Wykład 6
Są 2 powody, dla których liniowe cząsteczki DNA mogą ulec skróceniu:
Na nowo zsyntezowanej nici jest luka. Brakuje fragmentu Okazaki. Starter, który byłby dopasowany do luki, znajdowałby się poza łańcuchem – co jest niemożliwe. Skutkiem byłby fakt, że nowo zsyntezowane nici byłyby coraz krótsze.
Zastanówmy się, gdyby nie było luki. W jaki sposób usunąć starter luki? Brakuje miejsca zaczepienia dla polimerazy. Obecność, nawet gdyby był, oznaczałaby skracanie cząsteczki DNA. Skutek – niestabilność
Telomery – zakończenia chromosomów
Telomery badano pod względem niestabilności. W jaki sposób przebiega sekwencja telomerowi?
Ludzka 5’TTAGGG3’ - sekwencja telomerowi występuje w wielu kopiach. Inna nazwa – DNA satelitarny.
Sekwencje powtarzające się występują też w innych organizmach.
Oxytrichia 5’TTTTGGGG3’
Tetrahymena 5’TTGGGG3’
Enzym uczestniczący w utrzymaniu stabilności sekwencji – telomeraza
Telomeraza zawiera fragment białkowy i RNA. Obecność RNA w enzymie nie jest czymś powszechnym. Sekwencja RNA dla telomerów u człowieka jest długa.
Sekwencja RNA jest w części komplementarna do sekwencji telomerycznej. Wyjaśnia to fakt mniej więcej stałej długości telomerów.
Telomeraza syntezuje sekwencje telomerów wykorzystując RNA jako matrycę.
Na matrycy RNA jest syntezowana sekwencja telomeryczna, w ten sposób telomeraza syntezuje kolejne zasady w sekwencji telomerycznej.
Charakterystyczną właściwością telomerów jest to, że łańcuch DNA ma przewagę reszt G – łańcuch bogaty w reszty G.
Telomeraza syntezuje łańcuch bogaty w reszty G. nie wiadomo jak syntezowany jest 2 łańcuch.
Łańcuch G, gdy jest dostatecznie długi, dołączana jest prymasa lub polimeraza DNA α – syntezują starter. Następuje powolny proces skracania (lecz nie jest on dramatyczny )
Aktywność telomerazy podlega regulacji.
TRF 1 – wiąże się z powtarzającymi się sekwencjami telomerycznymi. Zapobiega przyłączeniu telomerazy. Łańcuch ten powoli się skraca. Powoduje to mniejsze ilości dołączanych cząsteczek TRF 1, wówczas dołączana jest telomeraza. Występuje zjawisko sprzężenia zwrotnego.
Zwinięta chromatyna zapobiega dołączeniu telomerazy.
Powstaje, gdy narośnie długi łańcuch.
U ssaków struktura zwinięta to pętla T.
W tworzeniu pętli T zaangażowane jest białko TRF2
Czy aktywność telomerazy jest obecna we wszystkich komórkach ssaków? NIE
Dlatego nie, bo zmienia się w czasie. Nie jest obecna we wszystkich komórkach. Najbardziej aktywna jest w okresie embrionalnym, gdzie tworzone są telomery. Po urodzeniu aktywność maleje. Ostatecznie aktywność może być mierzona w komórkach rozrodczych i macierzystych. Komórki macierzyste są zdolne do ciągłego podziału – mogą ulegać przekształceniu we wszystkie komórki listków zarodkowych.
Komórki macierzyste:
Dorosłe
Embrionalne – 3 listki zarodkowe
Narządy i organy
W innych komórkach organizmu dochodzi do skrócenia sekwencji telomerów – powód starzenia się organizmów.
W laboratoriach niektóre linie komórkowe są łatwe w hodowli. Te komórki mogą się dzielić przez wiele pokoleń. Nagle komórki przestają się dzielić. Komórki są widoczne, lecz nie ma już podziałów. Zbadano i wywnioskowano, że telomery znacznie się skróciły.
Są linie, w których telomery nie skracają się. Wydłużanie sekwencji powoduje, że nie ulegają starzeniu. Np. komórki rakowe mają dużo dłuższe telomery. Aktywność telomerazy jest przyczyną niekończących się podziałów. Może to być przyczyną powstawania nowotworów (nadaktywność telomerazy)
Transkrypcja
Transkryptom powstaje wtedy, gdy pojedyncze geny są kopiowane na cząsteczki RNA.
Można wyróżnić 2 złożone zjawiska:
Inicjacja transkrypcji. Proces, w którym powyżej sekwencji kodującej gen, budowany jest kompleks, który potem rozpocznie transkrypcję
Synteza tran skryptu i jego procesowanie – transkrypt, który powstaje po syntezie nie jest jeszcze dojrzały, gotowy; musi ulec procesowaniu
Oba etapy ulegają procesom kontrolnym. Skutkuje to pojawieniem się tran skryptu w określonym miejscu i czasie.
Składanie kompleksu translacyjnego
Synteza i procesowanie
Kontrola
Oddziaływanie białek i DNA
Formowanie kompleksu jest skutkiem oddziaływań białko – DNA. Oddziaływania z DNA mają różny charakter.
Aktorzy biorący udział w formowaniu kompleksu proinicjującego.
- polimeraza RNA odpowiedzialna za syntezę DNA na matrycy DNA
- polimeraza RNA zależna od DNA
Mamy 3 różne polimerazy u Eucaryota:
Polimeraza RNA I – syntezuje rRNA
Polimeraza RNA II – jest najważniejsza, przeprowadza transkrypcję genów kodujących białko, małe jądrowe RNA, micro RNA
Polimeraza RNA III – transkrybuje geny, które kodują inne małe geny RNA, synteza tRNA,
U Procaryota mamy polimerazę RNA I podobną do eukariotycznej. Składa się z 5 podjednostek: α, α, β, β, 𝛔.
W chloroplastach znajdujemy polimerazy podobne do bakteryjnych, w mitochondriach polimeraza przypomina polimerazy bakteriofagowe.
Jakie sekwencje rozpoznają polimerazy RNA?
Sekwencje mogą być rozpoznawane na 2 sposóby:
U Procaryota : bezpośrednie oddziaływanie z polimerazą
U Eucaryota i archeonów : polimerazy RNA nie wiążą się bezpośrednio z DNA, tylko przez białka inne niż polimeraza
Sekwencje, z którymi łączy się polimeraza RNA u Procaryota to prom tory – promują, aktywują ekspresję genów (gdy gen zmutowany – nie ma ekspresji)
W sekwencjach promujących występują podobne elementy:
- 35 bx TTACA kaseta – box
- 10 bx TATGTT kaseta
Sekwencja konsensusowa – sekwencja najwyższej zgodności, nie istniejąca w przyrodzie
Promotor 35bx 10bx
Sekwencja konsensusowa 5’TTGACA3’ 5’TATAAT3’
(uzgodniona wspólna)
Operon laktozowy 5’TTTACA3’ 5’TATGTT3’
Operon tryptofanowy 5’TTGACA3’ 5’TTAACT3’
W operonie laktozowym występują sekwencje najczęściej spotykane wśród promotorów
Nazwa -35 odnosi się do numerów reszt ulegających transkrypcji
Pierwsza, która ulega transkrypcji +1
Pierwsza, która nie ulega transkrypcji -1
Miejscem startu transkrypcji jest miejscem charakterystycznym
-10 i -35 to stałe miejsca i muszą być po tej samej stronie nici
Promotory eukariotyczne muszą być bardziej złożone.
Czym jest promotor eukariotyczny?
Promotor – wszystkie sekwencje istotne dla inicjacji transkrypcji. U niektórych sekwencje mogą być bardzo liczne.
Podział promotorów eukariotycznych
- sekwencje promotora podstawowego – sekwencje w miejscach składania kompleksu
- elementy promotorowe – poza miejscem centralnym
Promotor E wydaje się być większy niż P. promotor polimerazy RNA I i polimerazy RNA II są różne. Są to struktury głównie u kręgowców
Polimeraza RNA I
Zawiera promotor typu podstawowego (zawarta między -45 +20)
UCE – element kontrolny (100 par zasad) powyżej promotora podstawowego
Polimeraza RNA II
Dużo elementów kontrolnych (syntezuje dużą ilość białek) złożoność promotorów jest ograniczona
Są geny, w których nie ma sekwencji regulatorowych. Są to sekwencje zerowe (ich transkrypcja zachodzi ciągle)