируют фосфоэфирную связь мононуклеотида («нуклеотидазное» действие), расщепляются с образованием нуклеозидов и фосфорной кислоты и в таком виде всасываются. Согласно второму предположению, мононуклеотиды всасываются, а распад их происходит в клетках слизистой оболочки кишечника.

Дальнейший распад образовавшихся нуклеозидов осуществляется внутри клеток слизистой оболочки преимущественно фосфоролитическим, а не гидролитическим путем. Всасываются преимущественно нуклеозиды, и в таком виде часть азотистых оснований может быть использована для синтеза нуклеиновых кислот организма. Если происходит дальнейший распад нуклеозидов до свободных пуриновых и пиримидиновых оснований, то гуанин не используется для синтетических целей. Другие основания, как показывают опыты с меченными по азоту аденином и урацилом, в тканях могут включаться в состав нуклеиновых кислот.

 

5.1 Распад нуклеиновых кислот

Распад нуклеиновых кислот в организме идет достаточно энергично. Так, период полужизни молекул ДНК в тканях мыши составляет от 1 до 5 суток; период полужизни большинства мРНК составляет у эукариот – несколько суток, а у прокариот – всего несколько секунд.

Нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК) распадаются в организме при посредстве особых ферментов – нуклеаз. Они ускоряют реакцию разрыва межнуклеотидных фосфодиэфирных связей в молекулах нуклеиновых кислот и принадлежат, следовательно, к более широкой категории ферментов – фосфодиэстераз.

Нуклеазы, действующие на внутренние межнуклеотидные связи в молекулах ДНК и РНК, называются эндонуклеазами. При их участии осуществляется деполимеризация нуклеиновых кислот в основном до олигонуклеотидов. Нуклеазы, ускоряющие реакции последовательного отщепления нуклеотидов от РНК, ДНК или их фрагментов, начиная с конца полинуклеотидной цепи, называют экзонуклеазами. Они обеспечивают распад нуклеиновых кислот до свободных нуклеотидов.

В зависимости от специфичности действия среди нуклеаз различают рибонуклеазы и дезоксирибонуклеазы. Первые ускоряют реакции распада как внутренних, так и внешних (концевых) межнуклеотидных связей в молекулах РНК. Вторые выполняют такую же функцию по отношению к ДНК. Вместе с тем существует большая группа неспецифических эндо- и экзонуклеаз, действующих одновременно и на РНК, и на ДНК.

По характеру действия на фосфодиэфирные связи в молекулах нуклеиновых кислот нуклеазы делят на две категории. Одни из них ускоряют реакцию гидролиза сложноэфирной связи межнуклеозидного фосфата с 3'-углеродным атомом остатка рибозы или дезоксирибозы, а другие – с 5'-углеродным атомом. Поэтому в названиях указанных ферментов всегда подчеркивается, гидролиз какой из связей ускоряет данная нуклеаза. Однако ведущим признаком является локализация фосфора в составе олиго- или мононуклеотидов, возникающих в результате гидролиза нуклеиновой кислоты. Поэтому нуклеазы, расщепляющие связь Р–5'С, называют 3'-нуклеазами, а расщепляющие связь Р–3'С именуют 5'-нуклеазами:

5.1.1 Обмен нуклеозидфосфатов

Дезоксирибонуклеозидфосфаты и рибонуклеозидфосфаты, представ-ляющие собой конечные продукты ферментативной деструкции нуклеиновых кислот, распадаются далее до еще более простых соединений. Первая ступень этого распада состоит в отщеплении остатка фосфорной кислоты:

На второй ступени распада осуществляется перенос остатка рибозы от нуклеозида на фосфорную кислоту. Эта реакция ускоряется специфическими для каждого вида нуклеозидов рибозилтрансферазами. Примером может служить фосфоролиз гуанозина:

Гуанозин Рибозо-1-фосфат Гуанин

Следовательно, в результате распада нуклеозидфосфатов выделяются в свободном состоянии рибозо-1-фосфат и все виды пуриновых и пиримидиновых оснований, участвующих в построении нуклеиновых кислот. Приведенная схема распада нуклеозидов не является единственной. Возможны и другие пути распада нуклеозидов. Один из них состоит в гидролизе нуклеозидов, например:

В свою очередь и углевод, и азотистые основания видоизменяются далее. Рибоза и рибозо-1-фосфат включаются в реакции обмена, характерные для углеводов. Пуриновые и пиримидиновые основания претерпевают дальнейший распад и превращаются в те или иные простейшие азотсодержащие продукты, которые далее либо выводятся из организма, либо откладываются в нем.

5.1.2 Распад пуриновых оснований

Первая фаза распада пуриновых оснований заключается в дезаминировании тех из них, которые имеют аминогруппы. Этот процесс осуществляется при посредстве специфических аминогидролаз. В результате аденин превращается в гипоксантин, который затем окисляется в ксантин (осуществляет эту реакцию фермент – ксантиноксидаза):

Гуанин переходит в ксантин:

Ксантин далее окисляется в мочевую кислоту (осуществляет эту реакцию фермент – ксантиноксидаза):

У ряда животных (человекообразные обезьяны, птицы, некоторые рептилии, большинство насекомых) и человека конечным продуктом распада пуриновых оснований является мочевая кислота, которая и выводится с мочой из организма. У некоторых млекопитающих мочевая кислота расщепляется до аллантоина, а у рыб – до аллантоиновой кислоты и мочевины. Последовательность всех этих превращений, катализируемых специфическими ферментами, можно представить в виде следующей схемы:

 

5.1.3 Распад пиримидиновых оснований

Распад пиримидиновых оснований происходит в основном в печени.

Один из основных путей в организме животных и человека включает восстановление урацила и тимина с образованием гидрированных гетероциклов. Метаболизм цитозина происходит тем же путем после дезаминирования и образования урацила:

Пиримидиновые основания подвергаются далее восстановлению. Так, урацил переходит в дигидроурацил, который претерпевает гидролиз и превращается в N-карбамил-β-аланин, который далее гидролизуется до β-аланина и карбаминовой кислоты. Карбаминовая кислота либо используется для синтеза мочевины, либо распадается до СО₂ и Н₂О:

Карбаминовая кислота и β-аланин являются конечными продуктами распада двух пиримидиновых оснований – урацила и цитозина. В случае тимина, распадающегося по той же схеме, вместо β-аланина образуется β-аминоизомасляная кислота. Образующийся аммиак обезвреживается и выводится с мочой.

5.2 Биосинтез нуклеиновых кислот

Механизм биосинтеза нуклеозидфосфатов. Для обеспечения биосинтеза нуклеиновых кислот организм должен располагать полным набором дезоксирибо- и рибонуклеозидтрифосфатов. Поэтому в любой клетке любого организма постоянно осуществляется процесс новообразования всех видов нуклеозидтрифосфатов, нуклеозиддифосфатов и нуклеозидмонофосфатов.

Из трех основных частей нуклеотида – азотистого основания, пентозы и фосфорной кислоты – последняя в норме всегда присутствует в клетках, а пентозы образуются в процессе распада углеводов. Таким образом, только пуриновое или пиримидиновое основание должно создаваться специфическим путем.

5.2.1 Биосинтез пиримидиновых оснований

Подготовительной реакцией, открывающей этот синтез, является реакция образования карбамоилфосфата из NH₃ и СО₂ при участии АТФ:

Далее при участии специфического фермента остаток карбаминовой кислоты (карбамоил) переносится на аминогруппу аспарагиновой кислоты с образованием N-карбамоиласпарагиновой кислоты:

При сближении NH₂- и COOH-групп в молекуле N-карбамоиласпарагиновой кислоты между ними осуществляется взаимодействие с выделением молекулы воды. Эта реакция катализируется ферментом из класса гидролаз – дигидрооротазой, названной так от дигидрооротовой кислоты (ДГОК), гидролиз которой она ускоряет вследствие обратимости данной реакции:

Дигидрооротовая кислота ферментативно окисляется. Снятие двух атомов Н осуществляется первичной дегидрогеназой либо с НАД⁺ или НАДФ⁺, либо с ФАД в качестве кофермента. Осуществляет эту реакцию фермент дигидрооротатдегидрогеназа.

В молекуле оротовой кислоты, как видно из ее формулы, уже предобразована структура одного из пиримидиновых оснований, а именно урацила. Достаточно осуществить реакцию декарбоксилирования, и оротовая кислота превратится в урацил. Однако этот процесс происходит лишь после того, как оротовая кислота соединится с рибозой, образуя нуклеозид, где агликоном является остаток оротовой кислоты. Нуклеозид такого строения называется оротидином. Так как реакция идет непосредственно между оротовой кислотой и 5-фосфорибозилпирофосфатом, то в результате ее возникает оротидин-5'-фосфат. Процесс ускоряется соответствующей трансгликозидазой (оротатфосфорибозилтрансферазой).

Последнее преобразование состоит в декарбоксилировании оротидин-5’-фосфата:

В результате возникает один из пиримидиновых нуклеотидов – уридин-5'-фосфат. Уридин-5'-фосфат занимает центральное место в биосинтезе пиримидиновых нуклеотидов, т.к. далее может превращаться в другие пиримидиновые нуклеотиды. Эти превращения пиримидиновых нуклеотидов осуществляются путем реакций восстановления, аминирования и метилирования моно-, ди- и трифосфорных эфиров нуклеозидов. Последние образуются при взаимодействии нуклеозидмонофосфатов с АТФ, запасы которой в клетках непрерывно пополняются за счет реакции окислительного фосфорилирования.

Восстановление рибонуклеотидов в дезоксирибонуклеотиды заключается в восстановлении рибозы в дезоксирибозу, требующее наличие 2 атомов водорода и источника восстановительных эквивалентов – белка тиоредоксина, содержащего две свободные SH-группы. Тиоредоксин представляет собой небольшой термостабильный белок (М.м. 11,7 кДа), состоящий из полипептидной цепи с одной внутрицепочечной дисульфидной связью. Фермент тиоредоксинредуктаза катализирует НАДФН-зависимое восстановление дисульфидной связи с образованием восстановленного тиоредоксина. Этот процесс восстановления протекает по гидроксильной группе при 2-м углеродном атоме рибозы, благодаря чему остаток рибозы переходит в остаток дезоксирибозы. Эта реакция свойственна нуклеозиддифосфатам:

Что касается реакций аминирования (переход от УТФ к ЦТФ) и метилирования (переход от дУМФ к дТМФ), то в первом случае источником аминогруппы у бактерий служит NH₃, а у млекопитающих – глутамин, причем введение аминогруппы осуществляется сопряженно с распадом АТФ:

Во втором случае источником метильной группы является N⁵-метил-тетрагидрофолиевая кислота, а реакция переноса ее ускоряется ферментом тимидилатсинтазой.

В результате всех этих реакций обепечивается создание в организме фонда свободных пиримидиннуклеозидтрифосфатов (УТФ, ЦТФ, дЦТФ, дТТФ), необходимых для синтеза ДНК и РНК.

5.2.2 Биосинтез пуриновых нуклеотидов

Пуриновый путь более сложный по сравнению с пиримидиновым и включает 10 ферментативных реакций. Первым и решающим этапом биосинтеза пуриновых нуклеотидов является образование 5-фосфорибозил-1-амина (фосфорибозиламина) из 5-фосфорибозил-1-пирофосфата и глутамина. Осуществляется этот процесс при участии фермента гликозилтрансферазы, ускоряющего перенос остатка 5-фосфорибозы на амидогруппу глутамина. Одновременно протекает гидролиз возникающего 5-фосфорибозилглутамина, вследствие чего выделяется 5-фосфорибозиламин:

В присутствии АТФ при участии специфической лигазы (аминосинтетаза) к 5-фосфорибозиламину присоединяется глицин, причем возникает пептидная связь:

Молекула 5-фосфорибозилглицинамида удлиняется на один углеродный атом при посредстве фосфорибозилглицинамидформилтрансферазы. Ее коферментом служит тетрагидрофолиевая кислота, присоединяющая формильную группировку по атому азота, занимающему 5-е положение в молекуле кофермента. С N-формилтетрагидрофолиевой кислоты осуществляется перенос формильного остатка на H₂N-гpyппy 5-фосфорибозилглицинамида. Получившийся в результате этой реакции 5-фосфорибозилформилглицинамид (N-формилглицинамидрибонуклеотид) взаимодействует с глутамином в присутствии сопряженно распадающейся АТФ и соответствующей лигазы. Продуктом реакции является производное, где карбонильный кислород пептидной связи замещен на иминогруппу (N-формилглицинамидинрибонуклеотид). Затем в результате ряда преобразований возникшего при этом соединения замыкается имидазольный цикл. Данный процесс также идет сопряженно с распадом АТФ и ускоряется специфическим ферментом, который, будучи выделен и очищен, характеризуется относительно невысокой устойчивостью к денатурации. Вслед за этим на имидазольном цикле путем ряда ферментативных реакций отмеченного выше типа из аспарагиновой кислоты, СО₂ и формиата строится пиримидиновое кольцо, т.е. в конце концов создается пуриновый нуклеотид. Схема, включающая главные этапы этого синтеза, такова:

Таким образом, пуриновые нуклеотиды в результате последовательных реакций наращивания пуринового цикла на рибозо-5'-фосфате возникают в виде инозин-5'-фосфата. Описанный путь биосинтеза пуриновых нуклеотидов называется синтезом de novo.

Образовавшийся инозин-5'-фосфат способен окисляться в ксантозин-5'-фосфат. В результате аминирования инозин-5'-фосфата синтезируется аденозин-5'-фосфат, а ксантозин-5'-фосфата – гуанозин-5'-фосфат:

В свою очередь пуриновые нуклеозидмонофосфаты превращаются далее в нуклеозидтрифосфаты. При этом гуанозин-5'-фосфат переходит в гуанозин-5'-трифосфат по двойной обменной реакции с АТФ:

При взаимодействии аденозин-5'-фосфата с АТФ возникает аденозиндифосфорная кислота:

Она служит субстратом при окислительном форфорилировании, в результате которого запасы АТФ в организме непрерывно пополняются, что обеспечивает достаточное ее количество для превращения всех остальных нуклеозидмонофосфатов в нуклеозидтрифосфаты.

Синтез дезоксиаденозин-5'-трифосфата (дАТФ) и дезоксигуанозин-5'-трифосфата (дГТФ) осуществляется посредством реакции восстановления рибозы по гидроксильной группе при втором углеродном атоме. В случае дГТФ реакция восстановления идет на уровне ГДФ с последующим превращением дГДФ в дГТФ:

Пуриновые нуклеотиды могут синтезироваться также из готовых продуктов (путем реутилизации пуринов). Этот процесс осуществляется из свободных пуриновых оснований и 5-фосфорибозил-1-пирофосфата. Он не является, конечно, способом синтеза данных нуклеотидов заново, т.к. при этом используются готовые пуриновые циклы, освободившиеся при распаде нуклеиновых кислот; он лишь сберегает пуриновые основания от их распада до соответствующих конечных продуктов. Эта реакция ускоряется специфическими ферментами – фосфорибозилтрансферазами:

5.2.3 Биосинтез ДНК

Способность к передаче наследственных свойств путем переноса генетической информации является уникальным свойством живых систем. В организмах существуют три способа передачи генетической информации.

Репликация – перенос генетической информации в пределах одного класса нуклеиновых кислот (от ДНК к ДНК или у некоторых вирусов от РНК к РНК).

Транскрипция – перенос информации между разными классами нуклеиновых кислот, бывает прямая (от ДНК к РНК) и обратная (от РНК к ДНК).

Трансляция – процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной (матричной) РНК.

Центральная догма молекулярной биологии отражает направление переноса генетической информации в клетке: от ДНК через РНК к белку. Согласно ей, не может быть переноса информации от белка к РНК, но допускается перенос от РНК к ДНК, т.е. генетическая информация существует только в форме нуклеиновой кислоты и не может передаваться от аминокислотных последовательностей белка.

В процессе жизнедеятельности организма необходим постоянный синтез ДНК. Процесс удвоения ДНК называется репликацией.

ДНК состоит из двух коплементарных полинуклеотидных цепей, связанных друг с другом водородными связями между азотистыми основаниями. Поскольку при репликации должна быть создана точная копия генома, то в этом процессе каждая цепь материнской ДНК используется в качестве матрицы для синтеза двух дочерних цепей ДНК под действием ферментов ДНК-полимераз и в присутствии дATФ, дГTФ, дЦTФ и дTTФ.

В результате репликации из одной двухцепочечной материнской молекулы ДНК образуются две двухцепочечные дочерние молекулы ДНК, каждая из которых состоит из одной цепи материнской ДНК и одной синтезированной вновь цепи. Такой механизм удвоения ДНК получил название полуконсервативная репликация (рисунок 47).

Уотсон и Крик выдвинули гипотезу полуконсервативной репликации вскоре после публикации своей статьи о структуре ДНК в 1953 г.; в 1957 г. эта гипотеза была подтверждена Мэтью Мезельсоном и Франклином Сталем.

В основе репликации ДНК лежит принцип комплементарности оснований. В настоящее время доказана истинность полуконсервативной теории репликации ДНК.

Участок генома, в пределах которого репликация начинается и заканчивается, называется репликоном. Геномы прокариот удваиваются целиком в одном цикле репликации, следовательно, их геномы представляют собой один репликон.

ДНК бактерий и многих ДНК-содержащих вирусов представляет собой кольцевую двойную спираль. Первоначально считали, что репликация начинается в фиксированной точке родительской ДНК (она называется точкой начала репликации) и что единственная репликационная вилка движется по кольцевой молекуле ДНК в одном направлении. Однако эксперименты, проведенные на хромосомах Е. coli и вирусов, показали, что репликация обычно проходит в двух направлениях, т.е. существуют две репликационные вилки. Обе вилки возникают в одной точке и удаляются от нее в противоположных направлениях одновременно, пока снова не встретятся. В этой точке два полностью синтезированных дочерних двухцепочечных кольца разделяются: каждое из них содержит одну старую и одну новую цепь. Участок начала репликации представляет собой нуклеотидную последовательность длиной 100–200 пар оснований, без которой ДНК не может реплицироваться. Эта последовательность узнается специфическими клеточными белками, которые начинают в этом месте цикл репликации.

В репликации ДНК участвует более 20 различных ферментов и белков, каждый из которых выполняет определенную функцию. Весь комплекс, состоящий более чем из двадцати репликативных ферментов и факторов, называют ДНК-репликазной системой, или реплисомой. Он включает следующие белки и ферменты:

• семейство ДНК-топоизомераз (у прокариот одна из них названа ДНК-гиразой) обеспечивает устранение суперспирализации;
• ДНК-хеликазы (специфические rep-белки), используя энергию АТФ, осуществляют разрыв водородных связей между полинуклеотидными цепями и расплетают двойную спираль ДНК;
• ключевыми ферментами репликации являются ферменты ДНК-полимеразы. У прокариот, и в частности у бактерии Е. coli, описаны три ДНК-полимеразы – I, II, III. В синтезе эукариотических ДНК принимают участие 5 ДНК-полимераз. ДНК-полимеразы , , , участвуют в синтезе ДНК в ядре клеток, ДНК-полимераза обеспечивает репликацию только митохондриальной ДНК;
• ферменты ДНК-лигазы. Они катализируют образование фосфодиэфирной связи между 3'-ОН-группой дезоксирибозы одного фрагмента и 5'-фосфатом следующего. Реакция протекает с затратой энергии АТФ. Таким образом, из множества фрагментов Оказаки образуется непрерывная цепь ДНК;
• РНК-полимеразы (ДНК-зависимые РНК-полимеразы или праймазы) отвечают за синтез РНК-затравок (праймеров);
• в поддержании участка ДНК в раскрученном состоянии участвуют ДНК-связывающие белки (ДСБ или SSB белки – single strand binding). Они связываются с одноцепочечной ДНК по всей длине разделившихся цепей, предотвращая их комплементарное взаимодействие;
• ДНК-раскручивающий белок (белок ω). Предполагают, что он обладает нуклеазной активностью и, присоединяясь к ДНК, разрывает фосфодиэфирную связь одной из ее цепей, вследствие чего обеспечивается свободное вращение вокруг фосфодиэфирной связи другой цепи и раскручивание суперспиральной молекулы ДНК.

Этапы биосинтеза ДНК

Репликация у прокариот. Наиболее изучены процессы репликации ДНК в клетках Е. coli. Геном Е. coli представлен одной кольцевой хромосомой, содержащей примерно 4,5·10⁶ пар оснований.

Процесс биосинтеза ДНК (репликации) протекает в три этапа:

1) инициация репликации – образование репликативной вилки или локальное расплетание двойной спирали;

2) элонгация – синтез новых цепей;

3) терминация – завершение синтеза.

Основные субстраты – все четыре дезоксирибонуклеозидтрифосфата дАТФ, дГТФ, дЦТФ и дТТФ (для синтеза самой ДНК) и рибонулеозидтрифосфаты для синтеза праймеров.

Следует подчеркнуть, что некоторые вопросы, касающиеся механизма биосинтеза ДНК, еще не выяснены и рассматриваемая модель является весьма условной.

Инициация биосинтеза ДНК, понимаемая в более широком смысле как комплекс процессов, приводящих к старту в биосинтезе ДНК, сводится к возникновению репликативного комплекса ферментов и белковых факторов и формированию репликативной вилки (рисунок 48).

Молекула ДНК представляет собой двойную спираль, и поэтому для того, чтобы она удвоилась, необходимо, чтобы она была расплетена. Раскручивание двойной спирали и удержание двух цепей на некотором расстоянии друг от друга, чтобы они могли реплицироваться, осуществляется при помощи нескольких специальных белков. Ферменты хеликазы расплетают короткие участки ДНК, находящиеся непосредственно перед репликативной вилкой. Для раскручивания ДНК требуется энергия. На разделение каждой пары оснований расходуется энергия гидролиза двух молекул АТФ до АДФ и фосфата. Как только небольшой участок ДНК оказывается расплетенным, к каждой из разделившихся цепей прочно присоединяются несколько молекул ДНК-связывающего белка (ДСБ или SSB белок), которые препятствуют образованию комплементарных пар и обратному воссоединению цепей (рисунок 48).

Элонгация биосинтеза ДНК складывается, по меньшей мере, из двух процессов: репликации участков материнских цепей ДНК и соединения друг с другом синтезированных при репликации фрагментов новообразуемых цепей ДНК.

Фермент, который способствует удвоению ДНК, называется ДНК-полимераза III. Он осуществляет синтез новой цепи ДНК по принципу комплементарности цепи-матрицы, т.е. каждый подбираемый в растущую цепь нуклеотид должен быть комплементарен соответствующему (расположенному напротив) нуклеотиду в исходной (матричной) цепи. ДНК-полимераза III ведет синтез ДНК в форме небольших кусков – фрагментов Оказаки, в честь японского биохимика, впервые в 1967 г. на VII Международном биохимическом конгрессе в Токио предложившего схему биосинтеза ДНК, в которой были преодолены трудности, связанные с антипараллельностью цепей ДНК в ее биспиральной молекуле. Дело в том, что ДНК-полимеразы способны наращивать полинуклеотидную цепь в направлении только 5' → 3', т.е. путем переноса нуклеотидного остатка с дезоксинуклеозидтрифосфата на гидроксильную группу 3'-углеродного атома растущей полидезоксирибонуклеотидной цепи. Т. Оказаки предположил, что ДНК-полимераза III ведет синтез ДНК челночным способом: сначала передвигаясь вперед в направлении 5' → 3' по одной цепи, а затем в том же направлении 5' → 3', но передвигаясь в обратную сторону по другой цепи.

Однако для синтеза фрагментов Оказаки в качестве затравок требуются короткие отрезки РНК – праймеры, которые комплементарны матричной цепи ДНК. Эти отрезки РНК (праймеры) образуются в направлении 5' → 3' из АТФ, ГТФ, ЦТФ и УТФ с помощью фермента РНК-полимераза (праймаза). Именно к концу праймера присоединяется фермент ДНК-полимераза III, который осуществляет синтез фрагментов Оказаки (происходит присоединение дезоксирибонуклеотидных остатков, комплементарных цепи-матрице ДНК). После завершения синтеза фрагментов Оказаки праймеры удаляются с помощью фермента ДНК-полимераза I. Затем происходит заполнение «брешей», оставшихся после вырезания РНК-затравок (праймеров), дезоксирибонуклеотидами согласно правилу комплементарности. Эту работу также осуществляет фермент ДНК-полимераза I. Сшивание этих застроенных фрагментов с фрагментами Оказаки происходит с участием ферментов ДНК-лигазы.

Если направление синтеза дочерней цепи ДНК и направление движения репликативной вилки совпадают, то цепь синтезируется непрерывно и называется лидирующей (ведущей). Если направление синтеза ДНК и движение репликативной вилки не совпадают – цепь синтезируется фрагментами и называется запаздывающей (отстающей).

По поводу терминации биосинтеза ДНК существенных материалов не накоплено. Простейшим допущением является обрыв цепи в процессе нуклеотидилтрансферазной реакции за счет исчерпания ДНК-матрицы. У хромосомы Е. coli две репликативные вилки содержат область терминации, состоящую из копий 20 пар нуклеотидов и называемую Ter (terminus). Репликационные пузыри сливаются, молекулы дочерней цепи ДНК сшиваются ДНК-лигазой, и на каждой матрице образуется дочерняя цепь ДНК.

Точность репликации ДНК весьма велика. У E. coli частота ошибок составляет 1 на 10⁹–10¹⁰ присоединенных нуклеотидов. Но даже если ошибка допущена, она может быть исправлена в ходе репарационных процессов.

Скорость репликации у Е. coli составляет 1 000 нуклеотидов в секунду.

Репликация у эукариот. Общие механизмы репликации у эукариот аналогичны таковым у прокариот. Как и у прокариот, репликация у эукариот происходит одновременно на обеих цепях.

Единицей репликации у эукариот является репликон, размеры которого колеблются от 50 до 120 мкм. В клетках млекопитающих содержится от 10 000 до 100 000 репликонов.

Если говорить о репликации эукариотической ДНК, то она начинается одновременно во многих точках (число которых, вероятно, превышает тысячу). Из каждой такой точки одновременно в противоположных направлениях движутся две репликативные вилки, благодаря чему репликация целой эукариотической хромосомы проходит очень быстро. Поскольку в эукариотической клетке хромосом много, все они должны реплицироваться одновременно. Таким образом, в ядре эукариотической клетки работает одновременно много тысяч репликативных вилок.

Эукариотические клетки содержат несколько типов ДНК-полимераз. ДНК-полимеразы α, β, δ и ε участвуют в синтезе ДНК в ядре, ДНК-полимераза γ – в репликаци митохондриальной ДНК. ДНК-полимеразы β, δ, ε не могут инициировать образование дочерних цепей, так как не имеют сродства к одиночной нити ДНК. Инициирует репликацию ДНК-полимераза α, которая комплементарна определенному сайту одноцепочечной ДНК. ДНК-полимераза α состоит из нескольких субъединиц с одинаковой структурой и свойствами во всех эукариотических клетках. Однако, ДНК-полимераза а не обладает 3'→5' экзонуклеазной активностью и поэтому не может проверять точность репликации. Предполагают, что ДНК-полимераза а участвует в синтезе праймера для фрагментов Оказаки запаздывающей цепи.

Основным ферментом синтеза ДНК у эукариот является ДНК-полимераза δ. Олигонуклеотид, синтезированный ДНК-полимеразой α и образующий небольшой двухцепочечный фермент с матрицей, позволяет присоединиться ДНК-полимеразе δ и продолжить синтез новой цепи в направлении раскручивания репликативной вилки. Этот фермент связан и стимулируется белком, который называется пролиферативный клеточный ядерный антиген (proliferating cell miclear antigen, PCNA) и обнаружен в большом количестве в ядрах пролиферирующих клеток. ДНК-полимераза δ обладает 3'→5' экзонуклеазной активностью и участвует в синтезе лидирующей (ведущей) и запаздывающей (отстающей) цепей ДНК.

ДНК-полимераза β заменяет ДНК-полимеразу δ в некоторых ситуациях, например, при репарации. ДНК-полимераза β может также функционировать на репликационной вилке, возможно, играя роль аналогичную ДНК-полимеразы I, удаляя праймер фрагмента Оказаки на запаздывающей (отстающей) цепи. ДНК-полимераза γ катализирует процессы полимеризации нуклеотидов в митохондриях.

Для репликации генома человека необходимо около 8 ч. Репликация у эукариот происходит в 10 раз медленнее, чем у прокариот и составляет 100 пар оснований в секунду. Каждый репликон синтезируется приблизительно 1 час. Низкая скорость репликации у эукариот обусловлена, вероятно, формированием нуклеосом и наличием хромосомных белков. Гетерохроматин реплицируется медленнее, чем эухроматин. Кроме того, ДНК-полимеразы эукариот менее активны по сравнению с прокариотическими ферментами.

Теломеры.

В отличие от прокариот, эукариотическая ДНК линейная. Репликация происходит в двух направлениях от одной точки инициации (хромосома эукариот имеет много таких точек). В области 5'-конца лидирующая (ведущая) цепь реплицируется полностью. Но этого не происходит при синтезе запаздывающей (отстающей) цепи, потому что участвующий в образовании фрагментов Оказаки РНК-праймер расположен у 3'-конца матричной цепи. После удаления праймера эти концы оказываются нереплицированными, и не существует механизма, позволяющего восполнить их, используя ДНК-синтезирующий комплекс, описанный выше. Для восполнения теряемых частей требуются РНК- праймер, но матриц, с которых их можно было бы образовывать, нет. Это означает, что с каждым клеточным делением хромосомы будут последовательно укорачиваться. Решение проблемы состоит в том, что на концах хромосом эукариот находятся специальные повторяющиеся последовательности ДНК, которую называют теломерной ДНК (содержащие ее концы хромосом – теломеры). Теломеры млекопитающих представляют собой короткую последовательность нуклеотидов ТТАГГГ. Число теломерных последовательностей различно в клетках разных тканей. Специфическая ДНК полимераза (ДНК-теломераза) добавляет эти последовательности (одну за другой) к 3'-концу предшествующей теломерной ДНК и таким образом удлиняет ее. Теломераза имеет две особенности: использует РНК в качестве матрицы для синтеза ДНК – это обратная транскриптаза; матрица РНК включена в структуру фермента. У человека РНК имеет последовательность, включающую 1,5 повтора, комплементарных ТТАГГГ. Матрица РНК гибридизируется с концом теломерной ДНК, затем постепенно (по одному нуклеотиду) добавляется еще один фрагмент. После этого фермент перемещается и связывается с концом нового, только что образованного фрагмента. Таким образом теломер непрерывно достраивается. На удлиненном теломере одной цепи затем формируется комплементарная цепь, так что теломер имеет двухцепочечную структуру. Однако пока не ясно, как это происходит. По-видимому, в этом процессе участвует ДНК-полимераза.

Теломераза обнаружена в эмбриональных клетках, которые быстро делятся, в результате чего требуется компенсировать укорочение хромосом. В соматических клетках, делящихся редко, теломераза не обнаружена. Считают, что соматические клетки в момент возникновения получают такое количество теломерной ДНК, которое определяет количество возможных делений клетки. Этот эффект рассматривается как важный фактор продолжительности жизни живого организма. При неограниченном делении опухолевых клеток постоянное удлинение хромосом осуществляет теломераза.

5.2.4 Биосинтез РНК

Общий механизм биосинтеза мРНК, тРНК и рРНК рассматривается на примере синтеза мРНК.

Биосинтез РНК (транскрипция) осуществляется на ДНК в качестве матрицы. Транскрипция – это процесс, посредством которого заключенная в ДНК генетическая информация (в виде последовательности нуклеотидных остатков) переписывается в одиночные цепи молекулы новообразуемой РНК. Та часть молекулы ДНК эукариот, которая копируется в процессе биосинтеза РНК на ней, носит название транскриптона (оперона – у прокариот). В состав транскриптона у эукариот входит, как правило, один ген, а у прокариот – несколько. В транскриптоне имеется информационная и неинформационная зоны, сотношение которых в транскриптонах эукариот составляет в среднем 1:9, а у прокариот – 9:1. Впоследствии РНК переносится к рибосомам.

Единицы процесса транскрипции несут информацию о структуре одного или нескольких белков. Участок ДНК, в котором заключена информация о структуре одного белка, называется цистроном или структурным геном. Регуляция транскрипции осуществляется благодаря наличию в ДНК специальных регуляторных участков. Регуляторная зона включает в себя промотор, оператор, а нередко и другие участки управления (рисунок 49).

Промотор содержит участок первоначального прочного связывания фермента ДНК-зависимой РНК-полимеразы с ДНК. Оператор – регуляторный участок, который связывается с репрессорами – белками, контролирующими синтез мРНК в соответствии с потребностями клетки. Оператор и промотор иногда частично перекрываются. В некоторых единицах транскрипции (опероны) между оператором и структурными генами располагается так называемая лидерная зона. Она транскрибируется, но, как правило, не транслируется. В ее границах располагается участок связывания рибосомы на мРНК. После структурных генов находится терминатор.

Последовательность нуклеотидов ДНК, ограниченная промотором и терминатором, кодирующая одну молекулу мРНК и контролируемая оператором, называется опероном. У прокариот известны опероны, в состав которых входит несколько цистронов (генов), кодирующих структуру ферментов одной метаболической цепи. Благодаря наличию регуляторной зоны все цистроны включаются и выключаются одновременно. Представления об опероне были сформулированы в 1959 г. Ф. Жакобом и Ж. Моно и являются основой понимания механизмов управления работой генов у прокариот.

Этапы биосинтеза РНК

Этапы биосинтеза РНК подробно изучены на прокариотических объектах:

1. Инициация включает взаимодействие фермента ДНК-зависимой РНК-полимеразы (РНК-полимеразы) с матричной ДНК. РНК-полимераза может связываться с любым участком ДНК, при этом образуется неспецифический слабый комплекс с коротким периодом полураспада. Через серию актов ассоциации – диссоциации на случайных последовательностях ДНК РНК-полимераза находит промотор. В области промотора образуется сначала закрытый стабильный комплекс ДНК и РНК-полимеразы. Затем происходит локальная денатурация ДНК. РНК-полимераза получает прямой доступ к основаниям ДНК, образуется открытый комплекс.

Взаимно комплементарные цепи молекулы ДНК антипараллельны, комплементарная вырожденность кода отсутствует, поэтому обе цепи ДНК не могут кодировать один белок. Считают, что транскрибируется или только одна из двух цепей, или обе, но лишь одна из образовавшихся молекул РНК является матричной, вторая же выполняет иные функции. Та из двух цепей ДНК, по которой непосредственно идет транскрипция РНК-молекул, называется матричной, некодирующей, антисмысловой цепью. Другую цепь называют кодирующей, смысловой цепью соответствующего гена. Кодирующая цепь идентична по нуклеотидной последовательности, транскрибируемой с данного гена РНК, с тем лишь отличием, что РНК содержит урацил (U) вместо тимина (T) (рисунок 50).

РНК-полимеразе необходимы все четыре рибонуклеозид-5'-трифосфата (АТФ, ГТФ, ЦТФ и УТФ) в качестве предшественников нуклеотидных элементов РНК, а также ионы Mg²⁺. В E. coli присутствует только одна ДНК-зависимая РНК-полимераза (РНК-полимераза), которая способна синтезировать не только мРНК, но также тРНК и рРНК.

Если имеются соответствующие рибонуклеозидтрифосфаты, то начинается синтез РНК. Первыми нуклеотидами при инициации транскрипции почти всегда бывают А или Г. Образуется трехкомпонентный комплекс ДНК-РНК-полимераза-растущая цепь РНК. Промотор не транскрибируется. Оператор в некоторых случаях частично транскрибируется.

2. Элонгация (рост цепи) РНК происходит в направлении 5' → 3' (соответственно в 3' → 5' направлении матричной цепи ДНК). Рибонуклеотиды присоединяются к 3'-ОН-концу последовательно, один за другим, соответственно матрице ДНК. В места, соответствующие остаткам аденина ДНК-матрицы, в новосинтезированную РНК включаются остатки урацила, поскольку аденин и урацил образуют комплементарную пару.

Скорость процесса элонгации в клетках Е. coli in vivo составляет 45–50 нуклеотидов при 37 °С в 1 с. В отличие от ДНК-полимеразы РНК-полимераза строго не проверяет правильность новообразованной полинуклеотидной цепи. Поэтому надежность транскрипции значительно ниже, чем надежность репликации. Частота ошибок при синтезе РНК составляет примерно одну ошибку на 10⁴–10⁵ нуклеотидов, что в 10⁵ раз выше, чем при синтезе ДНК.

3. Терминацию синтеза РНК вызывает последовательность нуклеотидов в ДНК – терминатор или стоп-сигнал. Структура терминаторов полностью не выяснена.

У Е. coli существует два механизма терминации: 1) с участием специфического белка, называемого ρ-фактором и 2) ρ-независимый механизм.

Наличие механизма ρ-независимой терминации объясняется следующим: во-первых, в РНК- транскрипте существует последовательность, расположенная на расстоянии 15–20 нуклеотидов от конца РНК, которая способна образовывать структуры по типу «шпилек» за счет взаимодействия комплементарных нуклеотидов внутри цепи; во-вторых, существует короткий фрагмент аденилатов в кодирующей цепи, с которого по принципу комплементарности синтезируется последовательность уридиловых нуклеотидов на 3'-конце РНК Когда РНК-полимераза достигает сайта терминации, она останавливается. Образование «шпильки» в РНК нарушает взаимодействие между РНК и РНК-полимеразой, что способствует отщеплению транскрипта.

ρ-Зависимые терминаторы не имеют последовательности повторяющихся адениловых нуклеотидов, но иногда имеют короткие последовательности, которые транскрибируются с образованием «шпилек». ρ-Белок присоединяется к специфическому участку РНК, перемещается в направлении 5'→3' до достижения транскрипционного комплекса, который остановился на сайте терминации, и способствует освобождению РНК-транскрипта. ρ-Белок обладает АТФ-зависимой РНК-ДНК-хеликазной активностью, что обеспечивает транслокацию белка вдоль РНК. Во время терминации АТФ гидролизуется ρ-белком.

В клетках бактерий к готовому, начинающему отделяться от матрицы участку мРНК присоединяются рибосомы. Они способствуют отделению мРНК от матрицы и начинают синтез белка. Так образуется единый транскрипционно-трансляционный комплекс (рисунок 51).

На двухцепочечной ДНК растут цепи мРНК. Сверху, где транскрипция только началась, цепи мРНК короче, а ниже, где транскрипция продолжалась в течение определенного времени, – длиннее. К цепям мРНК присоединяются рибосомы, начинается синтез полипептидных цепей.

Особенности транскрипции у эукариот. Если у прокариот транскрипция и трансляция сопряжены, то у эукариот эти процессы разобщены во времени и пространстве. Важная роль в этом принадлежит ядру клетки, разграничивающему аппараты транскрипции и трансляции. При описании транскрипции у эукариот термин «оперон» может быть использован весьма условно, т.к. гены, детерминирующие структуру белков одной метаболической цепи, не обязательно расположены рядом, а могут быть локализованы даже в разных хромосомах. В связи с этим мутации, прерывающие один и тот же метаболический путь, у эукариот также бывают «разбросаны» по всему геному. Для структурных генов эукариот выявлены не одиночные регуляторные участки, а их большие серии. Также отличаются ферментные системы, считывающие информацию с генома про- и эукариот, и этапы превращений первичных продуктов транскрипции в зрелые молекулы мРНК.

Транскрипция у эукариотических организмов осуществляется примерно по тем же стадиям, что и у прокариот, но ее проводят три разных РНК-полимеразы. РНК-полимераза I находится в ядрышке и участвует главным образом в биосинтезе рРНК. РНК-полимераза II эукариотических клеток катализирует синтез всех мРНК. РНК-полимераза III отвечает за синтез тРНК и 5S-рРНК.

У большинства генов эукариот обнаружена сходная последовательпость (ТАТААА или более короткая – ТАТА или АТА), названная последовательностью Гольдберга-Хогнесса. С обеих сторон от АТ-богатой последовательности располагаются ГЦ-богатые участки. Предполагают, что ТАТА-участок важен для инициации транскрипции, т.е. выполняет роль промотора. ТАТА-блок определяет выбор точки начала транскрипции, но не влияет на ее эффективность, поэтому иногда его называют селектором. На определенном расстоянии от ТАТА-последовательности располагается инициаторная область, с которой непосредственно начинается транскрипция мРНК, она заканчивается до кодона АТГ. На расстоянии примерно 100–300 пар нуклеотидов от точки начала транскрипции за селектором располагается другой функционально важный участок – модулятор (модуляторов может быть несколько). Он определяет скорость синтеза неизменных по структуре молекул мРНК только в присутствии селектора и инициатора (рисунок 52).

Структурные зоны генов эукариот также имеют некоторые особенности, отличающие их от структурных генов бактерий. Внутри участков, кодирующих структуру белков, существуют разрывы – интроны. Они чередуются с экзонами – участками гена, которые кодируют последовательности зрелых мРНК (рисунок 50). Первый экзон, если он не кодирует полипептид, а является матрицей для 5'-нетранслируемого участка мРНК, называется лидерной последовательностью. Число экзонов сильно варьирует у разных генов.

 

5.2.5 Процессинг (созревание) РНК

Как правило, все виды РНК синтезируются в виде РНК-предшественников (пре-РНК). Они имеют большую молекулярную массу. В дальнейшем в процессе «созревания» (процессинга) превращаются в зрелые молекулы РНК.

Процессинг – процесс формирования зрелых (функционально активных) молекул РНК из предшественников – первичных транскриптов. Процессинг – совокупность биохимических реакций, в результате которых уменьшается молекулярная масса РНК-предшественника, осуществляются различные химические модификации с образованием зрелых РНК. Процессинг протекает в ядре.

Процессинг РНК у прокариот.

Процессинг мРНК протекает редко, в основном, молекулы являются первичными транскриптами, которые взаимодействуют с рибосомами. Большинство мРНК полицистронны.

рРНК. В результате транскрипции образуется предшественник – первичный транскрипт 30S РНК и при участии специфических РНКаз формируются 3'- и 5'-концы рРНК.

тРНК. Предшественник тРНК на 20 % длиннее зрелой молекулы. РНКаза Р отщепляет нуклеотиды с 5'-конца, а РНКаза D отщепляет нуклеотиды с 3'-конца до достижения 3'- концевой последовательности ЦЦА. Если последовательности ЦЦА в РНК нет, то она синтезируется внематрично с помощью фермента – тРНК-нуклеотидилтрансферазы.

Процессинг РНК у эукариот.

мРНК. Пре-мРНК составляют основную фракцию гетерогенной ядерной РНК (гяРНК). Пре-мРНК содержит от 5 000 до 50 000 нуклеотидов, в то время как мРНК относительно коротки, их средний размер составляет около 2 000 нуклеотидов. Одна мРНК кодирует одну полипептидную цепь, т.е. является моноцистронной. Каждая молекула пре-мРНК обычно дает начало только одной молекуле мРНК, при этом большая часть цепи пре-мРНК (иногда до 90 % и более), соответствующая некодирующей зоне ДНК, подвергается ферментативному расщеплению до свободных нуклеотидов и в цитоплазму не поступает. Эти изменения представляют собой часть процессинга.

Процессинг (посттранскрипционная модификация) включает:

1) отрезание «лишних» концевых последовательностей;

2) расщепление длинных первичных транскриптов, «вырезание» из них участков, транскрибированных с интронов;

3) добавление нуклеотидов к 3'-концу транскрипта;

4) добавление нуклеотидов к 5'-концу транскрипта;

5) модификацию оснований в транскрипте.

Образование зрелых молекул мРНК начинается на стадии элонгации транскрипции (рисунок 53). К 5'-концу присоединяется кэп, состоящий из 2–3 метилированных нуклеотидов, причем концевым является 7-метил-гуанозин. Считают, что кэп способствует стабилизации мРНК, защищая 5'-конец от разрушения фосфатазами и 5'-экзонуклеазами, а также связываются со специфическим белком и могут участвовать в связывании мРНК с рибосомой для инициации трансляции.

После транскрипции к 3'-концу пре-мРНК присоединяется (с участием специального фермента) последовательность из 50–200 адениловых нуклеотидов – поли (А)-фрагмент (полиадениловый фрагмент). Предполагают, что он защищает мРНК от ферментативного разрушения 3'-экзонуклеазами.

Эукариотические гены имеют прерывистое строение. Гены эукариот состоят из чередующихся экзонов (последовательность нуклеотидов, представленных в мРНК) и интронов (последовательности нуклеотидов, которых нет в мРНК). В процессинге происходит вырезание интронных участков и сшивка последовательностей РНК, соответствующих экзонам в ДНК с образованием мРНК – сплайсинг. Размеры интронов разнообразны и длиннее экзонов (100–10000 нуклеотидов и более). Интроны начинаются с ГУ (5'-конец) и заканчиваются АГ (3'-конец)-последовательностями. Число интронов может варьировать: от 1 до нескольких десятков.

В ядре интроны удаляются при участии малых ядерных рибонуклеопротеинов (мяРНП), которые образуют комплекс, или сплайсосому. Сплайсосомы гидролизуют 3',5'- фосфодиэфирные связи на границе интрон – экзон и связывают экзоны между собой. Ферментативной активностью обладают РНК в составе мяРНП (рисунок 54).

Таким образом, созревание мРНК включает следующие этапы: кэпирование 5'-конца; присоединение полиА-последовательности к 3'-концу и сплайсинг (рисунок 55).

Если в первичном транскрипте закодирована информация о нескольких мРНК, то возможно несколько вариантов сплайсинга и образование различных зрелых мРНК. Такой сплайсинг называется альтернативным (рисунок 56) и ведет к получению родственных, но различающихся по первичной структуре молекул мРНК. Таким образом, альтернативный сплайсинг – процесс, позволяющий одному гену производить несколько мРНК и соответственно белков. У эукариот альтернативный сплайсинг позволяет повысить эфективность хранения и использования генетической информации. Так, в парафолликулярных клетках щитовидной железы в ходе транскрипции гена кальцитонина образуется мРНК, содержащая информацию о гормоне, ответственном за регуляцию обмена ионов кальция. В мозге тот же первичный транскрипт подвергается другому виду сплайсинга, в результате чего образуется мРНК, кодирующая белок, ответственный за вкусовое восприятие.

После завершения процессинга зрелые мРНК перемещаются в цитоплазму при помощи специальных белков-информоферов.

Посттранскрипционные модификации тРНК

тРНК синтезируются в виде 4,5S РНК-предшественников (~100 нуклеотидов). В ядре при формировании пространственной конформации зрелых молекул (рисунок 57) пре-тРНК укорачиваются с 5'- и 3'-концов и вырезается один интрон из центральной части полинуклеотидной цепи с помощью специфических РНКаз (реакция 1). Модифицируются азотистые основания и к 3'-концу тРНК с помощью нуклеотидилтрансферазы последовательно присоединяется триплет ССА (реакция 2). Зрелые молекулы тРНК выходят из ядра в цитоплазму (реакция 3).

Посттранскрипционные модификации рРНК

Пре-рРНК освобождаются из комплекса с ДНК в виде крупного транскрипта с константой седиментации 45S, который является предшественником 18S, 28S и 5,8S рРНК. 1–2 % нуклеотидов этой молекулы метилируется по 2'-гидроксильной группе рибозы, т.о. «отмечаются» участки, которые должны войти в состав зрелых рРНК. Самая короткая 5S рРНК кодируется отдельным геном, транскрибируется РНК-полимеразой III (ответственной за синтез тРНК) и затем поступает в 60S рибонуклеопротеиновую частицу.

Субъединицы рибосомы и все зрелые мРНК и тРНК поступают в цитоплазму.

---