Gen
Odcinek DNA zawierający informację o
rodzaju i kolejności ułożenia
aminokwasów w białku lub o kolejności
nukleotydów w cząsteczkach RNA.
Podstawowa jednostka dziedziczności
(niepodzielna).
Figure 1.21 Genomes 3 (� Garland Science 2007)
" Geny struktury  wyznaczające
pierwszorzędową kolejność ułożenia
aminokwasów w łąńcuchach
polipeptydowych, z których zbudowane
jest białko.
" Geny regulatorowe  system kontrolujący
syntezą białek w żywej komórce.
" Housekeeping genes  geny
odpowiedzialne za podstawowe procesy
metaboliczne komórki, działające w każdej
komórce be względu na przynależność
tkankową
" Geny tkankowo-specyficzne  działające
tylko w komórkach budujących określony
rodzaj tkanki czy organu.
" Geny wielu białek występują w genomie w
jednej kopii, np. gen insuliny u ssaków
" Niektóre rodzaje białek są kodowane przez
rodziny genów (np. aktyna, miozyna, globina,
histony).
" Geny stanowiące rodzinę mogą być w
genomie rozproszone (rodzina genów
kodujących globinę) lub ułożone tandemowo,
czyli jeden przy drugim (rodzina genów
kodujących histony u Drosophila).
5` 3`
CGCG
ekson intron ekson intron ekson
PROMOTORY CZ
ŚĆ KODUJ
CA GENU
TERMINATOR
" Sekwencje regulatorowe mogą występować
zarówno w bezpośrednim sąsiedztwie jak i w
mniejszej lub większej odległości od genu,
po jego stronie 5` lub 3`.
" Wśród sekwencji regulatorowych wyróżnia
się promotory oraz sekwencje wzmacniające
(enhancery).
" Promotory i enhancery mają działanie
stymulujące transkrypcję.
Promotory genu
" Promotor bliski  leży w odległości do
40 pz od miejsca startu transkrypcji,
zawiera kasetę TATA.
Kaseta TATA to silnie konserwowana
sekwencja TATAAAA, występująca w
większości promotorów
eukariotycznych. Leży w odległości 20
do 30 pz od miejsca startu transkrypcji.
Promotory genu
" Promotor dalszy  obejmuje sekwencje
od 40 do 300 pz od miejsca startu
transkrypcji. Nie jest to sekwencja DNA
silnie konserwowana, lecz
charakterystyczna dla poszczególnych
genów.
Można w nich wyróżnić pewne motywy,
np. CAAT lub GGGcGG (kaseta GC).
Enhancery
Różnej długości sekwencje regulatorowe
położone na ogół w odległości od kilku do
kilkunastu tysięcy pz od genu. Dla ich
funkcjonowania nie ma znaczenia czy
znajdują się po stronie 5` czy 3`.
TATA box
Enhancery
5` 3`
CGCG
ekson intron ekson intron ekson
PROMOTORY CZ
ŚĆ KODUJ
CA GENU
Elementy regulatorowe
TERMINATOR
Część kodująca genu składa się z na
przemian leżących eksonów i intronów
" Eksony  odcinki genu kodujące
aminokwasy.
" Introny  odcinki genu nie kodujące.
Geny eukariotyczne mają charakter
mozaikowy, czyli są nieciągłe.
Znaczenie intronów
" Większa plastyczność ewolucyjna systemu
genów podzielonych u Eucaryota w
porównaniu z genami ciągłymi u Procaryota.
" Taka budowa ułatwia mieszanie eksonów na
drodze rekombinacji odcinków DNA.
" Dają możliwość alternatywnego składania,
czyli składania na różne sposoby eksonów
tworzących gen, dzięki czemu jeden gen
może kodować kilka różnych produktów
białkowych (60% genów ludzkich ulega
alternatywnemu składaniu).
Eksparesja genów
TRANSKRYPCJA
- I etap ekspresji genów
Przepisywanie informacji
genetycznej z makrocząsteczki DNA
na mniejsze i bardziej funkcjonalne
cząsteczki pre-mRNA
Przebieg transkrypcji
Polimeraza
ETAP I
RNA
Inicjacja
transkrypcji
Dodatkowe białka
ETAP II
Elongacja -synteza
pierwotnego transkryptu
ETAP III
RNA Terminacja  zakończenie
procesu
Zasadniczą role w procesie transkrypcji pełnią:
1. Polimerazy RNA
2. Czynniki transkrypcyjne
Polimeraza RNA i czynniki transkrypcyjne
współdziałają z sekwencjami DNA
o charakterze regulatorowym.
Klasyfikacja eukariotycznych
polimeraz RNA
Klasa Lokalizacja w Główny produkt
komórce transkrypcji
I (inaczej A) Jąderko pre-rRNA
II (inaczej B) Nukleoplazma pre-mRNA
III (inaczej C) Nukleoplazma pre-tRNA
Mitochondrialna Mitochondria mt RNA
Chloroplastowa Chloroplasty ct RNA
Czynniki transkrypcyjne
Białka zróżnicowane pod względem
struktury i funkcji, nie będące
składnikiem polimerazy RNA, lecz
potrzebne do rozpoczęcia przez ten
enzym transkrypcji i decydujące o tym,
które geny i w jakim momencie życia
komórki będą transkrybowane.
Etapy transkrypcji
Inicjacja transkrypcji polega na
umożliwieniu związania do
odpowiednich sekwencji w promotorze
polimerazy RNA i towarzyszących jej
białek, aby zapewnić wydajną
transkrypcję tego genu.
Etapy transkrypcji
1. Inicjacja  złożony proces syntezy pierwszego
wiązania fosfodiestrowego przyszłego
łańcucha polirybonukleotydowego
Kompleks preinicjacyjny
Polimeraza RNA + matryca
+
Rybonukleozydo-5`-trójfosforan
Kompleks inicjacyjny
Polimeraza RNA + matryca + dwunukleotyd
Białka uczestniczące w inicjacji transkrypcji:
1. Ogólne czynniki transkrypcyjne (takie same dla
wszystkich genów transkrybowanych przez daną
polimerazę). Wraz z polimerazą RNA tworzą
Podstawowy Aparat Transkrypcyjny i wiążą się do
sekwencji w obrębie bliskiego promotora i miejsca
startu transkrypcji.
2. Aktywatory, czyli czynniki transkrypcyjne
oddziałujące bezpośrednio z DNA. Wiążą się do
sekwencji dalszego promotora i sekwencji w
enhancerach.
3. Koaktywatory i korepresory  białka nie
oddziałujące bezpośrednio z DNA. Umożliwiają
oddziaływanie między aktywatorami związanymi z
dalszym promotorem i enhancerami a
Podstawowym Aparatem Transkrypcyjnym.
" Dopiero obecność aktywatorów i koaktywatorów
powoduje, że transkrypcja zachodzi z potrzebną
wydajnością.
" Część z nich stanowią czynniki ogólnego działania
(uczestniczą w transkrypcji wielu genów), część zaś to
czynniki specyficzne, od których zależy wybiórcza
aktywacja genów w konkretnych sytuacjach.
Ogólny czynnik Funkcja
transkrypcyjny
TFIID  bialko TBP Rozpoznaje sekwencje TATA i prawdopodobnie
sekwencję Inr; umożliwia związanie TFIIB
TFIID  białka TAF Rozpoznają promotor podstawowy; regulują
wiązanie TBP z DNA
TFIIA Stabilizuje związany z DNA kompleks TBP/białka
TAF
TFIIB Pośredniczy w przyłączeniu polimerazy RNA II;
wpływa na wybór miejsca startu transkrypcji
TFIIF Umożliwia przyłączenie do kompleksu polimerazy
RNA II
TFIIE Pośredniczy w przyłączeniu TFIIH; wpływa na różne
aktywności TFIIH
TFIIH Ma aktywność helikazy, odpowiedzialną za przejście
kompleksu promotorowego zamkniętego w kompleks
otwarty; prawdopodobnie wpływa też na opuszczenie
promotora przez polimerazę
TATA Inr
DNA
Białka TAF
TFIID rozpoznaje sekwencję TATA i
?
prawdopodobnie sekwencję Inr
TBP
Składnikiem tego czynnika jest
białko TBP i białka TAF
TFIIA
TFIIB
Tworzenie
kompleksu
TFIIF/ polimeraza RNA II
preinicjacyjnego
TFIIE
TFIIH
Składanie kompleksu preinicjacyjnego polimerazy RNA II
Etapy transkrypcji
2. Elongacja  uporządkowana dobudowa reszt
nukleotydowych do zapoczątkowanego już
łańcucha polirybonukleotydowego
Wydłużanie łańcucha w kierunku od 5` do 3` z
prędkością 1000-1500 nukleotydów na
minutę
Przyłączanie kolejnych nukleotydów katalizuje
polimeraza RNA
Etapy transkrypcji
3. Terminacja  kontrolowane przerwanie
transkrypcji połączone z uwolnienie
produktu syntezy, czyli pre-mRNA i enzymu
 polimerazy RNA.
Dojrzewanie mRNA
I etap - składanie
" Składanie RNA (splicing)  wycinanie intronów i łączenie
eksonów w jedną funkcjonalną całość;
" Proces cięcia i składania katalizują małe cząstki
jądrowe  snRNP (small nuclear
ribonucleoprotein), czyli krótkie jądrowe
kompleksy RNA-białko.
" Rolą snRNP jest rozpoznanie i przyłączanie się do
charakterystycznych krótkich sekwencji
nukleotydowych występujących wewnątrz
wszystkich intronów i na obu ich końcach. Po
przyłączeniu na styku intron  ekson rozszczepiają
RNA i łączą odpowiednie odcięte końce w ciągłą
nic RNA.
Składanie
" W wyniku cięcia i składania zostają wycięte
wszystkie introny, a jednocześnie zachowane
zostają wszystkie eksony w wyjściowej kolejności,
dając ciągłą sekwencję pojedynczego mRNA.
Dojrzewanie mRNA
II etap - redagowanie
" Redagowanie polega na usuwaniu
błędnie włączonych nukleotydów,
wstawianiu brakujących nukleotydów i
ostatecznym przygotowaniu dojrzałego
mRNA do translacji.
TRANSLACJA
 II etap ekspresji genów
Tłumaczenie informacji genetycznej
zawartej w mRNA (po transkrypcji z
DNA) na aminokwasy budujące
konkretne białko.