4 Ekspresja genów
4.1 Kod genetyczny
" Sposób na zapisanie informacji w DNA lub u niektórych wirusów RNA o dziedziczeniu budowy bia łek i organizacji wzrostu i życia komórki
" Wyrażana jest kolejnością nukleotydówna łaocuchu DNA
" Wszystkie nukleotydy są zbudowane z tych samych składników
" Zmienna w cząsteczce DNA jest kolejnośd połączenia zasad
" Literą kodu genetycznego jest jeden nukleotyd zawierający określoną zasadę azotową
" Za ich pomocą można zapisywad triplety (trójki nukleotydów) kodujących odpowiednie aminokwasy - ich liczba wynosi 43=64 (jeden triplet koduje jeden aminokwas)
" Odpowiada to także jednej komplementarnej trójce zasad w mRNA zwanej kodonem
" Liczba aminokwasów wynosi 20-22 (co oznacza, że jeden aminokwas może byd kodowany przez kilka tripletów, wyjątki: metionina, tryptofan, selenocysteina, pirolizyna)
" Większośd kodonów synonimowych różni się ostatnią zasadą
" Kodony zawierające informację o aminokwasie - kodony sensowne, jest ich 61 (63)
" Kodon UAA (ochre) jest nonsensowny i pełni rolę sygnału stop
" Kodony UGA (opal) i UAG (amber) - czasem odczytywane są jako nonsensowne czasem kodują selenocysteinę i pirolizynę
" Selenocysteina (kodon UGA) uważana jest za 21 aminokwas, wprowadzany do białka translacyjnie
" Sposób odczytywania kodonu UGA zależy od czynnika białkowego obecnego przy translacji
sec
" Ponadto selenocysteina różni się od innych aminokwasów tym, że nie istnieje synteza łącząca aminokwas z odpowiednim tRNA , ale jest kodowana i syntezowana na tRNA
" W genomie ludzkim jest 25 slenobiałek, w których selenocysteina odgrywa kruczową rolę
" Selenocysteina nie występuje u drożdży i w roślinach wyższych
" Pirolizyna (kodon UAG), podobnie do selenocysteiny jest kodowana i syntezowana na tRNA,
" Uznanie jej za aminokwas jest jednak sprawą dyskusyjną, ponieważ jej syntezę wykryto tylko u Procaryota i eubakterii
" Cechy kodu genetycznego:
�% Trójkowy - jeden aminokwas jest kodowany przez jeden triplet nukleotydów na DNA, czyli przez kodon mRNA
�% Uniwersalny - dany triplet koduje ten sam aminokwas we wszystkich grupach organizmów
�% Niezachodzący - nukleotyd wchodzący w skład danego kodonu nie zachodzi na kolejną trójkę i każdy z nukleotydów wchodzi w skład tylko jednego kodonu
�% Bezprzecinkowy - nie ma znaków przecinkowych (dodatkowych nukleotydów) pomi ędzy kolejnymi trójkami i informacja jest odczytywana w sposób ciągły, z lewa na prawo, od
kodonu start do kodonu stop
�% Wieloznaczny (zdegenerowany) - dany aminokwas może byd kodowany przez więcej niż jeden triplet
4.2 Materiał genetyczny
" Ewolucyjną regułą jest zwiększanie ilości DNA w genomie
" Nie stwierdzono zależności między ilością DNA w komórkach a rozmiarami organizmów
" U Eucaryota ilośd DNA jest znacznie większa niż u prokariontów ze względu na dużą ilośd kodowanych białek
" Niekodujący DNA jest wiernie kopiowany, ponieważ zawiera ważne informacje odnośnie budowy i struktury różnych rodzajów RNA i organizacji życia komórki
" Ogólna budowa genów kodujących białka:
�% W budowie genu struktury u Eucaryota wyróżnia się:
ż� Region 5' flankujący
ż� Części kodujące (eksony)
ż� Części niekodujące (introny)
ż� Region 3' flankujący
�% W regionie 5' flankującym obecne są sekwencje niezbędne do prawidłowego przebiegu transkrypcji
�% Najbliżej tego regionu znajdują się regiony, w których występują sekwencje regulatorowe
�% W pozycji 30-25 par zasad od miejsca rozpoczęcia transkrypcji znajduje się sekwencja TATA (tzw. Kaseta TATA), do której przyłącza się polimeraza RNA III
�% W pozycji 35 par zasad u Procaryota znajduje się sekwencja promotorowa TTGACA, a w odległości 10 par - Pribnow box (sekwencja TATAAT)
�% W odległości 80-70 par zasad bardzo często występuje sekwencja zasad CAAT, do której przyłącza się jeden lub wiele białkowych czynników trans krypcyjnych
�% W pozycji ok. 100 par zasad rozpoczyna się region promotorowy
�% W miejscu inicjacji transkrypcji znajduje się zwykle zasada purynowa
�% Dalej znajduje się fragment niekodujący o zmiennej długości
�% Po nim znajduje się sekwencja AUG - uniwersalny triplet (metionina, u prokariontów - formylometionina)inicjacji transkrypcji
�% Transkrypt pierwotny powstaje z sekwencji kodujących i niekodujących
�% Eksony to wszystkie sekwencje poddane transkrypcji, odnalezione w mRNA cytozolowych
�% Intron to sekwencja poddana transkrypcji, a następnie wycięta w czasie dojrzewania transkrytpu pierwotnego
�% Długośd i liczba eksonów oraz intronów w poszczególnych genach są różne
�% Granice genów nie są dokładnie określone, ich rozmiary mogą byd różne i mogą osiągad do 2 mln par zasad (np. gen dystrofiny)
�% W regionie 3' flankującym przed koocem ostatniego eksonu (10-20 par zasad) znajduje się sekwencja AATAAA rozpoznawcza dla odcięcia transkryptu pierwotnego
�% Zakooczenie transkrypcji następuje poniżej tej sekwencji, w regionie obfitującym w guaninę i cytozynę
" Geny niepodlegające regulacji
�% Niektóre geny ulegają ekspresji tylko w określonych tkankach (podstawa różnicowania tkanek)
�% Inne geny kodują białka uniwersalne, potrzebne każdej komórce np. geny enzymów glikolitycznych i oddechowych (takie geny są określane mianem house-keeping genes), są to
geny konstytutywne, aktywne przez całe życie komórki, a ich ekspresja zależy od warunków środowiska
�% Geny te mają wiele wspólnych właściwości:
ż� Stały i niski poziom transkrypcji (nie wyklucza to ewentualnej regulacji)
ż� Brak kasety TATA
ż� Zawierają często powtarzające się, liczne niemetylowane pary CG (w przeciwieostwie do innych genów)
ż� Obecnośd w niekodującym regionie 5' jednej lub wielu sekwencji GGGGCGGG (kaseta GC) - potencjalne miejsce wiązania białka uczestniczącego w procesie transkrypcji
Sp1
" Pseudogeny
�% Sekwencje będące zmiennymi elementami rodzin genowych, ale nie podlegają transkrypcji ani translacji
�% Brak funkcjonowania może wynikad z nadmiaru kodonów stop, z braku kodonu metioniny lub z braku regionu promotorowego
�% Są dwa typy pseudogenów (funkcjonujące w zależności od sposobu ich powstawania):
ż� Geny podwojone - przestały funkcjonowad już w momencie tworzenia, w czasie ewolucji lub z powodu pojawienia się mutacji (utrata AUG lub pojawienie si ę kodonu stop)
Ą% Jednym z mechanizmów powstawania takich genów jest niesymetryczny crossin-over
Ą% Zawierają introny
ż� Retropseudogeny, które zostały utworzone przez wprowadzenie go genomu retrotranskryptu (odwrotnego transkryptu), najprawdopodobniej przez retrowirusa
Ą% Nie mają promotora oraz intronów
�% Nie podlegają żadnej selekcji, dlatego zachodzi w nich kumulacja licznych mutacji
4.3 Transkrypcja
" Enzymatyczna synteza RNA na matrycy DNA (wyznacza kolejnośd komplementarnych zasad w łaocuchu polinukleotydowym)
" Obejmuje trzy etapy: inicjację, elongację i terminację
" Procesem transkrypcji objęta jest tylko jedna nid DNA (nid matrycowa, antysensowna)
" Powstaje transkrypt RNA, mający takie same sekwencje nukleotydowe jak nid niematrycowa (nid sensowna)
" Zachodzi w ustalonym kierunku od kooca 5' do kooca 3' cząsteczki RNA
4.4 Translacja
" Jest to proces enzymatyczny, polegający na przełożeniu informacji zakodowanej w mRNA na specyficzny łaocuch aminokwasów tworzących polipeptyd
" W procesie uczestniczą rybosomy
4 Ekspresja genów Strona 1
" W procesie uczestniczą rybosomy
" Obejmuje trzy etapy: inicjację, elongację, i terminację
" Komórki w których synteza białek jest nasilona mają cytoplazmę bogatą w rybosomy np. komórki wątroby, trzustki
" Synteza rRNA u prokariontów odbywa się w cytoplazmie, u eukariontów - w jądrze komórkowym
" RNA znajdujący się w cytoplazmie eukariontów w ponad 90% pochodzi z jądra, mniej niż 1% jest syntezowane przez mitochondria i chloroplas ty
" Migracja RNA z jądra do cytoplazmy dowodzi, że jest on pośrednikiem w przekazywaniu informacji między DNA, a aparatem syntezy białek
4 Ekspresja genów Strona 2