Transkrypcja i jej enzymy

Anita Barton



Inicjacja transkrypcji – budowanie powyżej
sekwencji kodującej genu kompleksu białkowego,
złożonego z polimerazy RNA i innych białek



Synteza i obróbka RNA – rozpoczyna się, gdy
polimeraza opuszcza rejon inicjacji i zaczyna
syntetyzować RNA – kopię genu. Końcem tego
etapu jest modyfikacja, w wyniku czego powstaje
dojrzałe mRNA



W procesie transkrypcji przepisywana jest tylko
jedna nić DNA – matryca DNA

Inicjacja transkrypcji u Prokaryota



Abu rozpocząć transkrypcję polimeraza RNA musi rozpoznać
początek genu i ściśle się związać w tym miejscu z DNA –

promotor



U bakterii promotor składa się z 2 regionów heksamerowych
znajdujących się poniżej sekwencji przeznaczonej do
przepisania

-

Kaseta Pribnowa

zawiera sekwencję TATAAT – pozycja -10

promotora
-pozycja -35 promotora – stanowi region rozpoznawania
promotora przez polimerazę



Polimeraza w tych miejscach powoduje lokalne rozwinięcie
podwójnej helisy DNA



Transkrypcja rozpoczyna się na poziomie
dezoksyrybonukleotydu w pozycji +1, około 8 zasad poniżej
Pribnow box, określa się to miejscem

startu

Elongacja



Pierwszą zasadą odczytywaną jest

pirymidyna,

zazwyczaj

tymina na nici RNA adenina



Polimeraza RNA przemieszcza się wzdłuż DNA, rozdzielając
sukcesywnie dwie nici i katalizując przyłączanie
rybonukleotydów do końca tworzącego się RNA



Rozplataniu ulega odcinek DNA o długości 12-17 par
zasad, na długości 12 zasad RNA jest sparowany z
matrycowaną nicią DNA



Następnie jednoniciowe RNA odłącza się od matrycy, a ta
łączy się ponownie z komplementarnym łańcuchem,
odtwarzając podwójną helisę



Rozwinięty fragment DNA nazywa się

pęcherzykiem

transkrypcyjnym



Proces zachodzi w cytoplazmie



Rybonukleotydy są dodawane jeden po drugim
do końca 3’OH transkryptu RNA,
komplementarnie tworzą się pary zasad A-T lub U
i G-C pomiędzy matrycą DNA i RNA



Prekursorami syntezy RNA są trifosforany ATP,
GTP, UTP, GTP

Polimeraza RNA



Występuje jedna polimeraza RNA. Zawiera cztery
białka – 2 podjednostki

α,

β

i

β’ – rdzeń enzymu



Podjednostka pomocnicza

δ

-bardzo ważna w

procesie inicjacji – za jej pośrednictwem enzym łączy
się z promotorem, ale na etapie rozpoczęcia procesu
transkrypcji opuszcza kompleks, staje się miejscem
przyłączenia nowej cząstki polimerazy



holoenzym α2ββ’δ



Druga jednostka pomocnicza

Rho

uczestniczy w

oddzieleniu polimerazy od DNA pod koniec procesu



Podjednostka α – przypuszcza się, że bierze
udział w rozpoznawaniu promotorów



Podjednostka β- stanowi centrum
katalityczne polimerazy



Podjednostka β’ – wiąże jony Zn

2+

,

uczestniczące w katalitycznej funkcji,
współzawodniczy o miejsce w DNA, co
sugeruje, że jest odpowiedzialna za wiązanie
polimerazy z matrycą



Czynnik sigma – odgrywa istotną rolę w
rozpoznawaniu promotora

Model transkrypcyjnego kompleksu
elongacyjnego



Podwójna helisa oraz miejsce aktywne dla
syntezy RNA leżą pomiędzy podjednostkami β
i β’



Nić niebędąca matrycą wypętla się z miejsca
aktywnego i jest trzymana przez podjednostkę
β



Transkrypt RNA wyłania się z kompleksu prze
kanał utworzony przez podjednostkę β i β’

Proces terminacji – sekwencja
terminacyjna

1)

samodzielne terminatory, czyli odwrócony
polindrom i ciąg nukleotydów adenozynowych
prowadzą do dysocjacji polimerazy i destabilizacji
połączenia polimeraza RNA-matryca DNA-RNA



Transkrypcja odwróconego polindromu prowadzi do
fałdowania się RNA i powstania struktury spinki do
włosów, składającej się z ramienia i pętli



Transkrypcja ciągu A powoduje ciągłą sekwencję
reszt U w RNA, powstają pary A-U, które mają po 2
wiązania wodorowe

2)

terminacja Rho-zależna wymaga aktywności
białka

Rho

, które przyłącza się do

transkryptu i przesuwa wzdłuż RNA w stronę
polimerazy



2 typ sygnału terminacji zachowuje strukturę
szpilki do włosów, ale nie ma w nim ciągu A



Rho jest helikazą, która podąża za polimerazą
i może aktywnie rozbijać pary zasad między
matrycą a transkryptem

Mechanizm transkrypcji u Eukaryota



Proces zachodzi w jądrze komórkowym



Uczestniczą w nim 3 typy transkryptaz

1.

Polimeraza RNA I – transkrybuje większość genów rRNA,
znajduje się w jąderku

2.

Polimeraza RNA II – transkrybuje wszystkie geny kodujące
białka i niektóre geny małych jądrowych RNA (SnRNA),
znajduje się w nukleoplazmie

3.

Polimeraza RNA III – transkrybuje geny tRNA, rRNA, SnRNA i
kilku małych RNA



Dodatkowo komórki eukariotyczne zawierają polimerazy z
mitochondriach i chloroplastach



Każda polimeraza posiada co najmniej 10 podjednostek

Transkrypcja przy udziale polimerazy RNA I



Polimeraza RNA I występuje w jąderku i bierze
udział w transkrypcji 5 zespołów genów
kodujących rybosomalne RNA



Geny te są ułożone w tandemy
powtarzających się sekwencji, co pozwala na
syntezę wystarczającej ilości rRNA. W tym
samym czasie na każdym z genów pracuje
wiele cząstek polimerazy RNA I



Produktem transkrypcji jest prekursor rRNA

(pre-rRNA)



Pierwotny transkrypt 45S rRNA zostaje
rozcięty dając po jednej kopii 18S, 28S i 8,5S
rRNA



Promotor składa się z 2 rejonów
kontrolujących transkrypcję

1)

Główny rejon promotorowy zawiera
miejsce startu transkrypcji i otaczające go
nukleotydy (-31 do 6+)

2)

Rejon UCE o długości 50-60 pz, zaczyna się
100 nukleotydów powyżej miejsca startu,
odpowiedzialny za zwiększanie wydajności
transkrypcji



UBF

jest to białko wiążące DNA, zwane

czynnikiem wiążącym się z UCE, wiąże się z
rejonem UCE i początkową częścią głównego
rejonu promotorowego, w każdym z tych
miejsc osobno



Cząsteczki tego białka mogą się łączyć i
tworzyć pętlę DNA



W obecności UBF podwyższa się poziom
transkrypcji



Czynnik SL1

(czynnik selekcyjny) – wiąże się z

kompleksem UBF-DNA stabilizując go,
umożliwia przyłączenie się do kompleksu
polimerazy i zainicjowanie transkrypcji

1)

TBP (TATA-binding protein) – wszystkie 3
polimerazy wymagają obecności tego białka
do rozpoczęcia procesu transkrypcji

2)

TAF –czynniki towarzyszące TBP

3)

Czynnik TIF – homolog SL1 u Acanthaboeba