200912041236

MHN

Ryt. 7-10. Niektóre geny ulegają transkrypcji z wytaorzystaniam jako

matrycy jednej z nici DNA, Inne geny — drugiej. Kierunek transkrypcji wyznacza promotor (jśeteny gmt) znajdujący się na początku każdego 2 genów, Na rysunku przedstawiono około 0,2% (10 000 par zasad) chromosomu £. cof. w transkrypcji genów od lewej do prawej jest wykorzystywana jako matryca dolna nić, w transkrypcji genów od strony prawei do lewej — górna nić (patrz rys. 7-9)

ONA (Wmwmi f 00*

9*Al pan |

Pytanie 7-3

Czy polimerazę RN A wykorzystywaną do transkrypcji można by użyć w roli polimerazy Syntezującej startery potrzebne do replikacji DNA (replikację omówiono w rozdz. 6)?

działającej jako matryca. Miejsce promotorowe jest jednak asymetryczne i umożliwia wiązanie polimerazy RNA tylko w jednej orientacji. Folimera-za RNA, raz poprawnie usytuowana na miejscu promotorowym, nie ma możliwości wyboru łańcucha DNA. który „chciałaby" transkrybować. gdyż wydłużanie RNA może przebiegać wyłącznie w kierunku od końca 5* do 3'. Kierunek transkrypcji w odniesieniu do chromosomu jako całości ulega zmianie od genu do genu (rys. 7-10).

Prząd rozpoczęciem transkrypcji polimeru* RNA musi silni* związać się z DNA. Oznacza to, że transkrybowany może być tylko taki odcinek DNA. który poprzedza sekwencja promotorowa. Zapewnia to transkrypcję wyłącznie tych rejonów cząsteczki DNA. w których są zawarte geny. W genomie komórek bakteryjnych poszczególne geny są ułożone blisko siebie, a pomiędzy nimi znajdują się jedynie krótkie sekwencje nie ulegające transkrypcji- W DNA roślinnym i zwierzęcym (w tym człowieka) geny są umiejscowione w dużej odległości od siebie, a między jednym genem a drugim znajdują się długie odcinki DNA. liczące do 100 000 par zasad. Transkrypcja tych „przerywnikowych" rejonów DNA. które według dotychczasowej wiedzy niczego nie kodują, byłaby niepotrzebną stratą materiałowych i energetycznych zasobów komórki.'

Transkrypcja i dojrzewanie eukariotycznego RNA zachodzą równocześnie w jądrze komórkowym

5 pro

Rys- 7-U_ Powstająca w jądrze cząsteczki mRNA. zanim ulegną translacji, przedostają się do cytopłazmy przez pory w otoczce jądrowej (strzałki). Na fotografii przedstawiało przekrój jądra Komodo wątroby IŁ D W. FaacetL Ą t&abook of Histakjgf, 11-tn ed. Saunders. PMadelphta 1906)

Chociaż reguły funkcjonowania DNA jako matrycy transkrypcyjnej są jednakowe dla wszystkich organizmów, sposób traktowania transkryptn RNA przed jego wykorzystaniem w organizmach prokariotycznych i eukariotycznych jest bardzo różny W komórkach bakteryjnych DNA bezpośrednio kontaktuje się z cytoplazmą zawierającą rybosomy, na których zachodzi synteza białek. Jeszcze podczas trwającej transkrypcji rybosomy łączą się bezpośrednio z końcem S * powstającego mRNA i podejmują syntezę białka.

Natomiast w komórkach eukariotycznych DNA jest umiejscowiony w jądrze (rys. 5-19) Transkrypcja odbywa się w jądrze, ale synteza białka zachodzi na rybosomach znajdujących się w cytoplazmie. Zanim więc eukariotyczny mRNA ulegnie translacji, musi być przetransportowany z jądra do cytoplazmy przez małe pory w otoczce jądrowej (rys. 7-11); przed opuszczeniem jądra przechodzi jednak przez kilka etapów procesu dojrzewania. Reakcje te są ściśle sprzężone z transkrypcją i zachodzą w trakcie jęj trwania. Enzymy odpowiedzialne za dojrzewanie RNA podążają podczas syntezy bezpośrednio za eukariotyczną polimerazą RNA i wiążą się z powstającą cząsteczką RNA. co umożliwia rozpoczęcie procesu dojrzewania w momencie uwalniania transkryptu z polimerazy

Zależnie od rodzaju powstającego RNA— mRNA lub inny typ — trans-k ryp ty przed opuszczeniem jądra ulegają różnym procesom dojrzewania. Transkrypty, z których mają powstać mRNA, (pre-mRNA) podlegają dwóm procesom dojrzewania, polegającym na syntezie blokady, tzw. kapa (ang. cap — czapka) oraz poliadenylacji (rys. 7-12):

' Obecnie wiadomo, te introny 1 obszary międzygenowe zawierają geny kodujące £ aktywny RNA, pełniący podstawowa rolę w regulacji ekspresji genów, (przyj*.

236

Rozdział 7 Od DNA do błalkd

than.). j

®0® I

1 1

mmm

^H®0©i

.CH,

ups-

Mtw«nqi    MfeaUN*

W* W*    iWtlUf

IM

ł

■■■MMMM

Mta

Rys. 7-12. W przeciwieństwie do bakteryjnych mRNA, cząsteczki eukariotycznego mRNA są modyfikowane w wyniku syntezy kapu I poOadenytacJi. (AJ W bakteryjnych mRNA końce 5' i 3' me ulegają modyfikacji. Na końcach tych znajdują «ę nutóewyoy, od których poimeraza RNA rozpoczyna i na których kończy syntezę łańcucha RNA. W eukariotycznych mRNA do końca 5‘ transkryptu zostaje dołączony kap. a koniec 3* po odcięciu pewnego odcinka transkryptu - zaopatrzony jest w agon poHA. Rysunek Ilustruje także inną różnicę między mRNA pmkariontów i eukariontów: bakteryjny mRNA koduje kitka białek, natomiast eukariotyczny mRNA prawie zawsze zawiera instrukcje dotyczące syntezy tylko jednego białka. (8) Struktura kapu na końcu 5‘ eukariotycznych mRNA. Zauważ niezwykłe dla kwasów nukleinowych połączenie 5'-5’ między 7-metyioguanozyną (m⁷G) a resztą łańcucha RNA. Wiele eukariotycznych mRNA ulega dodatkowej modyfikacji, polegającej na metylaqi grupy 2'-hydnAsylowej w crugiej reszcie ryhozy (nJe pokazano)

1.    Przyłączanie kapu do RNA polega na modyfikacji transkryptu na końcu 5*. od którego rozpoczyna się synteza mRNA w procesie transkrypcji. Kap powstaje w wyniku przyłączenia nietypowego nu-kleotydu — nukleotydu guaninowego (G) ze związaną grupą metylową. Proces ten zachodzi, gdy polimeraza RNA zsyntezuje fragment RNA o długości około 25 nukleotydów, a więc na długo przed zakończeniem transkrypcji całego genu.

2.    Poliadenylacja polega na przyłączeniu specjalnej struktury, tzw ogona poli (A), do końca 3 * nowo tworzonych mRNA. W przeciwieństwie do bakterii, gdzie koniec 3' mRNA jest taki, na jakim zakończyła się transkrypcja, koniec 3' eukariotycznych pre-mRNA najpierw ulega przycięciu przez enzym rozcinający transkrypt w miejscu określonym przez szczególną sekwencję nukleotydów, a następnie inny enzym dołącza do niego szereg nukleotydów adeninowych, tworzących poliadenyłowy ogon mRNA (ogon poliA). Ogon ten zwykle ma długość kilkuset nukleotydów.

Przyjmuje się, że modyfikacje te, to znaczy synteza kapu i polidenyla-cja, zwiększają stabilność cząsteczek mRNA i odgrywają ważną rolę podczas ich eksportu z jądra do cytoplazmy oraz umożliwiają odróżnienie mRNA od innych typów RNA. W cytoplazmie stanowią ponadto wskazówkę dla aparatu translacyjnego, że mRNA jest kompletny, czyli zawiera wszystkie informacje potrzebne do syntezy białka.

Geny eukariotyczne sq poprzerywane sekwencjami niekodującymi

Większość eukariotycznych RNA, zanim stanie się funkcjonalnymi cząsteczkami, musi ulec dalszym procesom dojrzewania. Polegają one na znacznie bardziej radykalnych zmianach niż synteza kapu lub poliadenylacja i są konsekwencją zadziwiającej aranżacji genów u eukariontów.