WYKŁAD VI

•BUDOWA GENÓW

BUDOWA GENÓW

• Gen zawiera instrukcję dotyczącą

syntezy polipeptydu lub cząsteczki
strukturalnego RNA.

• 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.

• U bakterii geny tworzą zespoły

(operony), a u Euc. większość jest
rozproszona lub tworzą tzw. rodziny
wielogenowe

• Rodziny wielogenowe nie podlegają

wspólnej regulacji,

• mogą być proste lub złożone.

Rodziny wielogenowe u Euc.

• Proste zawierają geny identyczne

• 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.

• U E. informacja kodująca w genach

zapisana jest w segmentach sekwencji
nukleotydów zwanych eksonami, a
które są porozdzielane od siebie
sekwencjami niekodującymi –
intronami.

• Ekson zawiera sekwencje, które po

transkrypcji uczestniczą w translacji,

• w intronach sekwencje nie uczestniczą

w translacji, są wycinane po
transkrypcji z pre-mRNA.

Geny u Eucaryota

• większość genów ma budowę

nieciągłą,

• poza genemi histonów,
• genami białek szoku cieplnego
• i niektórych interferonów.

• Geny z intronami i egzonami nazywa

się mozaikowymi

• lub genami nieciągłymi.
• Obecnie przyjmuje się, że mozaikowa

organizacja genów była pierwotna,

• a ciągłe geny-bezintronowe są

zjawiskiem wtórnym.

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

ciągłe

• Poszczególne geny różnią się:
• długością – liczbą pz
• liczbą i długością intronów
• Liczba intronów w różnych genach

mieści się w granicach od 0 do ponad
50.

Najmniejszy gen u człowieka - z 1

eksonu liczącego 669pz

• koduje białko, które kieruje

różnicowaniem gonady pierwotnej w

kierunku jąder.

• 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

• Geny, które kodują cząsteczki

funkcjonalnego RNA (tRNA lub rRNA),

• również mogą zawierać introny,
• ale przerwy te występują zdecydowanie

rzadziej niż w genach kodujących mRNA.

• W wielu genach ilość DNA w

intronach przewyższa ilość DNA
eksonów,

• może go być dziesięć razy więcej,
• a w niektórych przypadkach nawet

ponad sto razy więcej.

• 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,

• które ulegają transkrypcji, ale nie

podlegają

translacji,

tym

sekwencje promotorowe,

• Czyli sekwencje związane z procesem

inicjacji transkrypcji genu.

Na końcu 5’ i 3’ znajdują się sekwencje

• związane z rozpoczęciem obróbki

potranskrypcyjnej pre-mRNA

• Nazywa się je sekwencjami UTR

(Untranslations)

• Ekspresja

genu

jest

ściśle

regulowana

przez

sekwencje

położone

powyżej

sekwencji

kodującej i jest to:

• miejsce wiązania polimerazy RNA,
• miejsce

wiązania niezbędnych

czynników transkrypcyjnych

• oraz miejsce PROMOTORA czyli

inicjacji syntezy cząsteczki RNA.

Sekwencje promotorowe

• Sekwencje te mogą być b. liczne w

niektórych genach,

• dzieli się je na sekwencje promotora

podstawowego – położone w miejscu
składania kompleksu inicjacyjnego

• oraz

sekwencje

położone

powyżej

promotora

podstawowego.

Każda z trzech eukariotycznych polimeraz

RNA zależnych od DNA rozpoznaje różne

sekwencje promotorowe

• i to właśnie różnice pomiędzy

promotorami decydują o tym, która
polimeraza RNA zależna od DNA
przeprowadza transkrypcję których
genów.

• Każda polimeraza RNA wykorzystuje

promotor innego typu.

U kręgowców wyróżnia się trzy różniące się

strukturą typy promotorów:

• 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)

• Polim RNA I (RNA Pol I) transkrybuje

większość genów rRNA, znajduje się w
jąderku.

2. Promotory rozpoznawane przez

polimerazę RNA II

• są b. różne i znajdują się w odległości do kilku

tys. pz powyżej miejsca startu transkrypcji.

• Promotor podstawowy składa się z dwóch

segmentów:

• z bloku –25 zwanego sekwencją TATA lub kasetą

TATA i z sekwencji inicjatorowej – Inr

• Do pełnej aktywności promotora niezbędne są

inne sekwencje występujące w rejonie od -40 do

-110.

• W 56% genów są sekwencje bogate w pary CG

powtarzane

wielokrotnie

są

nazywane

wysepkami CpG, są ważnym elementem w

inicjacji transkrypcji.

• 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.

• 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

• 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

pary CG powtarzane wielokrotnie i są

nazywane wysepkami CpG, są ważnym

elementem w inicjacji transkrypcji.

Rejony rozpoznawane przez

polimerazę II RNA

• 3. Promotory dla polimerazy RNA III

są nietypowe, gdyż znajdują się
wewnątrz genów i znacznie się różnią.

• Ich element podstawowy to sekwencja

licząca od 50 do 100pz podzielone na
dwa bloki.

• Polim III (RNA Pol III) transkrybuje

geny tRNA, 5S rRNA, kilka snRNA,
znajduje się w nukleoplaźmie

Wiele genów zawiera dodatkowe

sekwencje

• Są one położone w różnych odległościach od

genów, ale mimo nawet znacznej odległości

gen pozostaje zawsze pod ich kontrolą i są to:

• sekwencje

wzmacniające

ehnacerowe,

które znacznie stymulują transkrypcję i

znajdują się poza miejscem promotorowym,

• wyciszające silencerowe, które hamują

transkrypcję.

• Sekwencje terminacji – takie znaczenie

mają sewkencje palindromowe

Enhancery

• enhancery tkankowo-specyficzne

wzmagające transkrypcję tylko tam, gdzie
obecne są białka wiążące się w ich obrębie

• tylko w niektórych komórkach wykazują

aktywność wzmacniającą

• 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.