Кор-фермент бактериальной РНК-полимеразы

У бактерий все стадии инициации осуществляются холоферментом РНКП , состоящим из кор-фермента (субъединичный состав альфа2бетабета'омега) и фактора инициации - сигма-субъединицы , которая диссоциирует при переходе к элонгации транскрипции (см. " Механизмы инициации транскрипции у бактерий: общие сведения ").

По своей форме кор-фермент РНК-полимеразы (РНКП) напоминает клешню краба; поперек всей молекулы проходит глубокая впадина, названная главным каналом. Одна половина "клешни" (на рисунке - верхняя) образована в основном бета'-субъединицей, а вторая (нижняя) - бета-субъединицей. Димер альфа-субъединиц располагается асимметрично со стороны, противоположной главному каналу; одна из альфа-субъединиц (альфаI-субъединица) взаимодействует преимущественно с бета-, вторая (альфаII) - с бета'-субъединицей. Омега-субъединица располагается сверху РНКП и контактирует с бета'-субъединицей. Размеры молекулы составляют примерно 150 ангстрем (A) в длину (от альфа-субъединиц до кончиков клешней), 115 A в высоту и 110 A в ширину (вдоль главного канала молекулы). Главный канал имеет среднюю ширину 27 A. В главном канале происходит связывание ДНК и РНК в ходе транскрипции.

Активный центр фермента располагается в глубине главного канала. Катализ синтеза РНК осуществляется двумя ионами Mg2+, связанными в активном центре (см. ниже, раздел " Реакции, катализируемые РНК-полимеразой ") ( Sosunov et al., 2003 ; Steitz, 1998 ). В связывании ионов Mg2+ главную роль играют три остатка аспарагиновой кислоты абсолютно консервативного мотива NADFDGD бета'- субъединицы РНКП ( Zaychikov et al., 1996 ). Сбоку РНКП имеется вторичный канал , который соединяется с главным в области активного центра. Этот канал в своей самой узкой части имеет ширину примерно 12 A. Предполагается, что через вторичный канал субстраты попадают в активный центре РНКП. Вторичный канал также служит местом связывания многих регуляторных факторов (см. " ТРАНСКРИПЦИЯ: РЕГУЛЯЦИЯ В АКТИВНОМ ЦЕНТРЕ РНК-ПОЛИМЕРАЗЫ ")

На границе главного и вторичного каналов проходит длинная альфа- спираль, образованная консервативным районом F бета'-субъединицы ( F-спираль , или F-bridge helix). Рядом с F-спиралью находится белковая петля, образованная G-районом бета'-субъединицы ( G-спираль , или trigger helix, не показана на рисунке). Нижнюю часть главного канала образуют два домена бета-субъединицы, названные бета1 и бета2.

Верхнюю часть главного канала образует домен бета'-субъединицы, названный clamp-домен ("зажим"). Clamp-домен подвижно связан с остальной частью молекулы, изменение его положения может приводить к изменению диаметра главного канала РНКП. В левой части зажима располагается петля, получившая название rudder-петля ("шип") и направленная в сторону главного канала. Рядом располагаются еще две петли, названные lid-петля (крышка") и zipper-петля ("застежка") (эти петли не показаны на Рис. 2.1). Данные три петли играют важную роль в контактах с ДНК и РНК. С левой стороны главный канал ограничен доменом flap ("заслонка") бета-субъединицы. Домен flap образует канал выхода РНК-транскрипта .

Бета-субъединица содержит два характерных мотива, состоящих из двух альфа-спиралей ( coiled-coil-мотивы ). Один из них (бета'СС1) находится в составе сlamp-домена, а второй (бета'СС2) ограничивает вторичный канал РНКП .  Данные элементы являются основными местами связывания различных регуляторных факторов с РНКП.

Общая архитектура РНКП II S.cerevisiae очень сходна со структурой бактериального фермента ( Cramer et al., 2001 ). Пять субъединиц РНКП II: Rpb1, Rpb2, Rpb3, Rpb11 и Rpb6, - гомологичны бета'-, бета-, альфаI-, альфаII-, и омега-субъединицам бактериальной РНКП, соответственно. Эти субъединицы образуют сердцевину молекулы РНКП II. Остальные семь субъединиц (Rpb4, Rpb5, Rpb7, Rpb8, Rpb9, Rpb10 и Rpb12) находятся на периферии молекулы. Две из них (Rpb9 и Rpb5) удлиняют "клешни" РНКП в левой части главного канала, а две (Rpb4 и Rpb7) образуют отдельный модуль РНКП в районе канала выхода РНК, который, по-видимому, способен диссоциировать на определенных стадиях транскрипции.

Большинство доменов главных субъединиц (гомологов альфа, бета, бета' и омега) имеют сходную архитектуру у РНКП бактерий и РНКП II S.cerevisiae ( Cramer et al., 2001 ; Ebright, 2000 ; Vassylyev et al., 2002 ; Zhang et al., 1999 ). В составе РНКП II присутствуют все характерные структурные элементы, описанные выше для бактериальной РНКП (F-спираль, clamp, rudder, lid, zipper, flap, бета1 и бета2-домены, бета'СС1 и бета'СС2 элементы). Сравнение последовательностей РНКП различных организмов (включая бактерий, архей и эукариот) показывает, что наиболее консервативные участки расположены вокруг активного центра фермента, а неконсервативные районы - на периферии молекулы. Структура активного центра оказывается практически идентичной в случае разных РНКП ( Darst, 2001b ).

Ссылки:

Все ссылки