Translacja - proces, w którym następuje odczyt informacji genetycznejz mRNA i synteza białka. Biorą w nim udział oprócz matrycy ( mRNA ) i aminokwasów także cząsteczki tRNA ( dostarczające aminokwasów ), rybosomy oraz szereg czynników wspomagających.
Przetransportowany do cytoplazmy mRNA może ulec translacji, bądź też zostać szybko zdegradowany, jeśli białko jakie jest przezeń zakodowane występuje w komórce w dostatecznej ilości. I tak na przykład mRNA dla histonów jest bardzo stabilne w fazie S cyklu komórkowego, tj.
w tym momencie, kiedy obserwuje się najwyższe zapotrzebowanie na histony. Zatem w fazie S następuje translacja mRNA histonowego. W innych fazach cyklu komórkowego stabilność tych transkryptów jest ok. 5-krotnie niższa, co oznacza, że ulegają one degradacji.
Wniosek z tego, że synteza białka zachodzi w zależności od potrzeb komórki, a zatem regulacja ekspresji informacji genetycznej odbywa się także na etapie poprzedzającym translację.
Rybosomy
Miejscem syntezy białka są organella komórkowe zwane rybosomami. Występują one oprócz cytoplazmy także w mitochondriach i chloroplastach, ale te rodzaje rybosomów nie będą tematem naszych rozważań. Rybosomy w cytoplazmie mogą występować w formie wolnej lub związanej z retikulum endoplazmatycznym. Pierwsze z nich uczestniczą w translacji białek cytosolowych, a drugie białek eksportowanych do wnętrza retikulum oraz na zewnątrz komórki. Obydwa rodzaje rybosomów zbudowane są z dwóch podjednostek:
małej, której stała sedymentacji wynosi 40S;
dużej o współczynniku sedymentacji równym 60S.
Składają się one z rybosomalnego RNA ( 18S rRNA małej podjednostki; 5, 5.8, 26 ( 28S rRNA dużej podjednostki ) oraz kilkudziesięciu białek, których skład różni się między obydwiema "częściami" rybosomu. W obrębie rybosomu wyróżnia się trzy istotne miejsca zwane E ( exit - tędy wychodzi "zużyty" tRNA ), A ( aminokwasowe ), P ( peptydowe ), o których będzie mowa w dalszych częściach tego rozdziału.
Przebieg translacji
Translacja mRNA zachodzi w kierunku 5'(R) 3', zatem pierwszy aminokwas syntetyzowanego polipeptydu zakodowany jest przez kodon ( patrz Kod genetyczny ) leżący bliżej 5' końca transkryptu. Natomiast najwcześniej wbudowanymi aminokwasami powstającego białka są te, które stanowią jego N - terminalną część. Wynika to z mechanizmu tworzenia wiązań peptydowych między sasiadujacymi aminokwasami ( patrz "Chemiczne podstawy biologii molekularnej" ).
Translację podzielić można na trzy zasadnicze etapy:
inicjację,
elongację,
terminację.
Inicjacja
Pierwszym etapem syntezy białka jest przyłączenie mRNA do mniejszej podjednostki rybosomu ( 40S ) w obecności inicjatorowego tRNA i szeregu czynników inicjujących.
U eukariontów pierwszym kodonem ulegającym translacji jest kodon AUG ( tzw. kodon start ), kodujący metioninę.
Ponieważ w mRNA trójek takich może być bardzo wiele, miejsce początku translacji wyznacza ten kodon, który położony jest najbliżej 5' końca. W poszukiwaniu pierwszego tj. inicjacyjnego kodonu metioninowego biorą udział czynniki zwane eIF3 i eIF4, z których pierwszy przyłącza do struktury czapeczki kompleks białkowy ( tzw. CBP ) oraz odszukuje AUG, natomiast drugi - eIF4 dostarcza energii do poszukiwań. Zanim jednak rybosom ze związanym białkiem eIF3 zacznie kroczyć po mRNA w poszukiwaniu AUG, do podjednostki 40S zwiazany zostaje inicjatorowy aminoacylo tRNA tj. tRNA niosący cząsteczkę aminokwasu - tu metioniny. Gdy przesuwająca się po mRNA podjednostka 40S ze związanym Met-tRNA natrafi na kodon "start" następuje przyłączenie większej podjednostki rybosomu ( 60S ).
Nazwa czynnika |
Funkcje |
eIF2 |
|
eIF3 |
Odszukiwanie kodonu inicjacyjnego Uniemożliwianie asocjacji podjednostek rybosomowych pod nieobecność innych czynników inicjacyjnych |
eIF4 |
Dostarczanie energii niezbędnej w działaniu eIF3 z hydrolizy ATP |
eIF5 |
Indukcja uwolnienia eIF2 i eIF3 kosztem energii z hydrolizy GTP ( związanego z eIF2 ) |
Przkłady eukariotycznych czynników inicjacyjnych
Inicjacja translacji stanowi kolejny punkt kontrolny w ekspresji informacji genetycznej. Regulacja ekspresji na tym etapie odbywa się za pośrednictwem czynnika eIF2, który zdolny jest do inicjowania translacji tylko wtedy, gdy posiada przyłączoną cząsteczkę GTP. W nieaktywnym eIF2 przyłączony jest GDP, który może być wymieniony na GTP za pośrednictwem białka GEF, w wyniku reakcji:
Reakcja ta jednak może być zaburzona wskutek fosforylacji eIF2 nieaktywnego, w którym niemożliwa jest wymiana nukleotydu guanylowego ( GDP/GTP ). Innymi słowy, fosforylacja skazuje białko eIF2 na brak aktywności.
Elongacja łańcucha polipeptydowego
Po złożeniu rybosomu, tj. przyłączeniu podjednostki 60S do powstałego układu, przez odpowiednie tRNA dostarczane są kolejne aminokwasy. Rybosom przesuwa się stopniowo wzdłuż nici mRNA, do której na zasadzie komplementarności dopasowują się cząsteczki aminoacylo tRNA. Dopasowanie to dotyczy obszaru antykodonu tj. trójki nukleotydów (z tRNA) "pasujących" do kodonu z mRNA. I tak z kodonem CAC oddziaływać będzie tRNA zawierający antykodon GUG i niosący histydynę.
Do kolejnego aminokwasu dostarczonego w miejsce A rybosomu przez aminoacylo tRNA przyłącza się za pośrednictwem grupy karboksylowej wcześniej odczytany aminokwas występujący w danym momencie - jeszcze w postaci związanej z tRNA - w miejscu P rybosomu. Tzn. jeśli pierwszym kodonem jest AUG, drugim CAC, a trzecim UUU będziemy mieli do czynienia z następującymi zmianami na terenie rybosomu:
1. Do dostarczonej jako drugiej w kolejności histydyny przyłącza się inicjacyjna metionina. Na tRNA histydynowym ( w miejscu A ) tworzy się dipeptyd Met-His i przesuwa się w miejsce P.
2. Do przyłączonej jako trzeciej fenyloalaniny grupą karboksylową przyłączy się dipeptyd Met-His i powstanie trójpeptyd Met-His-Phe, przemieszczany jak poprzednio w miejsce P.
Ogólny schemat translacji
Teoria adaptorowa dotycząca rozpoznawania kodonów
Tak więc, wydłużanie się łańcucha polipeptydowego polega na przyłączaniu kolejnych aminokwasów na jego C-końcu. Elongację łańcucha polipeptydowego umożliwiają tzw. czynniki elongacyjne m.in. eEF1( i eEF1( odpowiedzialne za dostarczanie aminoacylo tRNA, oraz eEF2 odpowiedzalny za translokację tj. przeniesienie z m-ca A na m-ce P odbywającą się kosztem energii z GTP.
Cykl elongacyjny
Terminacja
Translacja kończona jest w miejscu, w którym wystąpi jeden spośród trzech kodonów terminacyjnych tzw. kodonów "stop" ( UAG, UGA, UAA ). Wymienione trójki nukleotydowe rozpoznawane są w odróżnieniu do całej reszty nie przez amino-acylo tRNA, a przez tzw. czynnik uwalniający eRF. Czynnik ten aktywuje enzym rozcinający wiązanie między polipeptydem a cząsteczką tRNA, która dostarczyła ostatniego aminokwasu, czego skutkiem jest uwolnienie łańcucha polipeptydowego. Zdarzenie to jest uwieńczeniem szeregu procesów, jakie obejmuje ekspresjia informacji genetycznej.
Podsumowując:
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;
Translacja
Translacja, czyli biosynteza bialek jest ostatnim etapem ekspresji informacji genetycznej. Po przepisaniu informacji z nukleotydowej sekwencji DNA na RNA (mRNA), translacja pozwala na przetlumaczenie szyfru nukleotydowego na jezyk aminokwasow w bialku.
System translacji dziala podobnie zarowno u organizmow prokariotycznych, jak i u eukariotycznych, z ta roznica, ze u Eucariota nastepuje przestrzenne oddzielenie transkrypcji od translacji (translacja odbywa sie na terenie cytoplazmy co wiaze sie z koniecznosca transportu mRNA z przedzialu jadrowego).
Przed omowieniem samego procesu translacji, nalezy wspomniec o strukturach niezbednych do jego przeprowadzenia, sa nimi:
Obok tych struktur, w procesie biosyntezy bialka biora udzial rowniez: matrycowe RNA (mRNA) oraz wysokoenergetyczne zwiazki, ktorych zadaniem jest dostarczenie energii (najprawdopodobniej sa nimi czasteczki GTP).
W procesie translacji poszczegolne skladniki musza znalesc sie w scisle okreslonym polozeniu w stosunku do siebie, zatem czasteczki bioroce w nim udzial musza zostac uporzadkowane przestrzennie. Taka porzadkujaca funkcje pelnia rybosomy. Latwosc dysocjacji i asocjacji obu podjednostek rybosomalnych umozliwia skutecznie wiazanie sie tych organelli z mRNA oraz aminoactlo-tRNA.
Rozpoznanie odpowiedniego tripletu nukleotydowego na mRNA odbywa sie dzieki dzieki uniwersalnej dla oddzialywan miedzy kwasami nukleinowymi regule komplementarnosci (antykodon z tRNA musi sie laczyc z odpowiednim kodonem polozonym na mRNA).
Po zwiazaniu sie mRNA pomiedzy dwie podjednostki, w miejsca A i P rybosomu dolaczane sa odpowiednie aminoacylo-tRNA. Pierwszym, dolaczanym do kodonu inicjatorowego (AUG), jest zwykle aminoacylo-tRNA, zwiazane z N-formylomietionina. (tzw. f-Met-tRNA).
Dalej proces translacji zachodzi w nastepujacych po sobie cyklach. Poszczegolne fazy jednego z takich cykli przedstawiaja sie nastepujaco:
W miejscu P rybosomu znajduje sie tRNA z dolaczonym f-Met-tRNA lub tRNA z fragmentem lancucha polipeptydowego, jesli jest to jeden z dalszych cykli. Oczywiscie wymienione poprzednio tRNA musza miec antykodony komplementarne do kodonow na mRNA.
Do wolnego miejsca A dolacza sie nowy aminoacylo-tRNA z antykodonem odpowiadajacym trojce, znajdujacej sie wlasnie w tym miejscu.
Nastepnym etapem jest wytworzenie wiazania peptydowego pomiedzy aminokwasem znajdujacym w miejscu A a fragmentem lancucha polipeptydowego. Dzieki temu lancuch wydluza sie o jeden aminokwas i przenoszony jest w miejsce A rybosomu. Tworzenie lancucha polipeptydowego ma charakter enzymatyczny, katalizatorem jest w niej fragment RNA z duzej podjednostki.
W kolejnej fazie zdeacylowany tRNA z jest odrzucany z miejsca P, a na jego miejsce przesuwa sie tRNA z dolaczonym fragmentem polipeptydu. Towarzyszy temu przemieszczenie sie mRNA (translokacja), przy uzyciu energii z wysokoenergetycznych wiazan GTP. W ten sposob, ze naprzeciw wolnego juz miejsca A pojawia sie kolejny kodon, odpowiadajacy nowemu aminokwasowi.
Proces translacji konczy sie, gdy w miejscu A pojawi sie jeden z kodonow terminacyjnych (UGA - opal, UAA - ochre lub UAG - amber). Zadnemu z trzech kodonow stop nie odpowiada aminokwas. W rezultacie dochodzi do dolaczenia czynnikow terminacyjnych (RF), ktore powoduja uwalnianie polipeptydowego produktu oraz dysocjacje calego kompleksu rybosomowego.
Powstaly polipeptyd musi ulec pewnym modyfikacjom chemicznym m.in. proteolitycznemu obcieciu N-formylometioniny, a nastepnie przyjac odpowiednia konformacje, ktora pozwoli na pelnienie odpowiedniej funkcji.
TRANSKRYPCJA
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.
Jak już wspomniano, każdy z etapów ekspresji jest bardzo złożony. Sama transkrypcja nie jest wyjątkiem, dzieli się ją bowiem dalej na trzy następujące po sobie zdarzenia:
inicjację transkrypcji,
terminację.
Inicjacja transkrypcji
Zanim będzie można przejść do omawiania tytułowego zagadnienia, należy zapoznać się z budową genu eukariotycznego, który jest jednostką kodującą białko. Takie ujęcie znaczenia genu może być bardzo mylące, gdyż sugeruje ono, że cały gen ( od pierwsze go do ostatniego nukleotydu ) niesie informację o strukturze białka.
W rzeczywistości jednak takie wskazówki zawarte są jedynie we fragmentach genu zwanych egzonami. W obrębie tej części genu, która zostanie przepisana na mRNA oprócz egzonów występują również fragmenty będące najczęściej nic nie znaczącymi wtrętami. Określa się je mianem intronów. Jakkolwiek w czasie transkrypcji te "zbędne" fragmenty przepisywane są tak samo jak egzony na nić pierwotnego mRNA ( pre-mRNA ), tak przed zajściem translacji są one eliminowane.
Gen oprócz obszaru transkrybowanego zawiera jeszcze promotor i terminator odpowiednio na swoim 5' i 3' końcu, przy czym jedno i drugie należy pojmować raczej jako obszary funkcjonalne a nie jedynie strukturalne.
Schemat budowy genu eukariotycznego na przykładzie genu ssaczego i drożdżowego ( z uwzględnieniem elementów regulatorowych )
Inicjacja transkrypcji to ten moment, w którym odbywa się najbardziej precyzyjna kontrola ekspresji. To, czy dany gen w konkretnej komórce zostanie w danym momencie wyrażony, tzn. czy zostanie zsyntetyzowane określone białko, zależy w głównej mierze od tego, czy transkrypcja zostanie zapoczątkowana. Oczywiście zdarza się, że transkrypcja zachodzi, ale na dalszych etapach ekspresja zostaje wygaszona, czego skutkiem jest brak syntezy białka. Jednakże generalnie inicjacja transkrypcji jest głównym punk tem kontrolnym ekspresji.
Jako inicjację określa się zdarzenia zachodzące w obrębie promotora, a także daleko położonych rejonów zwanych enhancerami ( wzmacniaczami ), które umożliwiają polimerazie II RNA podjęcie działania.W przeciwieństwie do prokariontów u polimeraza II RNA wymaga do zapoczątkowania reakcji obecności pewnych białek, które określa się mianem czynników transkrypcyjnych tzw. TF-ów ( ang. transcription factors ). Białka te w określonym porządku wiążą się do DNA w obrębie promotora, enhancerów bądź silencerów.
To właśnie ich obecność lub brak w danej komórce ( czy tkance ) decyduje w znacznej mierze o rozpoczęciu lub też nie transkrypcji konkretnego genu. Oprócz białek na transkrypcję mogą również wpływać hormony.
Należy tu jednak zaznaczyć, że jakkolwiek TF-y są istotne w regulacji ekspresji informacji genetycznej, tak najważniejsza jest struktura chromatyny. Wiadomo, że aby zaszła transkrypcja danego genu musi mieć do niego dostęp "aparat enzymatyczny". Jeś li gen jest łatwo dostępny i komórka dysponuje odpowiednimi TF-ami, transkrypcja zachodzi. Jeżeli natomiast gen jest "ukryty" przed polimerazą nic nie pomoże obecność optymalnego zestawu czynników transkrypcyjnych. To, czy dany gen jest łatwo czy trudno d ostępny zależy od tego jaka jest struktura chromatyny w rejonie, w którym występuje. Im silniejsza jest jej kondensacja tym mniejsza możliwość przyłączenia enzymu. Okazuje się, że w różnych tkankach różne rejony DNA są mocno skondensowane ( sheterochroma tynizowane ). Tak więc, jeżeli wiadomo, że konkretny gen w danej tkance nie ulega transkrypcji z dużym prawdopodobieństwem można stwierdzić, że obszar w którym się lokuje jest niedostępny dla aparatu transkrypcyjnego.
Rejony DNA o funkcjach regulacyjnych
Sterowanie transkrypcją - przez związanie czynników białkowych czy hormonalnych - może odbywać się z różnych miejsc na DNA. Miejsca te mogą leżeć w obrębie genów ( promotory ), lub też w odległości kilku tys. nukleotydów ( enhancery, silencery ).
Promotory
Obszar promotorowy genu znajduje się na jego 5' końcu i zawiera kilka istotnych rejonów rozpoznawanych przez polimerazę II RNA ( najbliżej miejsca startu transkrypcji ) oraz czynniki transkrypcyjne. Spośród wspomnianych rejonów najistotniejszym i na jbardziej powszechnym 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'. Obecność kasety TATA, choć niezbędna w przypadku prawie wszystkich genów; nie jest wystarczająca, aby z promotora ruszyła transkrypcja. Do pełnej aktywności promotora niezbędne są inne sekwencje występujące w rejonie od -110 do -40
( odległość podana w liczbie nukleotydów na lewo od miejsca startu transkrypcji ). Kaseta TATA stanowi tzw. część rdzeniową promotora. Ponadto promotory genów zawierają inne - nie tak powszechne - sekwencje, które odgrywają znaczącą rolę w poszczególnych tkankach zaopatrzonych w białka rozpoznające owe sekwencje.
Schemat promotora genu eukariotycznego, uwzględniający rejony najbardziej powszechne )
Enhancery i silencery
Enhancery to sekwencje wzmacniające aktywność promotorów. Położone mogą być nawet w znacznej odległości od genu i zachowują zdolność regulacyjną także po eksperymentalnej zmianie orientacji o 180( względem genu. Do enhancerów wiążą się czynniki trans krypcyjne określane jako aktywatory, które odziaływują z polimerazą II RNA i TF-ami promotorowymi. Możliwość oddziaływań enhancer : promotor mimo odległości pomiędzy nimi wynoszącej niekiedy kilka tys. p.z. istnieje dzięki dużej elastyczności nici DNA. Ow a elastyczność objawia się zdolnością DNA do dowolnego wyginania się.
Interakcje enhancer : promotor
Enhancery - rozumiane jako sekwencje -obecne są w każdej komórce ( pamiętamy, że DNA we wszystkich komórkach organizmu jest identyczny ), natomiast tylko w niektórych wykazują aktywność wzmacniającą. Jest to znaczący fakt w regulacji ekspresji info rmacji genetycznej, a bierze się on z różnic w składzie białek komórkowych poszczególnych tkanek. A zatem istnieją enhancery tkankowo-specyficzne wzmagające transkrypcję tylko tam, gdzie obecne są białka wiążące się w ich obrębie. Enhancery mają także is totne znaczenie w regulacji transkrypcji przez hormony steroidowe.
Silencery - ( ang. silence - cisza ), sekwencje służące wyciszeniu aktywności promotora; podobnie jak enhancery mogą być w różnym stopniu oddalone od genu w obu kierunkach, a także występować w jego wnętrzu.
Ciekawą sytuację można zaobserwować w regulacji transkrypcji genów immunoglobulin ( białek syntetyzowanych jedynie w limfocytach B ). W tym przypadku silencer wbudowany jest w obrębie enhancera, a jego znaczenie uwidocznia się w komórkach innych niż limfocyty B. Jest to swoiste zabezpieczenie przed ekspresją genów immunoglobulin związane z inaktywacją enhancera.
Związki sterujące transkrypcją
Regulacja każdego procesu może odbywać się na dwa sposoby: pozytywny bądź negatywny.
Ponieważ w przypadku transkrypcji eukariotycznej lepiej poznano regulację pozytywną najwięcej uwagi zostanie poświęcone aktywatorom, czyli związkom umożliwiającym polimerazie II RNA rozpoczęcie syntezy nici pre-mRNA (zobacz i porównaj: mRNA).
A. Czynniki transkrypcyjne wiążące się z promotorem.
Eukariotyczna polimeraza II RNA sama w sobie nie jest zdolna do przyłączenia się do DNA, a co za tym idzie 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
Jako pierwszy do DNA wiąże się TFIID. Jest to kompleks, w którego skład wchodzi TBP oraz czynniki towarzyszące TBP tzw. TAF ( TBP associated factors ). TBP to białko wchodzące w bezpośrednią interakcję z DNA w obrębie TATA box. Ma ona postać siodła nasadzającego się na nić kwasu nukleinowego w taki sposob, że jego krańcowe fragmenty wciskają się między pary zasad w DNA. Wnikanie pomiędzy zasady nici komplementarnych powoduje lekkie ( pierwotne ) rozplecenie helisy, konieczne w procesach takich jak omawiana tu transkrypcja, czy też replikacja.
fig. Model przestrzennej budowy TBP
W dalszej kolejności przyłączeniu do promotora ulega TFIIB i polimeraza II RNA ( w kompleksie z TFIIF ). TFIIF nie kontaktuje się z DNA podobnie jak TFIIE przyłączający się do powstałego kompleksu białkowego jako ostatni.
Nazwa czynnika |
Funkcje |
TFIID - TBP
|
Przyłączanie się do TATA box ( rozluźnianie helisy DNA ) Umożliwianie TFIIB przyłączania się do DNA Regulacyjne ( aktywacja, represja ) |
TFIIB |
Umożliwianie łączenia się kompleksu polimerazy i TFIIF z DNA |
TFIIF |
Kierowanie polimerazy II RNA do promotora |
TFIIE |
Stymulacja aktywności TFIIH |
TFIIH |
Rozplatanie helisy DNA (aktywność helikazy ) Dostarczanie energii niezbędnej do zajścia reakcji ( hydroliza ATP ) Fosforylacja polimerazy ( modyfikacja aktywująca enzym ) |
Czynniki budujące wraz z polimerazą II RNA kompleks inicjacyjny
Omówiony powyżej kompleks nosi nazwę podstawowego aparatu transkrypcyjnego i mimo tego, iż jest zdolny do przeprowadzenia transkrypcji robi to w znikomym i niewystarczającym do wyraźnej ekspresji genu stopniu. Do promotora (oprócz wymienionych TF-ów ) przyłączają się również białka takie jak, wspomniane wcześniej ssacze Sp1, NF1 oraz szereg innych.
Przykładem białek tkankowo- specyficznych są tzw. OTF2A i OTF2B, które obecne jedynie w limfocytach B - przyłączając się do promotora - umożliwiają ekspresję genów immunoglobulin.
B. Czynniki wiążące się z sekwencjami spoza promotora
Dla transkrypcji, której efektem byłaby intensywna synteza RNA ( warunek wyrażenia genu ) niezbędna jest obecność związków wzmagających transkrypcję podstawową. Są to aktywatory transkrypcji łączące się z DNA w rejonach enhancerowych. Kierunki oddzi aływań aktywatorów obrazuje poniższy rysunek.
Kierunki oddziaływań aktywatorów transkrypcji
Jak widać, aktywatory mogą wpływać bezpośrednio na białka aparatu podstawowego, bądź też za pośrednictwem koaktywatorów. Związki aktywujące mogą mieć różny charakter: białkowy ( w przeważającej części ), lub też steroidowy.
Czynniki białkowe stale obecne w danej tkance są dla niej charakterystyczne i swoje funkcje w połączeniu z enhancerem mogą spełniać tylko w niej.
Czynniki steroidowe, a konkretnie hormony takie jak np.glukokortykoidy pojawiają się w odpowiedzi na bodźce środowiskowe i są transportowane z miejsc syntezy do komórek docelowych. Hormon, który dociera do komórki przeznaczenia wiąże się z receptore m ( nie wszystkie komórki mają receptory na produkowane przez organizm hormony ) i tak powstały układ - hormon : receptor - przyłącza się do enhancera regulując w ten sposób transkrypcję.
Aktywowanie transkrypcji przez układ hormon : receptor
Podsumowując:
1. 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.
Po spełnieniu wszystkich warunków koniecznych do rozpoczęcia reakcji przez polimerazę II RNA, następuje synteza łańcucha pre-mRNA ( czyli prekursora mRNA) w kierunku od 5' do 3' końca. Trankrypcja jednego fragmentu katalizowana jest przez jedną cząs teczkę enzymu.
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.
Polimeraza II RNA zlokalizowana jest w nukleoplazmie i oprócz syntezy mRNA przeprowadza tam również syntezę snRNA ( ang. small nuclear RNA ) tj. cząsteczek, o których mowa będzie przy okazji splicingu.
Jak działa polimeraza II RNA?
Jak wiadomo zadaniem polimerazy II RNA jest przepisywanie informacji zawartej w genie ( DNA ) na język RNA. Informacja ta ( dotycząca struktury białek ) zapisana jest tylko w jednej nici DNA, w tzw. nici kodującej. Druga nić - komplementarna - nie niesie informacji o białku, a stanowi matrycę dla polimerazy, która syntetyzuje pre-mRNA (zobacz i porównaj: mRNA) na zasadzie komplementarności. Zasada ta polega na wbudowywaniu do powstającej nici informacyjnego RNA nukleotydu adeninowego (A) jeśli w odczytywanym miejscu na mat rycy obecny jest nukleotyd tyminowy (T), guaninowego (G) jeśli na matrycy jest cytozynowy (C) itd.(Tabela)
Nukleotyd na matrycy |
|
A |
U |
T |
A |
G |
C |
C |
G |
A zatem transkrypt jest komplementarny do nici matrycowej i homologiczny z nicią kodującą.
Należy jednak pamiętać, że jakkolwiek homologami G, C i A w pre-mRNA (zobacz i porównaj: mRNA) są rybonukleotydy niosące te same zasady azotowe, to homologiem T jest rybonukleotyd zawierający uracyl (U) a nie tyminę.
Porównanie sekwencji pre-mRNA (zobacz i porównaj: mRNA) z sekwencjami nici kodującej i matrycowej genu.
( kolorem czerwonym oznaczono nić kodującą, a zielonym nić matrycową )
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
Zgodnie z tym co zostało powiedziane, enzym syntetyzujący pre-mRNA sunąc po DNA dobiera odpowiednie rybonukleotydy i przyłącza je kolejno w kierunku 5'- 3'( tzn. do wolnej grupy 3'OH pierwszego nukleotydu przyłączona zostaje 5' grupa fosforanowa kol ejnego nukleotydu ). Kierunek ten obowiązuje w każdej reakcji polimeryzacji kwasów nukleinowych i wynika z mechanizmu tworzenia wiązań między sąsiadującymi ze sobą nukleotydami - wiązań fosfodiestrowych. ( Patrz. Chemiczne podstawy biologii molekularnej. ) Polimeraza RNA jest enzymem wprowadzającym więcej pomyłek od polimerazy DNA ponieważ nie wykazuje właściwości korekcyjnych, stąd przepisanie informacji z DNA na RNA nie jest tak wierne jak z DNA na DNA w procesie replikacji. Brak systemów korekcyjnych w transkrypcji nie niesie ze sobą dla komórki poważnych konsekwencji, gdyż nieprawidłowa cząsteczka mRNA jest jedną wśród wielu prawidłowych.
Synteza łańcucha pre-mRNA (zobacz i porównaj: mRNA) zaczyna się zwykle od związania przez enzym nukleotydu guaninowego lub adeninowego, do których przyłączane są kolejne ,, cegiełki''.
Wydłużanie łańcucha pre-mRNA (zobacz i porównaj: mRNA) kończy się w miejscach terminacji, które dosyć dokładnie poznane są u Procaryota, natomiast nadal słabo scharakteryzowane u organizmów wyższych.
Podsumowanie:
1. Transkrypcją rządzi zasada komplementarności.
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.
Aksonema - kompleks mikrotubul, zbudowana jest z dwóch centralnie umiejscowionych mikrotubul, otoczonych przez 9 mikrotubularnych dubletów: tubula A i tubula B. Aksonema stanowi podstawowy aparat ruchowy komórki, od jej budowy zależy czy rzęska będzie prawidłowo wykonywać swoje funkcje. Strukturę aksonemy stanowi charakterystyczny układ mikrotubul "9+2", oznaczający 9 dubletów mikrotubul rozmieszczonych symetrycznie na obwodzie aksonemy otaczających parę pojedynczych mikrotubul znajdujących się w środku. Obwodowe dublety składają się z dwóch podjednostek: A - zbudowanej z 13 protofilamentów tubulinowych oraz B - zbudowanej z 11 protofilamentów tubulinowych, połączonych ze sobą przez wspólny odcinek ściany. Na każdej podjednostce A występują dwa ramiona dyneiny - wewnętrzne i zewnętrzne - skierowane do podjednostki B kolejnego dubletu zgodnie z ruchem wskazówek zegara (oglądane od podstawy rzęski ku górze). Poszczególne dublety mikrotubul połączone są z sąsiednimi dubletami poprzez wiązania neksynowe oraz z otoczką centralną poprzez promienie łączące. Otoczka ta otacza dwie mikrotubule centralne.
Wyszukiwarka