WYKŁAD VI

0. BUDOWA GENÓW

BUDOWA GENÓW

0. Gen zawiera instrukcję dotyczącą syntezy polipeptydu lub cząsteczki strukturalnego RNA.

1. W sensie fizycznym jest odcinkiem DNA o określonej sekwencji nukleotydów kodującym sekwencje aminokwasów polipeptydu lub tylko nukleotydów w RNA.

Wielkość genów jest różna i waha się od 100pz do kilku milionów pz.

0. U bakterii geny tworzą zespoły (operony), a u Euc. większość jest rozproszona lub tworzą tzw. rodziny wielogenowe

1. Rodziny wielogenowe nie podlegają wspólnej regulacji,

2. mogą być proste lub złożone.

Rodziny wielogenowe u Euc.

0. Proste zawierają geny identyczne

0. Wielogenowe rodziny złożone składają się z genów podobnych ale nie identycznych, jak np. geny kodujące różne cząsteczki globin różniące się między sobą tylko pojedynczym aminokwasem.

0. U E. informacja kodująca w genach zapisana jest w segmentach sekwencji nukleotydów zwanych eksonami, a które są porozdzielane od siebie sekwencjami niekodującymi – intronami.

1. Ekson zawiera sekwencje, które po transkrypcji uczestniczą w translacji,

2. w intronach sekwencje nie uczestniczą w translacji, są wycinane po transkrypcji z pre-mRNA.

Geny u Eucaryota

0. większość genów ma budowę nieciągłą,

1. poza genemi histonów,

2. genami białek szoku cieplnego

3. i niektórych interferonów.

0. Geny z intronami i egzonami nazywa się mozaikowymi

1. lub genami nieciągłymi.

2. Obecnie przyjmuje się, że mozaikowa organizacja genów była pierwotna,

3. a ciągłe geny-bezintronowe są zjawiskiem wtórnym.

geny u E. i są to tzw. geny podzielone, u P. – geny ciągłe

0. Poszczególne geny różnią się:

1.   długością – liczbą pz

2.   liczbą i długością intronów

3. Liczba intronów w różnych genach mieści się w granicach od 0 do ponad 50.

Najmniejszy gen u człowieka - z 1 eksonu liczącego 669pz

0. koduje białko, które kieruje różnicowaniem gonady pierwotnej w kierunku jąder.

1. w genie kodującym u nas dystrofinę jest ich aż 78 i jest to nasz najdłuższy gen (2,5mln pz koduje 3 685 aminokwasów i stanowi 0,6% dł. całego genu).

Geny RNA

0. Geny, które kodują cząsteczki funkcjonalnego RNA (tRNA lub rRNA),

1. również mogą zawierać introny,

2. ale przerwy te występują zdecydowanie rzadziej niż w genach kodujących mRNA.

0. W wielu genach ilość DNA w intronach przewyższa ilość DNA eksonów,

1. może go być dziesięć razy więcej,

2. a w niektórych przypadkach nawet ponad sto razy więcej.    

0. Specyficzna budowa ludzkich genów sprawia, że dzięki wykorzystaniu instrukcji zapisanych w poszczególnych eksonach w różny sposób te same geny mogą kierować produkcją różnych białek.

W skład genu wchodzą sekwencje początkowe i końcowe genu,

0. które ulegają transkrypcji, ale nie podlegają translacji, w tym sekwencje promotorowe,

1. Czyli sekwencje związane z procesem inicjacji transkrypcji genu.

Na końcu 5’ i 3’ znajdują się sekwencje

0. związane z rozpoczęciem obróbki potranskrypcyjnej pre-mRNA

1. Nazywa się je sekwencjami UTR (Untranslations)

0. Ekspresja genu jest ściśle regulowana przez sekwencje położone powyżej sekwencji kodującej i jest to:

1. miejsce wiązania polimerazy RNA,

2. miejsce wiązania niezbędnych czynników transkrypcyjnych

3. oraz miejsce PROMOTORA czyli inicjacji syntezy cząsteczki RNA.

Sekwencje promotorowe

0. Sekwencje te mogą być b. liczne w niektórych genach,

1. dzieli się je na sekwencje promotora podstawowego – położone w miejscu składania kompleksu inicjacyjnego

2. oraz na sekwencje położone powyżej promotora podstawowego.

Każda z trzech eukariotycznych polimeraz RNA zależnych od DNA rozpoznaje różne sekwencje promotorowe

0. i to właśnie różnice pomiędzy promotorami decydują o tym, która polimeraza RNA zależna od DNA przeprowadza transkrypcję których genów.

1. Każda polimeraza RNA wykorzystuje promotor innego typu.

U kręgowców wyróżnia się trzy różniące się strukturą typy promotorów:

0. 1.Promotory rozpoznawane przez polimerazę RNA I składają się z promotora podstawowego,

który obejmuje miejsce startu transkrypcji położonego między nukleotydami –45 a +20 - sekwencje te warunkują zajście transkrypcji

oraz elementu kontrolnego UCE (Upstream Control Element) znajdującego się +100 pz powyżej miejsca startu (czyli przed miejscem startu)

0. Polim RNA I (RNA Pol I) transkrybuje większość genów rRNA, znajduje się w jąderku.

2. Promotory rozpoznawane przez polimerazę RNA II

0. są b. różne i znajdują się w odległości do kilku tys. pz powyżej miejsca startu transkrypcji.

1. Promotor podstawowy składa się z dwóch segmentów:

2. z bloku –25 zwanego sekwencją TATA lub kasetą TATA i z sekwencji inicjatorowej – Inr

3. Do pełnej aktywności promotora niezbędne są inne sekwencje występujące w rejonie od -40 do -110.

0. W 56% genów są sekwencje bogate w pary CG powtarzane wielokrotnie i są nazywane wysepkami CpG, są ważnym elementem w inicjacji transkrypcji.

0. Sekwencje CCAAAT w odległości 70-90pz od miejsca inicjacji transkrypcji położone przed blokiem TATA są również ważne w transkrypcji, są miejscem wiązania innych czynników transkrypcyjnych.

1. Polim RNA II (RNA Pol II) transkrybuje wszystkie geny kodujące białka i niektóre geny małych jądrowych RNA (snRNA-small nuclear RNA), znajduje się w nukleoplaźmie

Obszar promotorowy genu znajduje się na jego 5' końcu i zawiera kilka istotnych rejonów rozpoznawanych przez polimerazę RNA oraz czynniki transkrypcyjne

0. najbardziej powszechnym jest kaseta TATA ( tzw. TATA-box ).

1. Jest to 7-nukleotydowa sekwencja położona w odległości ok. 25 p.z. od miejsca startu transkrypcji, która w pełni prezentuje się następująco: 5'- TATAAAA -3'.

0. Obecność kasety TATA, choć niezbędna w przypadku prawie wszystkich genów; nie jest wystarczająca, aby z promotora ruszyła transkrypcja. Kaseta TATA stanowi tzw. część rdzeniową promotora.

1. W 56% genów są sekwencje bogate w pary CG powtarzane wielokrotnie i są nazywane wysepkami CpG, są ważnym elementem w inicjacji transkrypcji.

Rejony rozpoznawane przez polimerazę II RNA

0. 3. Promotory dla polimerazy RNA III są nietypowe, gdyż znajdują się wewnątrz genów i znacznie się różnią.

1. Ich element podstawowy to sekwencja licząca od 50 do 100pz podzielone na dwa bloki.

2. Polim III (RNA Pol III) transkrybuje geny tRNA, 5S rRNA, kilka snRNA, znajduje się w nukleoplaźmie

Wiele genów zawiera dodatkowe sekwencje

0. Są one położone w różnych odległościach od genów, ale mimo nawet znacznej odległości gen pozostaje zawsze pod ich kontrolą i są to:

1. sekwencje wzmacniające ehnacerowe, które znacznie stymulują transkrypcję i znajdują się poza miejscem promotorowym,

2. wyciszające silencerowe, które hamują transkrypcję.

3. Sekwencje terminacji – takie znaczenie mają sewkencje palindromowe

Enhancery

0. enhancery tkankowo-specyficzne wzmagające transkrypcję tylko tam, gdzie obecne są białka wiążące się w ich obrębie

1. tylko w niektórych komórkach wykazują aktywność wzmacniającą

2. Możliwość oddziaływań enhancer : promotor mimo odległości pomiędzy nimi wynoszącej niekiedy kilka tys. p.z. istnieje dzięki dużej elastyczności nici DNA. Owa elastyczność objawia się zdolnością DNA do dowolnego wyginania się.

0. Interakcje enhancer : promotor

Silencery - (ang. silence - cisza ),

0. sekwencje służące wyciszeniu aktywności promotora; podobnie jak enhancery mogą być w różnym stopniu oddalone od genu w obu kierunkach, a także występować w jego wnętrzu.

0. Np. w genach kodujących immunoglobuliny (białka syntetyzowane jedynie w limfocytach B) silencer wbudowany jest w obrębie enhancera, jego znaczenie uwidocznia się w komórkach innych niż limfocyty B. Jest to swoiste zabezpieczenie przed ekspresją genów immunoglobulin związane z inaktywacją enhancera.

BUDOWA GENÓW

Struktura genu prokariotycznego

0. Promotor (przed miejscem inicjacji transkrypcji) zawiera dwie ramki:

1. +10 (AT)

2. +35 (TTGACA)

3. Obie ramki są miejscami wiązania polimerazy RNA zależnej od DNA.

Struktura genu prokariotycznego

Cistron

0. jednostka spełniająca funkcję biochemiczną,

1. której ekspresja prowadzi do powstania pojedynczego łańcucha polipeptydowego

2. składa się z kilku tysięcy par nukleotydów, może zostać podzielony na mniejsze części.