WYKLAD VIII

Ekspresja genów - część II

Alternatywny splicing

0. Najczęściej w wyniku cięcia i składania zostają wycięte wszystkie introny, a wszystkie eksony zachowane zostają w wyjściowej kolejności, dając ciągłą sekwencję pojedynczego mRNA.

0. Jednakże ekson w całości lub w części może być potraktowany jak intron i usunięty podczas tego procesu.

1. W rezultacie z tej samej nici RNA może powstać kilka różnych mRNA.

Alternatywny splicing

składanie alternatywne

0. zapewnia skuteczną produkcję różnych białek z jednego genu bez zmian struktury jego DNA.

1. proces ten jest regulowany, dzięki czemu gen może ulegać ekspresji na danym etapie rozwoju i w danej tkance w jeden sposób, a na innym etapie i w innej tkance – w odmienny.

0. Prawie wszystkie introny są usuwane przy udziale spliceosomów,

1. jednak są inne mechanizmy ich usuwania, np. za pomocą odpowiednio sfałdowanych intronów.

2. RNA może działać jak enzym, takie introny o wł. enzymów i zdolne do samowycinania nazwano rybozymami (Nobel 1990)

3. Rybozymy będące intronami mogą katalizować własny splicing.

rybozymy

0. występują u wszystkich organizmów,

1. oprócz udziału w wycinaniu intronów –w mechanizmie syntezy białek.

2. Transferaza peptydylowa - enzym wchodzący w skład

rybosomów, który

tworzy wiązania peptydowe,

jest rybozymem.

Dojrzewanie pre-RNA przez modyfikację chemiczną –

0. zachodzi ona w przypadku pre –tRNA i rRNA, rzadziej w przypadku pre-mRNA.

0. Znanych jest ponad 50 różnych modyfikacji-metylacja, deaminacja, zastepowanie tlenu przez siarkę, izomeryzacja, itp.

REDAGOWANIE TRANSKRYPTU

0. Potranskrypcyjne zmiany sekwencji mRNA prowadzące do zmiany informacji nazywamy REDAGOWANIEM TRANSKRYPTU,

1. które polega na insercjach, delecjach i substytucjach zasad

Przykładem redagowania RNA są zmiany w ludzkim mRNA apo-lipo-proteiny B

0. W komórkach wątroby - apo-lipo-proteina B100 złożona z 4563 aminokwasów.

0. Podobne białko jest wytwarzane w kom. nabłonka jelita ale o dł. 2153 amin.

1. Jest ono syntetyzowane na tej samej matrycy tj. dla białka o pełnej długości ale poddanej procesowi redagowania (CAA w UAA stop).

Trwałość mRNA

0. Czas półtrwania krótki (u bakterii kilka min., u Euc. od kilku do kilkunastu godz)

1. mRNA długotrwały tworzy kompleks z białkami ochronnymi przed nukleazami-INFORMOSOM

Podsumowując:

0. 1. Pre-mRNA zanim stanie się pełnowartościową matrycą do syntezy białka musi przejść przez proces dojrzewania.

1. 2. Dojrzewanie obejmuje 3 zasadnicze modyfikacje:

2. capping (dodawanie „czapeczki”)

3. poliadenylację podnoszącą stabilność transkryptu;

4. splicing, w którym eliminowane są wewnętrzne niekodujące rejony informacyjnego RNA.

0. 3. Alternatywny splicing i poliadenylacja mogą generować różne produkty ( mRNA ) wykrywane w różnych tkankach, co znaczy, że jeden gen może kodować więcej niż jedno białko.

0. 4. Dojrzewanie pre-mRNA jest warunkiem eksportu transkryptu z jądra.

0. 5. Dojrzały mRNA wiąże się z białkami mającymi wpływ na jego stabilność, transport i translację.

Translacja -

0. proces, w którym następuje odczyt informacji genetycznej z mRNA i synteza białka.

1. Wiązania peptydowe między gr. karboksylową i aminową

2. NAJWAŻNIEJSZE: właściwie odczytana sekwencja aminokwasów zawarta w kolejności kodonów

0. W translacji biorą udział oprócz matrycy (mRNA) i aminokwasów

1. cząsteczki tRNA ( dostarczające aminokwasów ),

2. rybosomy

3. oraz szereg czynników wspomagających.

Transferowy RNA (tRNA)

0. zbudowany z 70-90 nukleotydów.

1. tRNA cechuje wysoka specyficzność w stosunku do aminokwasów.

0. Każdy z aminokwasów syntetyzowanego białka może być transportowany przez jeden, a niektóre przez kilka różnych tRNA.

.

tRNA

0. Cząsteczki tRNA występują

w komórkach w stanie wolnym lub związane ze specyficznym aminokwasem

0. Przyłączenie aminokwasu katalizuje syntetaza aminoacylo tRNA, po przyłączeniu reszty aminoacylowej na końcu 3' powstaje aminoacylo – tRNA.

tRNA :

*odczytuje kolejność kodonów

0. *transportuje właściwe aminokwasy

1. *posiada miejsce rozpoznawania przez specyficzne syntetazy-tRNA oraz miejsce rozpoznawane przez rybosom

2. *zawiera sekwencję antykodonową

tRNA

0. W cząsteczce tRNA wyróżniono 5 ramion.

1. Każde pełni inną funkcję.

2. Ramię akceptorowe (6-7pz) służy do przyłączania aminokwasu w postaci reszty aminoacylowej.

3. Na końcu 3' tego ramienia znajduje się zawsze układ nukleotydów CCA.

Ramię boczne krótsze (3-4 pz) służy do łączenia się z rybosomem i umocowania tRNA na matrycy.

0. Ramię boczne dłuższe

(4-5 pz) jest miejscem

rozpoznawania

właściwej cz. tRNA

przez właściwą syntetazę

0. Ramię antykodonowe (4-5 pz) ma znaczenie podczas wybierania właściwego miejsca do przyłączenia transportowanego aminokwasu.

1. Na końcu tego ramienia znajduje się antykodon, zawierający 3 nukleotydy, które łączą się komplementarnie z zasadami kodonu na mRNA.

2. W ten sposób tRNA znajduje odpowiednie miejsce dla swego aminokwasu.

Ramię dodatkowe jest cechą charakterystyczną każdego tRNA

0. i stanowi podstawę klasyfikacji cząsteczek tRNA.

1. Klasa 1 tRNA - ok. 75%

wszystkich, 3-5 pz,

Klasa 2 - 13-21 pz.

Miejscem translacji są rybosomy

Rybosom: 1-duża podjednostka, 2-mała podjednostka

rybosomy

0. rRNA i biaka

1. Prokariota:

2. Mała podjednostka – 16S rRNA,

3. Duża podjednostka – 23S i 5S rRNA

4. Eukariota:

5. M. p. – 18S rRNA

6. D. p. – 26S, 5,8S, 5S rRNA

Jednostka duża rybosomu posiada dwa miejsca związane z translacją - miejsce
P i A

0. A - przyłączenia amiloacylo-t-RNA

1. P - przłączania

peptydylo - t-RNA –

jest to t-RNA

z łańcuchem

peptydowym.

Przebieg translacji

0. Translacja odbywa się w kierunku od 5' do 3' mRNA, a syntetyzowane białko powstaje od końca aminowego do karboksylowego.

1. Proces składa się z trzech etapów: inicjacji, elongacji i terminacji.

Inicjacja

0. I etap - utworzenie kompleksu inicjującego- przyłączenie mRNA do mniejszej podjednostki rybosomu w obecności inicjatorowego tRNA i szeregu czynników inicjujących.

1. U eukariontów pierwszym kodonem ulegającym translacji jest kodon AUG (tzw. kodon start), kodujący metioninę (metionylo tRNA).

0. II etap - gdy przesuwająca się po mRNA mn. podjednostka ze związanym Met-tRNA natrafi na kodon "start" następuje przyłączenie większej podjednostki rybosomu.

do kompleksu inicjującego przyłącza się duża podjednostka z miejscem P i A

0. III etap inicjacji –metionylo- tRNA zajmuje miejsce P, miejsce A jest gotowe przyjąć odpowiedni aminoacyto tRNA którego gr aminowa oddziaływuje na karboksylową metioniny i powstanie -> wiązanie peptydowe.

E L O N G A C J A

Przyłączenie 1 aminokwasu=1cykl,

który składa się z IV etapów

0. I dołączenie aminoacylo tRNA

do A rybosomu

0. II synteza wiązania

peptydowego między gr. aminową

aminoacylo-tRNA a karboksylową

peptydylo-tRNA lub metionylo-tRNA

0. III Przeniesienie peptydylu lub metioniny z miejsca P do miejsca A, uwolnienie tRNA z miejsca P

IV Translokacja rybosomu względem miejsca RNA o 1 kodon - zostaje uwolniony t-RNA a jego pozycję zajmuje cząsteczka peptydylo-tRNA,
dołączenie aminoacylo-tRNA do miejsca A rozpoczyna kolejny cykl elongacji

0. Ogólny schemat translacji

Cykl elongacyjny

Terminacja

0. Translacja kończona jest w miejscu, w którym wystąpi jeden spośród trzech kodonów terminacyjnych tzw. kodonów "stop" ( UAG, UGA, UAA ).

Modyfikacje potranslacyjne:

1. fałdowanie polipeptydu – przyjmowanie struktury III-cio rzędowej

2. rozszczepianie – obcinanie na końcach lub segmentacja polipeptydu

3. chemiczna modyfikacja aminokwasów – polega na przyłączaniu różnych gr. chemicznych

4. wycinanie intein (sekwencje „przerywające” pomiędzy eksteinami – sekwencjami właściwymi)

Podsumowując:

0. 1. Translacja zachodzi w rybosomach

1. 2. Sygnałem początku syntezy białka jest kodon AUG, natomiast końca syntezy jeden z kodonów stop - UAA, UAG, UGA;

2. 3. Synteza białka wspomagana jest przez czynniki białkowe tzw. : inicjacyjne, elongacyjne i terminacyjne;

3. 4. Translacja jest procesem energochłonnym, czerpiącym energię z hydrolizy GTP i ATP;

Różnice w biosyntezie białka u Pro i Eukaryota

0. U E. proces transkrypcji i translacji są oddzielone w przestrzeni i czasie.

1. U P. synteza RNA i biała zachodzą w tym samym miejscu i prawie równocześnie

2. U P. mRNA pozostaje bez obróbki;

3. nie zawiera intronów.

Cechy kodu genetycznego

0. Trójkowy (3 zasady-1kodon

(triplet)-aminokwas)

0. Uniwersalny, wyjątki:

1. GUG – koduje walinę; alternatywny kodon Start niektórych Prokaryota

2. UGA – nie koduje (stop), w mitochondriach ssaków, drożdży i u niektórych jednokomórkowych koduje tryptofan.

Kodony mitochondrialne o zmienionym znaczeniu

0. AUA - koduje izoleucynę, a mitochondriach ssaków – metioninę

1. CUN – koduje leucynę, a w mitochondriach drożdży treoninę

2. AGA i AGG – izoleucynę, a w mitochondriach ssaków - stop

Kod genetyczny jest
zdegenerowany (nie w
pełni jednoznaczny).

0. Każdy nukleotyd w obrębie sekwencji kodujących wchodzi w skład jakiegoś kodonu i tylko jednego kodonu - kod genetyczny jest bezprzecinkowy;

1. Niezachodzący- kodony nie zachodzą na siebie

2. Trzem kodonom nie odpowiadają żadne aminokwasy; kodony te (zwane nonsensownymi albo kodonami STOP) kodują polecenie przerwania biosyntezy peptydu

Zasada tolerancji Cricka

KOD GENETYCZNY JEST WIELOZNACZNY

0. Dlaczego rodzajów tRNA jest tylko 31 (+1 dla stop) gdy kodonów sensownych 61?

1. Jeden rodzaj tRNA może rozpoznawać 1, 2 lub maksymalnie 3 kodony synonimowe

2. Pierwsza zasada w antykodonie (tRNA) nie zawsze jest komplementarna do zasady terminalnej w kodonie (mRNA)

3. Jest to REGUŁA TOLERANCJI Cicka

zasada tolerancji Cricka - przykład

0. Arginina u E. coli jest kodowana przez

1. 4 synonimowe kodony, które są rozpoznawane przez 2 rodzaje tRNA

2. Jeden rodzaj tRNA zawiera antykodon GCI (I-inozyna-pochodna adeniny) i paruje się z aż trzema kodonami (CGU, CGC, CGA), gdyż I może łączyć się z U, C i A.

3. Dla czwartego kodonu z G (CGG) musi istnieć drugi rodzaj tRNA (z antykodonem GCC).

inozyna może łączyć się z U, C i A.

0. GCI GCI GCI

1. CGU, CGC, CGA

0. CGG

1. GCC

0. Teoria adaptorowa dotycząca rozpoznawania kodonów