WYKŁAD VI

WYKŁAD VI



BUDOWA GENÓW

BUDOWA GENÓW

BUDOWA GENÓW

BUDOWA GENÓW



Gen zawiera instrukcję dotyczącą

Gen zawiera instrukcję dotyczącą

syntezy polipeptydu lub cząsteczki

syntezy polipeptydu lub cząsteczki

strukturalnego RNA.

strukturalnego RNA.



W sensie fizycznym jest odcinkiem

W sensie fizycznym jest odcinkiem

DNA o określonej sekwencji

DNA o określonej sekwencji

nukleotydów kodującym sekwencje

nukleotydów kodującym sekwencje

aminokwasów polipeptydu lub tylko

aminokwasów polipeptydu lub tylko

nukleotydów w RNA.

nukleotydów w RNA.

Wielkość genów jest różna i waha się

Wielkość genów jest różna i waha się

od 100pz do kilku milionów pz.

od 100pz do kilku milionów pz.



U bakterii

U bakterii

geny tworzą

geny tworzą

zespoły

zespoły

(

(

operony

operony

),

),

a u Euc.

a u Euc.

większość jest

większość jest

rozproszona lub

rozproszona lub

tworzą tzw.

tworzą tzw.

rodziny

rodziny

wielogenowe

wielogenowe



Rodziny wielogenowe

Rodziny wielogenowe

nie podlegają

nie podlegają

wspólnej regulacji,

wspólnej regulacji,



mogą być proste lub złożone.

mogą być proste lub złożone.

Rodziny wielogenowe u Euc.

Rodziny wielogenowe u Euc.



Proste zawierają geny identyczne

Proste zawierają geny identyczne



Wielogenowe

rodziny

złożone

Wielogenowe

rodziny

złożone

składają się z genów podobnych

składają się z genów podobnych

ale nie identycznych, jak np. geny

ale nie identycznych, jak np. geny

kodujące różne cząsteczki globin

kodujące różne cząsteczki globin

różniące się między sobą tylko

różniące się między sobą tylko

pojedynczym aminokwasem.

pojedynczym aminokwasem.



U E. informacja kodująca w

U E. informacja kodująca w

genach

genach

zapisana jest w segmentach sekwencji

zapisana jest w segmentach sekwencji

nukleotydów zwanych

nukleotydów zwanych

eksonami

eksonami

, a

, a

które są porozdzielane od siebie

które są porozdzielane od siebie

sekwencjami niekodującymi –

sekwencjami niekodującymi –

intronami.

intronami.



Ekson zawiera sekwencje, które po

Ekson zawiera sekwencje, które po

transkrypcji uczestniczą w translacji,

transkrypcji uczestniczą w translacji,



w intronach sekwencje nie uczestniczą

w intronach sekwencje nie uczestniczą

w translacji, są wycinane po

w translacji, są wycinane po

transkrypcji z pre-mRNA.

transkrypcji z pre-mRNA.

Geny u Eucaryota

Geny u Eucaryota



większość genów ma budowę

większość genów ma budowę

nieciągłą,

nieciągłą,



poza genemi histonów,

poza genemi histonów,



genami białek szoku cieplnego

genami białek szoku cieplnego



i niektórych interferonów.

i niektórych interferonów.



Geny z intronami i egzonami nazywa

Geny z intronami i egzonami nazywa

się mozaikowymi

się mozaikowymi



lub genami nieciągłymi.

lub genami nieciągłymi.



Obecnie przyjmuje się, że mozaikowa

Obecnie przyjmuje się, że mozaikowa

organizacja genów była pierwotna,

organizacja genów była pierwotna,



a ciągłe geny-bezintronowe są

a ciągłe geny-bezintronowe są

zjawiskiem wtórnym.

zjawiskiem wtórnym.

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

– geny ciągłe



Poszczególne geny różnią się:

Poszczególne geny różnią się:



 

 

długością – liczbą pz

długością – liczbą pz



 

 

liczbą i długością intronów

liczbą i długością intronów



Liczba intronów w różnych genach

Liczba intronów w różnych genach

mieści się w granicach od

mieści się w granicach od

0

0

do

do

ponad 50.

ponad 50.

Najmniejszy gen u człowieka

Najmniejszy gen u człowieka

-

-

z 1 eksonu

z 1 eksonu

liczącego

liczącego

669pz

669pz



koduje białko

koduje białko

,

,

które kieruje

które kieruje

różnicowaniem gonady pierwotnej w

różnicowaniem gonady pierwotnej w

kierunku jąder

kierunku jąder

.

.



w genie kodującym u nas dystrofinę

w genie kodującym u nas dystrofinę

jest ich aż 78 i jest to nasz najdłuższy

jest ich aż 78 i jest to nasz najdłuższy

gen

gen

(

(2,5mln pz koduje 3 685

aminokwasów i stanowi 0,6% dł.

całego genu)

.

.

Geny RNA

Geny RNA



Geny, które kodują cząsteczki

Geny, które kodują cząsteczki

funkcjonalnego RNA (tRNA lub rRNA),

funkcjonalnego RNA (tRNA lub rRNA),



również mogą zawierać introny,

również mogą zawierać introny,



ale przerwy te występują zdecydowanie

ale przerwy te występują zdecydowanie

rzadziej niż w genach kodujących mRNA.

rzadziej niż w genach kodujących mRNA.



W wielu genach ilość DNA w

W wielu genach ilość DNA w

intronach przewyższa ilość DNA

intronach przewyższa ilość DNA

eksonów,

eksonów,



może go być dziesięć razy więcej,

może go być dziesięć razy więcej,



a w niektórych przypadkach nawet

a w niektórych przypadkach nawet

ponad sto razy więcej.    

ponad sto razy więcej.    



Specyficzna budowa ludzkich

Specyficzna budowa ludzkich

genów sprawia, że dzięki

genów sprawia, że dzięki

wykorzystaniu instrukcji

wykorzystaniu instrukcji

zapisanych w poszczególnych

zapisanych w poszczególnych

eksonach w różny sposób te same

eksonach w różny sposób te same

geny mogą kierować produkcją

geny mogą kierować produkcją

różnych białek.

różnych białek.

W skład genu wchodzą

W skład genu wchodzą

sekwencje początkowe i

sekwencje początkowe i

końcowe genu,

końcowe genu,



które ulegają transkrypcji, ale nie

które ulegają transkrypcji, ale nie

podlegają

translacji,

w

tym

podlegają

translacji,

w

tym

sekwencje promotorowe,

sekwencje promotorowe,



Czyli

sekwencje

związane

z

Czyli

sekwencje

związane

z

procesem inicjacji transkrypcji genu.

procesem inicjacji transkrypcji genu.

Na końcu 5’ i 3’ znajdują się

Na końcu 5’ i 3’ znajdują się

sekwencje

sekwencje



związane z rozpoczęciem obróbki

związane z rozpoczęciem obróbki

potranskrypcyjnej pre-mRNA

potranskrypcyjnej pre-mRNA



Nazywa się je sekwencjami

Nazywa się je sekwencjami

UTR

UTR

(Untranslations)

(Untranslations)



Ekspresja

genu

jest

ściśle

Ekspresja

genu

jest

ściśle

regulowana

przez

sekwencje

regulowana

przez

sekwencje

położone

powyżej

sekwencji

położone

powyżej

sekwencji

kodującej i jest to:

kodującej i jest to:



miejsce wiązania polimerazy RNA,

miejsce wiązania polimerazy RNA,



miejsce

wiązania

miejsce

wiązania

 

 

niezbędnych

niezbędnych

czynników transkrypcyjnych

czynników transkrypcyjnych



oraz miejsce PROMOTORA czyli

oraz miejsce PROMOTORA czyli

inicjacji syntezy cząsteczki RNA

inicjacji syntezy cząsteczki RNA

.

.

Sekwencje promotorowe

Sekwencje promotorowe



Sekwencje te mogą być b. liczne w

Sekwencje te mogą być b. liczne w

niektórych genach,

niektórych genach,



dzieli

się

je

na

dzieli

się

je

na

sekwencje

sekwencje

promotora

podstawowego

promotora

podstawowego

–

–

położone

w

miejscu

składania

położone

w

miejscu

składania

kompleksu inicjacyjnego

kompleksu inicjacyjnego



oraz

oraz

na

na

sekwencje

położone

sekwencje

położone

powyżej promotora podstawowego.

powyżej promotora podstawowego.

Każda z trzech eukariotycznych

Każda z trzech eukariotycznych

polimeraz RNA zależnych od DNA

polimeraz RNA zależnych od DNA

rozpoznaje różne sekwencje

rozpoznaje różne sekwencje

promotorowe

promotorowe



i to właśnie różnice pomiędzy

i to właśnie różnice pomiędzy

promotorami decydują o tym, która

promotorami decydują o tym, która

polimeraza RNA zależna od DNA

polimeraza RNA zależna od DNA

przeprowadza transkrypcję których

przeprowadza transkrypcję których

genów.

genów.



Każda polimeraza RNA wykorzystuje

Każda polimeraza RNA wykorzystuje

promotor innego typu.

promotor innego typu.

U kręgowców wyróżnia się trzy

U kręgowców wyróżnia się trzy

różniące się strukturą typy

różniące się strukturą typy

promotorów:

promotorów:



1.Promotory rozpoznawane przez

1.Promotory rozpoznawane przez

polimerazę RNA I

polimerazę RNA I

składają się z

składają się z

promotora

promotora

podstawowego

podstawowego

,

,

który obejmuje miejsce startu transkrypcji

który obejmuje miejsce startu transkrypcji

położonego między nukleotydami –45 a +20 -

położonego między nukleotydami –45 a +20 -

sekwencje te warunkują zajście transkrypcji

sekwencje te warunkują zajście transkrypcji

oraz

oraz

elementu kontrolnego

elementu kontrolnego

UCE (

UCE (

U

U

pstream

pstream

C

C

ontrol

ontrol

E

E

lement

lement

) znajdującego się +100 pz

) znajdującego się +100 pz

powyżej miejsca startu (czyli przed miejscem

powyżej miejsca startu (czyli przed miejscem

startu)

startu)



Polim RNA I (RNA Pol I) transkrybuje

Polim RNA I (RNA Pol I) transkrybuje

większość genów rRNA, znajduje się w

większość genów rRNA, znajduje się w

jąderku.

jąderku.

2. Promotory rozpoznawane przez

2. Promotory rozpoznawane przez

polimerazę RNA II

polimerazę RNA II



są b. różne i znajdują się w odległości do kilku

są b. różne i znajdują się w odległości do kilku

tys. pz powyżej miejsca startu transkrypcji.

tys. pz powyżej miejsca startu transkrypcji.



Promotor podstawowy składa się z dwóch

Promotor podstawowy składa się z dwóch

segmentów:

segmentów:



z bloku –25 zwanego sekwencją TATA lub

z bloku –25 zwanego sekwencją TATA lub

kasetą TATA i z sekwencji inicjatorowej – Inr

kasetą TATA i z sekwencji inicjatorowej – Inr



Do pełnej aktywności promotora niezbędne są

Do pełnej aktywności promotora niezbędne są

inne sekwencje występujące w rejonie od -40

inne sekwencje występujące w rejonie od -40

do -110.

do -110.



W 56% genów są sekwencje bogate w pary CG

W 56% genów są sekwencje bogate w pary CG

powtarzane

wielokrotnie

i

są

nazywane

powtarzane

wielokrotnie

i

są

nazywane

wysepkami CpG, s

wysepkami CpG, s

ą

ą

ważnym elementem w

ważnym elementem w

inicjacji transkrypcji.

inicjacji transkrypcji.



Sekwencje CCAAAT w odległości 70-90pz

Sekwencje CCAAAT w odległości 70-90pz

od miejsca inicjacji transkrypcji położone

od miejsca inicjacji transkrypcji położone

przed blokiem TATA są również ważne w

przed blokiem TATA są również ważne w

trans

trans

krypcji,

krypcji,

są miejscem wiązania

są miejscem wiązania

innych czynników transkrypcyjnych.

innych czynników transkrypcyjnych.



Polim RNA II (RNA Pol II)

Polim RNA II (RNA Pol II)

transkrybuje wszystkie geny

transkrybuje wszystkie geny

kodujące białka i niektóre geny

kodujące białka i niektóre geny

małych jądrowych RNA (snRNA-

małych jądrowych RNA (snRNA-

small nuclear RNA), znajduje się w

small nuclear RNA), znajduje się w

nukleoplaźmie

nukleoplaźmie

Obszar promotorowy genu znajduje się

na jego 5' końcu i zawiera kilka

istotnych rejonów rozpoznawanych przez

polimerazę RNA oraz czynniki

transkrypcyjne



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



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'.



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.



W 56% genów są sekwencje bogate w

W 56% genów są sekwencje bogate w

pary CG powtarzane wielokrotnie i są

pary CG powtarzane wielokrotnie i są

nazywane wysepkami CpG, s

nazywane wysepkami CpG, s

ą

ą

ważnym

ważnym

elementem w inicjacji transkrypcji.

elementem w inicjacji transkrypcji.

Rejony rozpoznawane przez

Rejony rozpoznawane przez

polimerazę II RNA

polimerazę II RNA



3. Promotory dla

3. Promotory dla

polimerazy RNA

polimerazy RNA

III

III

są nietypowe, gdyż znajdują się

są nietypowe, gdyż znajdują się

wewnątrz genów i znacznie się

wewnątrz genów i znacznie się

różnią

różnią

.

.



I

I

ch element podstawowy to

ch element podstawowy to

sekwencja licząca od 50 do 100pz

sekwencja licząca od 50 do 100pz

podzielone na dwa bloki.

podzielone na dwa bloki.



Polim III (RNA Pol III) transkrybuje

Polim III (RNA Pol III) transkrybuje

geny tRNA, 5S rRNA, kilka snRNA,

geny tRNA, 5S rRNA, kilka snRNA,

znajduje się w nukleoplaźmie

znajduje się w nukleoplaźmie

Wiele

Wiele

genów zawiera

genów zawiera

dodatkowe sekwencje

dodatkowe sekwencje



Są one

Są one

położone w różnych odległościach od

położone w różnych odległościach od

genów, ale mimo nawet znacznej odległości

genów, ale mimo nawet znacznej odległości

gen pozostaje zawsze pod ich kontrolą i są to

gen pozostaje zawsze pod ich kontrolą i są to

:

:



sekwencje

wzmacniające

sekwencje

wzmacniające

ehnacerowe,

ehnacerowe,

które znacznie stymulują transkrypcję i

które znacznie stymulują transkrypcję i

znajdują się poza miejscem promotorowym,

znajdują się poza miejscem promotorowym,



wyciszające

wyciszające

silencerowe,

silencerowe,

które hamują

które hamują

transkrypcję

transkrypcję

.

.



Sekwencje terminacji –

Sekwencje terminacji –

takie znaczenie

takie znaczenie

mają sewkencje palindromowe

mają sewkencje palindromowe

Enhancery

Enhancery



enhancery tkankowo-specyficzne

enhancery tkankowo-specyficzne

wzmagające transkrypcję tylko tam, gdzie

wzmagające transkrypcję tylko tam, gdzie

obecne są białka wiążące się w ich obrębie

obecne są białka wiążące się w ich obrębie



tylko w niektórych komórkach wykazują

tylko w niektórych komórkach wykazują

aktywność wzmacniającą

aktywność wzmacniającą



Możliwość oddziaływań enhancer :

Możliwość oddziaływań enhancer :

promotor mimo odległości pomiędzy nimi

promotor mimo odległości pomiędzy nimi

wynoszącej niekiedy kilka tys. p.z. istnieje

wynoszącej niekiedy kilka tys. p.z. istnieje

dzięki dużej elastyczności nici DNA. Owa

dzięki dużej elastyczności nici DNA. Owa

elastyczność objawia się zdolnością DNA do

elastyczność objawia się zdolnością DNA do

dowolnego wyginania się.

dowolnego wyginania się.



Interakcje enhancer : promotor

Interakcje enhancer : promotor

Silencery - (ang. silence -

Silencery - (ang. silence -

cisza ),

cisza ),



sekwencje służące wyciszeniu aktywności

sekwencje służące wyciszeniu aktywności

promotora; podobnie jak enhancery mogą być w

promotora; podobnie jak enhancery mogą być w

różnym stopniu oddalone od genu w obu

różnym stopniu oddalone od genu w obu

kierunkach, a także występować w jego wnętrzu.

kierunkach, a także występować w jego wnętrzu.



Np. w genach kodujących immunoglobuliny

Np. w genach kodujących immunoglobuliny

(białka syntetyzowane jedynie w limfocytach B)

(białka syntetyzowane jedynie w limfocytach B)

silencer wbudowany jest w obrębie enhancera,

silencer wbudowany jest w obrębie enhancera,

jego znaczenie uwidocznia się w komórkach

jego znaczenie uwidocznia się w komórkach

innych niż limfocyty B. Jest to swoiste

innych niż limfocyty B. Jest to swoiste

zabezpieczenie przed ekspresją genów

zabezpieczenie przed ekspresją genów

immunoglobulin związane z inaktywacją

immunoglobulin związane z inaktywacją

enhancera.

enhancera.

BUDOWA GENÓW

BUDOWA GENÓW

Struktura genu

Struktura genu

prokariotycznego

prokariotycznego



Promotor (przed miejscem inicjacji

Promotor (przed miejscem inicjacji

transkrypcji) zawiera dwie ramki:

transkrypcji) zawiera dwie ramki:



+10 (AT)

+10 (AT)



+35 (TTGACA)

+35 (TTGACA)



Obie ramki są miejscami wiązania

Obie ramki są miejscami wiązania

polimerazy RNA zależnej od DNA.

polimerazy RNA zależnej od DNA.

Struktura genu

Struktura genu

prokariotycznego

prokariotycznego

Cistron



jednostka spełniająca funkcję
biochemiczną,



której ekspresja prowadzi do
powstania pojedynczego łańcucha
polipeptydowego



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