0000024 3

GENETYKA

przez chwilę zastanowisz się, zwrócisz zapewne uwagę, że rozpoznawanie matrycy przez tRNA wymagać będzie sparowania par komplementarnych zasad. W tej sytuacji dwuniciowa natura DNA byłaby tylko zawadą. Zbudowanie jednoniciowego „pośrednika" rozwiązuje ten problem. Wadą takiego rozwiązania są oczywiście koszty energetyczne jakie komórka musi ponieść w czasie syntezy mRNA (w przeliczeniu na jeden nuklcotyd są one takie jak w przypadku syntezy DNA. czyli dwa wiązania wysokoenergetyczne). O zaletach wspominałem już wcześniej, teraz dodajmy więc tylko, że jedną z najciekawszych cech mRNA jest jego zasadnicza nietrwatość. Wbrew pozorom jest to korzystna cecha, wyobraź bowiem sobie komórkę, syntetyzującą kopię genu. pozostającą do końca cyklu komórkowego. Będzie ona syntetyzować białko, nawet jeśli już dawno będzie go za dużo lub w ogóle nic będzie ono potrzebne (o kosztach takiej „operacji" lepiej nic mówić).

Wniosek: Teraz jasne jest już. dlaczego w tabeli kodu genetycznego (por. Ryc. 15) umieszcza się trójki mRNA. Jest to logiczne, ponieważ DNA nie służy jako matryca we właściwej biosyntezie białka.

Pierwsze dane na temat ekspresji informacji genetycznej pochodziły z badań nad organizmami prokariotycznymi. szczególnie nad bakterią Escherichia coli. Późniejsze doświadczenia nad transkrypcją u Eucaryota wy kazały pewne istotne różnice. Dlatego opis przepisywania informacji z DNA na mRNA rozpoczniemy od modelu bakteryjnego, a później dopiero przejdzie-1 my do modelu eukariotycznego.

transkrypt RNA

trenskiybowana nić DNA polimeraza RNA

Ryc. 25. Schemat ogólny transkrypcji (można odnieść go do wszystkich organizmów).

TRANSKRYPCJĘ KATALIZUJE ENZYM POLIMERAZA RNA ZALEŻNA OD DNA

Ta potężna cząsteczka (holoenzym ma masę ok. 500 kDa) składa się z części rdzeniowej i | katalitycznej. Pierwsza odpowiedzialna jest za tworzenie właściwych par zasad, druga zaś za tworzenie wiązań fosfodiestrowych pomiędzy włączanymi nuklcotydami. Do zainicjowania i zakoń-! czenia transkrypcji potrzebne są jeszcze inne składniki (por. niżej).

Zapoczątkowanie procesu transkrypcji polega na związaniu się polimerazy RNA ze swo-1 istym odcinkiem pasma matrycowego — tzw. promotorem. Nie jest to takie proste zważywszy, że w kolistej cząsteczce DNA E. coli jest ok. 2000 miejsc inicjacji transkrypcji. Ich wyszukiwanie polega na tym, że polimeraza skanuje (tu: przeszukuje) sekwencje nuklcotydowe DNA z prędkością ok. 1000 par zasad/sek. Jeśli natknie się na promotor, związuje się z tym rejonem z dużym powinowactwem (umożliwia jej to specjalna podjednostka — białko sigma). Większość promotorów E. coli liczy ok. 40 par zasad, a ich pasma matrycowe zawierają m. in. powtarzalną sekwencję 5’—TATAAT—3’ nazywaną ramką Pribnowa. Jej zadaniem jest ułatwienie rozdzielenia dwóch nici DNA, nazywamy to topnieniem DNA.

UWAGA: 1. Zastanów się. dlaczego organizmy wykorzystują akurat taką sekwencję? (podpowiem. że ma to związek z energią: jeśli jednak niczego me wymyślisz, pomęcz swojego biologa).

2. Opisy konkretnych sekwencji nukleotydowych często zawierają informacje o ich położeniu. Używa się do tego specjalnego, umownego sposobu oznaczania, w którym podstawowym kryterium jest kierunek przesuwania się polimerazy RNA. Jeśli dana sekwencja leży w stronę 5* nici mRNA od miejsca aktualnego położenia (praktycznie została już „transkrybowana"), używa się określenia powyżej (coś jak gdyby „przed"). W przypadku, gdy pewna sekwencja nukleotydów znajduje się w stronę 3* nici mRNA od miejsca aktualnego położenia (praktycznie zostanie dopiero „stranskrybowana”) mówimy, że jest poniżej (coś jakby „za"). Odniesienie tych określeń bezpośrednio do DNA oznacza, że sekwencja powyżej znajduje się w kierunku 3’ pasma matrycowego, natomiast sekwencja położona poniżej — w kierunku 5’ pasma matrycowego. Mętne to to jest na pewno, ale ....

Rozsunięcie nici DNA na odcinku kilkunastu nukleotydów umożliwia rozpoczęcie wstawiania odpowiednich nukleotydów i łączenia ich ze sobą. Nazywamy to elongacją transkrypcji. Substratami są oczywiście trifosforany rybonukleozydów (ATP, GTP, CTP i UTP). Polimeraza RNA przesuwa się systematycznie wzdłuż heliksu DNA. powoduje jego lokalne topnienie i wy dłuża łańcuch mRNA w kierunku od 5’ do 3', przy czym nuklcotydy włączane są zgodnie z zasadą komplcmentarności. Powyżej aktualnego miejsca topnienia powstający hybrydowy kompleks DNA—RNA ulega rozpadowi, DNA powraca do swojej pierwotnej dwuniciowcj struktury, a łańcuch powstającego mRNA oddziela się.

Etap clongacji kończy się. gdy polimeraza RNA dotrze do sekwencji kończącej, wyznaczającej miejsce tcrminacji transkrypcji. U E. coli rejon tcrminacyjny mierzy ok. 40 par nukleotydów i zawiera m.in. rejon bogaty w pary AT. Przy pomocy czynnika tcrminacji transkrypcji (jest nim białko Hio) polimeraza zatrzymuje się, a kompleks enzym—DNA—RNA rozpada się. Nowo powstały produkt nazywamy pierwotnym transkryptem. W komórkach prokariotycznych ten ostatni jest niemal gotowym mRNA i po niewielkiej obróbce można wykorzystać go do właściwej biosyntezy białka.

Wniosek: Transkrypcji podlega odcinek DNA od promotora do terminatora. Nazywamy go jednostką transkrypcji (por. Ryc. 26 a).

nRNA PROKA RIOTYCZNY ZA WIERA KOPIE KILKU GENÓW LEŻĄCYCH OBOK SIEBIE

W komórkach Procaryota często geny kodujące, np. białka enzymatyczne związane z jednym szlakiem metabolicznym, leżą blisko siebie i ulegają jednoczesnej transkrypcji. Zaletą tego rozwiązania jest prostota, ma ono jednak pewne wady i dlatego u Eucaryota przebieg transkrypcji jest nieco inny.

47