Transkrypcja i jej rola w ekspresji genów
Ogólne zasady transkrypcji
" Wszystkie kwasy nukleinowe sÄ… syntetyzowane na matrycy DNA
" Enzymem katalizującym proces jest zależna od DNA polimeraza RNA, korzystająca
tylko z jednego pasma DNA  matrycowego (zatem tylko jedna z dwóch nici DNA
stanowiących gen jest komplementarna do mRNA),przyłącza się do niego i przesuwa
się w kierunku 3 do 5 końca
" Do reakcji potrzebne są wszystkie cztery trifosforany rybonukleozydów (ATP, GTP,
CTP, i UTP) oraz jony Mg2+
" Starter jest zbędny (sekwencja zasad DNA zawiera sygnały dla inicjacji i terminacji
syntezy RNA)
" Wzrost łańcucha RNA odbywa się od 5 do 3 końca
Proces transkrypcji
u Prokaryota
Polimeraza RNA
" Struktura wielopodjednostkowa (Ä…, ², ² i à )
" Kompleks rdzeniowy tworzÄ… podjednostki 2 Ä… i 2 ² (² i ² )
" Holoenzym skÅ‚ada siÄ™ z kompleksu rdzeniowego i czynnika biaÅ‚kowego Ã
" Podjednostka à (sigma) jest luz
no zwiÄ…zana z resztÄ… enzymu, a jej rola polega na
rozpoznawaniu promotora (sekwencji DNA, która sygnalizuje początek transkrypcji
RNA)
" Prawdopodobnie posiada aktywność rozwijającą, która otwiera helisę DNA
Bakterie zawierajÄ… wiele czynników à , dziaÅ‚ajÄ…cych jako biaÅ‚ka regulatorowe, które
modyfikują swoistość rozpoznawania promotora polimerazy RNA. Występowanie różnych
czynników à skorelowane jest w czasie z różnymi programami ekspresji genów.
Luz
no związana podjednostka à jest uwalniana z kompleksu po rozpoczęciu transkrypcji.
Region promotora
" Miejsce wiązania polimerazy leży w górę (w lewo od genu) od miejsca startu
transkrypcji, które oznacza się symbolem +1
" Regiony promotora sÄ… bogate w pary A-T
" Długość promotorów bakteryjnych wynosi ok. 40 nukleotydów, na tym odcinku
znajdują się dwie krótkie sekwencje konserwatywne, tzw. ramka-35 i ramka
Pribnowa
Proces elongacyjny
" Kompleks składający się z polimerazy RNA, matrycy DNA oraz rosnącego transkryptu
(kompleks elongacyjny)
" Następuje rozwinięcie podwójnej helisy DNA na odcinku ok. 17 par zasad oraz
synteza transkryptu RNA od 5 do 3 końca
Terminacja transkrypcji
" Zakończenie syntezy cząsteczki RNA jest wyznaczone przez sekwencję na paśmie
matrycowym
" Sekwencja ta rozpoznawana jest przez białko terminacji, nazywane też czynnikiem
rho (Á)
Animacja
Produkty transkrypcji
" mRNA  nie wymaga żadnych lub wymaga nieznacznych modyfikacji przed
translacją ( w wielu wypadkach translacja rozpoczyna się jeszcze przed zakończeniem
transkrypcji )
" Prekursorowe tRNA i rRNA ulegają tzw. dojrzewaniu RNA, które polega na
rozcinaniu pre-RNA w efekcie czego powstajÄ… 23S, 16S, i 5S oraz czasteczka tRNA, a
występujący miedzy wymienionymi RNA jest degradowany
Proces transkrypcji
u Eukaryota
Inicjacja transkrypcji
" Aby polimeraza RNAII mogła rozpocząć transkrypcję, wymaga współdziałania z
czynnikami transkrypcyjnymi (TFII), które muszą utworzyć specyficzny kompleks
" Z blokiem TATA wiąże się TFIID (najważniejszą jednostką tego kompleksu jest TBP,
konieczną do inicjacji transkrypcji przez wszystkie trzy polimerazy) co jest ułatwiane
przez TFIIA, który jednocześnie zapobiega łączeniu się z TFIID czynników
hamujących jego aktywność
" Przyłączenie się TFIIB-> asocjacja polimerazy RNAII w formie kompleksu z TFIIF
" WiÄ…zanie siÄ™ TFIIE, TFIIH, TFIIJ
Tak utworzony kompleks białkowy nazywany jest kompleksem inicjującym transkrypcję.
Dopiero teraz może dojść do rozpoczęcia transkrypcji w miejscu 25pz poniżej kasety TATA,
proces ten będzie jednak zachodził wolno ponieważ opisany wyżek kompleks inicjujący i
czynniki białkowe są zaliczane do podstawowych.
Elementy wzmacniające lub tłumiące
" Mogą występować zarówno w górę jak i w dół od miejsca startu transkrypcji i nieraz
umiejscowione są w odległości setek lub tysięcy par zasad od jednostek
transkrypcyjnych
" Pośredniczą w rekcji na różne sygnały, jak: hormony, metale, związki chemiczne,
szok termiczny, itd.
" Zwiększają bądz
zmniejszają szybkość syntezy RNA po inicjacji
Polimerazy RNA
" Wyróżnia się trzy klasy  I, II i III
" Wszystkie składają się z dwóch dużych podjednostek i kilku mniejszych
" Polimeraza I jest zlokalizowana w jąderku i transkrybuje większość genów rRNA
(28S, 5,8S i 18S)
" Polimeraza II występuje w nukleoplazmie, transkrybuje wszystkie geny kodujące
białka (syntetyzuje mRNA) i niektóre geny małych jądrowych RNA (snRNA)
" Polimeraza III również występuje w nukleoplazmie, jej produktami są tRNA, 5SRNA,
U6-snRNA, małe jąderkowe RNA (snoRNA)
Rozmieszczenie niektórych elementów sekwencyjnych genach kodujących cząsteczki
mRNA.
Pierwszy nukleotyd transkrybowany na pre-mRNA jest określany jako miejsce startu
(numerowany jako +1), a wszystkie inne nukleotydy sÄ… numerowane od tego miejsca.
Nukleotydy położone w górę (na lewo) od tego miejsca są numerowane -1, -2, -3 itd.,
natomiast w dół (na prawo) od punktu startu są numerowane +1, +2, +3 itd..
Fragment genu transkrybowany na pre-mRNA zawiera 5 i 3 segmenty, które nie ulegają
translacji, oraz sekwencje kodujące. W pewnym miejscu transkrybowanej części genu
znajduje się trójka zasad (ang.triplet) odpowiadająca kodonowi AUG, który jest pierwszym
kodonem kodującym aminokwas na rybosomie w procesie syntezy białka. Ten kodon
startowy zaznacza początek sekwencji kodujących polipeptyd. Dalej w dół znajduje się kodon
terminacyjny (jeden z trzech) wskazujący punkt zakończenia syntezy białka. W obrębie
sekwencji kodującej może być włączony jeden bądz
więcej intronów. jeszcze dalej w dół
znajdują się końcowe segmenty kopiowane na pre-mRNA, pośród nich sekwencja AAUAAA,
która jest sygnałem do przecięcia transkryptów eukariotycznych przez specjalną nukleazę
oraz przyłączenia ogona poliadenylowego.
Produkty transkrypcji
Wytworzone w procesie transkrypcji trzy rodzaje RNA (tRNA, rRNA i mRNA) ulegajÄ…
następnie enzymatycznym modyfikacjom (potranskrypcyjnym), co prowadzi do utworzenia
ich funkcjonalnych form (dojrzewanie RNA)
Przyłączenie czapeczki w postaci nukleotydu 7-metyloguanylowego do 5 końca pre-
mRNA jeszcze w trakcie jego syntezy oraz przyłączenie ogona poliadenylowego
(składającego się z nukleotydów adeninowych) do 3 końca po zakończeniu syntezy i odcięciu
transkryptu
Z pre-mRNA sekwencje intronowe zostajÄ… usuwane, a sÄ…siadujÄ…ce ze sobÄ… eksony Å‚Ä…czÄ… siÄ™
(z udziałem ligaz) w ciągły liniowy odcinek sekwencji kodujących syntezę określonego białka
Dojrzewanie pre-rRNA to seria złożonych procesów potranskrypcyjnych w wyniku których
następuje degradacja prawie połowy pierwotnego transkryptu (fragmentacja i usuwanie
sekwencji zbędnych przy udziale egzo- i endonukleaz; 45S : 18S, 28S i zasocjowany z nim
5,8S)
Pre-tRNA zawiera w swojej strukturze introny znajdujące się w sekwencji która odpowiada
matrycowej sekwencji dzielącej wewnętrzny promotor składający się z dwóch części