Biologia Rybak Justyna

EKSPRESJA INFORMACJI
GENETYCZNEJ

Transkrypcja -

1 etap

ekspresji genów



Transkrypcja to proces, w którym
informacja zawarta w DNA - zapisana
w formie sekwencji
deoksyrybonukleotydów - przepisana
zostaje na język rybonukleotydów w
pre-mRNA (zobacz i porównaj:
mRNA) podczas reakcji katalizowanej
przez enzym zwany polimerazą II
RNA

Etapy:



inicjacja transkrypcji,



elongacja łańcucha pre-mRNA ,



terminacja.

Incjacja

Rejony DNA o funkcjach
regulacyjnych



Promotory: najistotniejszym rejonem 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‘. Ale do pełnej aktywności promotora

niezbędne są inne sekwencje występujące w

rejonie od -110 do -40

Enhancery i silencery

Związki sterujące
transkrypcją



Czynniki transkrypcyjne wiążące się z promotorem:



Eukariotyczna polimeraza II RNA sama w sobie nie jest

zdolna do przyłączenia się do DNA, czyli do rozpoczęcia

transkrypcji. Zanim enzym zostanie związany w rejonie

startu transkrypcji, do promotora przyłączają się kolejno

białka zaliczane do grupy TFII ( II stąd, że współpracują z

polimerazą II ). Kolejność przyłączania się TF-ów i

polimerazy do promotora jest ściśle określona.

Tworzenie kompleksu
preinicjacyjnego

Czynniki wiążące się z
sekwencjami spoza promotora



Kierunki oddziaływań aktywatorów
transkrypcji

Aktywowanie transkrypcji przez
układ hormon : receptor

Podsumowanie



Inicjacja transkrypcji jest momentem najbardziej

precyzyjnej kontroli ekspresji genu.



2. Transkrypcja może zachodzić na różnych

poziomach:



podstawowym ( niskim ),



zaktywowanym ( intensywnym ) w zależności od

składu czynników transkrypcyjnych w danej tkance.



3. Regulacja transkrypcji zależna jest do czynników:



wewnętrznych (struktura chromatyny w rejonie

występowania określonego genu, obecność

kompletu TF-ów);



zewnętrznych - odpowiedź sprowokowana

bodźcami ze środowiska np. hormonalna.

Typy RNA: tRNA

mRNA

rRNA

Synteza nici
pre-mRNA



Budowa polimerazy II RNA



Eukariotyczne polimerazy II

RNA składają się z 8 (12

podjednostek ( tzn. różnych

polipeptydów ), są więc

enzymami wysoce złożonymi.

Wspólną ich cechą jest

obecność podjednostek RPB1,

2, 5, 6, 8, z których pierwsze

dwie są dużymi białkami o

masach cząsteczkowych

odpowiednio 220 i 140 kDa. Na

C-końcu ( końcu karboksylowym

białka ) podjednostki RPB 1

występuje w zmiennej ( w

zależności od organizmu )

liczbie powtórzeń sekwencja 7-

aminokwasowa, która okazuje

się być niezbędna do działania

enzymu. Jak do tej pory nie

określono funkcji

poszczególnych podjednostek

enzymu eukariotycznego w

odróżnieniu od enzymu

prokariotycznego, w którym

zdefiniowano rolę każdej z

podjednostek.

Jak działa polimeraza?



5'- A A T C G G C A T G C C A T G
G C C T T G C G C T A - 3' Gen



3'- T T A G C C G T A C G G T A C
C G G A A C G C G A T - 5'



5'- A A U C G G C A U G C C A U G
G C C U U G C G C U A - 3' pre-
mRNA

Podsumowanie:



Transkrypcją rządzi zasada

komplementarności.



2. Wydłużanie nici pre-mRNA zachodzi w

kierunku 5'-> 3'.



3. Równolegle z elongacją pierwotnego

transkryptu zachodzi modyfikacja jego

5' końca tj. tworzenie struktury

czapeczki.



4. Produktem reakcji katalizowanej przez

polimerazę II RNA jest pre-mRNA tzn.

cząsteczka zawierająca introny.

OBRÓBKA PRE-mRNA



Schemat obrazujący procesy zachodzące
na drodze od DNA do mRNA



Mechanizm poliadenylacji pre-mRNA

Wycinanie intronów



Sygnały splicingowe

Mechanizm splicingu

Podsumowanie

1.

Pre-mRNA zanim stanie się pełnowartościową matrycą do

syntezy białka musi przejść przez proces dojrzewania.

2.

Dojrzewanie obejmuje 3 zasadnicze modyfikacje:



capping (dodawanie czapeczki )



poliadenylację podnoszącą stabilność transkryptu;



splicing, w którym eliminowane są wewnętrzne niekodujące

rejony informacyjnego RNA.

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.

4.

Dojrzewanie pre-mRNA jest warunkiem eksportu

transkryptu z jądra.

5.

Dojrzały mRNA wiąże się z białkami mającymi wpływ na

jego stabilność, transport i translację.



Translacja



proces, w którym następuje odczyt
informacji genetycznej z mRNA i
synteza białka. Biorą w nim udział
oprócz matrycy (mRNA) i
aminokwasów także cząsteczki tRNA
(dostarczające aminokwasów),
rybosomy oraz szereg czynników
wspomagających.

Rybosomy- podjednostki:



mała, której stała sedymentacji
wynosi 40S;



duża o współczynniku sedymentacji
równym 60S.

Przebieg translacji



inicjacja,



elongacja,



terminacja.

Rybosomy

Translacja

Teoria adaptorowa dotycząca
rozpoznawania kodonów

Cykl elongacyjny

Podsumowanie

1. Translacja zachodzi w rybosomach - strukturach

rybonukleoproteinowych

(RNA : białko );
2. Sygnałem początku syntezy białka jest kodon

AUG,

natomiast końca syntezy jeden z kodonów stop -

UAA, UAG, UGA;

3. Synteza białka wspomagana jest przez czynniki

białkowe tzw. :

inicjacyjne, elongacyjne i terminacyjne;
4. Translacja jest procesem energochłonnym,
czerpiącym energię z hydrolizy GTP i ATP;

Zmienność



Dziedziczna



Niedziedziczna

Zmienność mutacyjna



Genotyp



Fenotyp



Mutant



Typ dziki

Mutacje



Punktowe



Większe

Mutacje punktowe



Zmiany sensu GLU (GAG)- LYS(AAG)



Nonsensowne CYS(TGG)-STOP (TGA)



Przesunięcie ramki odczytu (insercja,

delecje)

PRO (CCC)-THR(ACC)



Mutacje milczące (ciche)-polimorfizm

PRO(CCC)-PRO(CCT)

1.

zmiana puryny (AG)na pirymidynę (CTU), i

na odwrót TRANSWERSJA

2.

Zamiana 1 puryny lub pirymidyny na inną

TRANZYCJA

Mutacje większe



Delecje



Insercje



Rearanżacje

Mutacje a choroby



Albinizm



Anemia sierpowata



Pląsawica
Huntingtona

Mutageny i naprawa DNA



Czynniki fizyczne:

1.

Promieniowanie jonizujące X, φ,

niejonizujące UV, ciepło



Czynniki chemiczne

1.

Analogi zasad np. 5-bromouracyl-analog

tyminy

2.

Czynniki interkalujące: bromek etydyny

3.

Chemiczna modyfikacja zasad :np.

dodanie grup alkilowych metylosulfonian

metylu (dodaje grupę metylową),

deaminacje: kwas azotawy deaminacja

cytozyny do uracylu

Mutageny i naprawa DNA



Czynniki chemiczne

4.

Alkaloidy np.: kolchicyna –poliploidalność

5.

Czynniki metaboliczne np: deficyt jonów Ca, Mg

6.

Sole metali ciężkich

7.

Benzopiren (dym papierosowy!!)



Mutacje spontaniczne

1.

Depurynacja – zerwanie wiązania pomiędzy
cukrem i zasadą purynową

2.

reaktywne formy tlenu (rodniki ponadtlenkowe,
nadtlenki wodoru, rodniki hydroksylowe)

Mechanizmy naprawcze



Naprawa przez wycinanie



Naprawa bezpośrednia np.:
fotoreaktywacja usuwa dimery
pirymidyny tworzone pod wpływem
UV



Naprawa źle sparowanych
nukleotydów

Naprawa bezpośrednia



naprawa pęknięcia nici DNA przez ligazę lub
naprawa struktury nukleotydu, taka jak
odcięcie grupy alkilowej, która niekiedy
zostaje błędnie doczepiona do nukleotydu.

Naprawa z wycinaniem
nukleotydów



Gdy uszkodzenie powoduje lokalne zaburzenie struktury
helisy, najpierw następuje rozdzielenie nici (melting)
prawdopodobnie przez helikazę. Potem nić zawierająca
uszkodzenie jest wycinana (u eukariontów 24-29
nukleotydów), polimeraza dobudowuje drugą nić, a
ligaza włącza ją do starej nici kowalencyjnie

zmienność



Rekombinacyjna



Modyfikacyjna