14.3. A transzkripció elongációs fázisa

Az elongáció során a leváló σ-faktort a NusA fehérje helyettesíti. Az elongáció mechanizmusának alapjait is a kóli RNS-polimeráz enzimének vizsgálata szolgáltatta, de az alapmechanizmus az eukarióta RNS-polimerázokra is érvényes.

Az elongáció során az RNS-polimeráz monomerenként lépdel a templát mentén (tehát az RNS-polimeráz egy motorfehérje), és Watson-Crick bázispárosodás alapján építi be a megfelelő monomer egységeket. Az elongációs fázisban működő komplexben mintegy 17 bázispárnyi részen felnyílik a DNS két szála (ez a transzkripciós buborék), és ezen belül mintegy 8 bázispárnyi részen DNS−RNS hibrid alakul ki.

A transzkripció során hasonló topológiai problémák merülnek fel, mint a replikációnál (lásd 14.6. ábra).

14.6. ábra: A transzkripció elongációs fázisa

14.6. ábra: A transzkripció elongációs fázisa

Amennyiben az RNS-polimeráz a DNS spirált követve, pörögve haladna, akkor nem okozna feszültséget a DNS szerkezetében, de az így keletkező RNS szál a DNS szálak köré tekeredne. Igen hosszú időbe telne, amíg arról letekeredve szabaddá válna. Ennek a mechanizmusnak ellentmondtak azok az ismeretek, miszerint prokariótáknál a keletkező mRNS-hez még a szintézise befejeződése, és leválása előtt riboszómák kötődnek. Ez csak akkor lehet, ha az RNS nem a DNS köré tekeredve, hanem a DNS mellett egyenes állapotban, arról lelógva keletkezik.

Ez a megfigyelés viszont azt jelentette, hogy ebben az esetben a DNS-nek kell tekerednie, ami topoizomerázok segítségét igényli. Ha az RNS-polimeráz nem pörögve, hanem egyenesen halad a DNS-en, akkor „downstream” irányban a DNS-ben menetsűrűség növekedést okozna, ami pozitív szuperhélixekhez vezetne (lásd 14.7. ábra).

14.7. ábra: A transzkripciót kísérő topológiai problémák

14.7. ábra: A transzkripciót kísérő topológiai problémák

Ehhez hasonló helyzetet már láttunk a replikáció során, ahol a DNS szálak szétnyílása okozna ilyen helyzetet. Ahogyan a replikáció esetében, úgy a transzkripció során sem keletkeznek végül pozitív szuperhélixek. Ezt a topoizomeráz II biztosítja azzal, hogy (ebben az esetben) az RNS-polimeráz előtt haladva folyamatosan negatív szuperhélixeket képez. Ez lehetővé teszi az RNS-polimeráz egyenes vonalú haladását. A replikáció során a két DNS szál véglegesen elvált egymástól, és a kétféle szuperhélix kioltotta egymást. A transzkripció során azonban a két DNS szál újra összezárul, így a topoizomeráz-II által létrehozott negatív szuperhélixek megmaradnának, hatalmas szerkezeti feszültséget létrehozva a DNS-ben. A polimeráz tovahaladását követően ezeket a negatív szuperhélixeket meg kell szüntetni. Ezt e feladatot az RNS-polimeráz mögött működő topoizomeráz I enzim végzi el.

Az DNS replikáció során láthattuk, hogy léteznek kis processzivitású DNS-polimerázok is. A replikáció során a DNS két szálát stabilan szétválasztják különböző enzimek és segédfehérjék (DNS-helikáz, SSB fehérje). A DNS két szála annak ellenére is nyitva maradhat, hogy a DNS-polimeráz levált, így van rá mód, hogy egy DNS-polimeráz újra kötődjön, és folytatódhasson a megszakított szintézis.

A transzkripció során erre nincs lehetőség. A transzkripció során a DNS két szálát a polimeráz csak ott nyitja fel, ahol kötődik hozzá. Amint az RNS-polimeráz leválik, a DNS két szála összezárul, és mintegy kitúrja magából a templát szálhoz ideiglenesen kötődő RNS szakaszt. A félbeszakadt transzkripció tehát csonka RNS termékhez vezetne. Az RNS-polimeráz amúgy is csak σ-alegységgel ellátva, és csak a promóterhez tud kötődni. Ebből két fontos dolog is következik: Az egyik, hogy az RNS-polimerázoknak nagy processzivitással kell rendelkezniük. A másik, hogy a transzkripció befejezése szabályozott folyamat kell, hogy legyen.