Transkrypcja
Transkrypcja przebiega w dwóch etapach:
1. Inicjacja transkrypcji
Obejmuje budowanie powyżej sekwencji kodującej genu kompleksu białkowego złożonego z polimerazy RNA i
różnych dodatkowych białek. Tworzenie i aktywność tego kompleksu podlega regulacji. Efektem tego etapu jest
gotowość do rozpoczęcia syntezy transkryptu RNA.
2. Synteza transkryptu RNA
Rozpoczyna się po opuszczeniu rejonu inicjacji przez polimerazę RNA. Obejmuje elongację i terminację. Efektem tego
etapu jest bądz
bezpośrednie uzyskanie funkcjonalnego transkryptu, bądz
przekształcenie pierwotnego transkryptu
poprzez obróbkę i modyfikacje w dojrzałą funkcjonalną cząsteczkę.
Polimerazy RNA zależne od DNA:
Eucaryota  przynajmniej trzy, o masie ponad 500kDa, zbudowane z 8-12 podjednostek:
Polimeraza RNA I  transkrypcja wielokopijnych jednostek powtórzonych zawierających geny kodujące 28S, 5.8S i
18S rRNA;
Polimeraza RNA II  transkrypcja genów kodujących białka, sarna (bierze udział w obróbce RNA) oraz mi RNA;
Polimeraza RNA II  transkrypcja małych cząsteczek RNA: tRNA, 5S rRNA, U6-snRNA, snoRNA.
Archeony  jedna polimeraza RNA podobna do eukariotycznych.
Procaryota - jedna polimeraza RNA, która transkrybuję wszystkie geny w genomie. Struktura zupełnie inna od
eukariotycznej, składa się z 5 podjednostek: ą2�� �. Podjednostki ą, � i � odpowiadają trzem największym
podjednostkom polimeraz Euc. Charakterystyczna dla bakteryjne polimerazy jest podjednostka �.
Chloroplasty  polimerazy RNA podobne do bakteryjnych
Mitochondria  polimeraza RNA, zbudowana z jednej podjednostki, podobna do polimeraz RNA bakteriofagów.
Sekwencje rozpoznawane w procesie inicjacji transkrypcji:
Kompleksy inicjacyjne budowane są w określonych miejscach na DNA. Miejsca te wyznaczają określone sekwencje
rozpoznawane bezpośrednio przez polimerazę RNA lub białka wiążące DNA. U Procaryota sekwencję, z którą wiąże
się bakteryjna polimeraza RNA nazwano promotorem. Sekwencja promotora u E. Coli, składa się z dwóch
sześcionukleotydowych segmentów, które nazwano:
blok  35 5 -TTGACA-3
blok  10 5 -TATAAT-3
Podane sekwencje  uśrednione; sekwencje konkretnych promotorów mogą się różnić.
Nazwy bloków określają ich położenie w stosunku do miejsca rozpoczęcia transkrypcji. Pierwszy transkrybowany
nukleotyd oznacza się +1. Przeważnie jest on położony w odległości 20-600 nt powyżej miejsca będącego początkiem
rejonu kodującego genu. Znaczenie ma odległość między dwoma blokami. Warunkuje ona ich położenie po tej samej
stronie helisy i umożliwia oddziaływanie z podjednostką polimerazy RNA odpowiedzialną za wiązanie z DNA.
U Eucaryota promotor ma strukturę modułową obejmującą wszystkie sekwencje rozpoznawane przez białka
kompleksu inicjacyjnego oraz inne sekwencje będące miejscami wiązania białek regulatorowych. Dlatego ekspresja
jest efektem działania kombinacji modułów w obrębie promotora i ich wzajemnego położenia. A działanie modułu
zależy od związania z konkretnym białkiem. Ilość istotnych do inicjacji sekwencji/modułów jest różna dla różnych
genów. Wyróżniamy:
- sekwencje promotora podstawowego
- położone powyżej i poniżej elementy promotorowe.
Każda z trzech eukariotycznych polimeraz RNA rozpoznaje różne sekwencje promotorowe i to właśnie struktura
promotora decyduje o tym, która polimeraza przeprowadza transkrypcję.
Promotory polimerazy I:
- promotor podstawowy  obejmuje miejsce startu transkrypcji -45 do +20
- położony powyżej element kontrolny  UCE (upstream control element), ok. 100 bp powyżej
Promotory polimerazy II:
bardzo różne, występują w odległości do kilku tys. nt. powyżej miejsca startu
- promotor podstawowy: co najmniej z dwóch segmentów:
- blok  25, sekwencja TATA
- sekwencja inicjatorowi  Inr obejmująca nukleotyd +1
Inne moduły promotora podstawowego  moduły konstytutywne  niespecyficzne:
- PSE  położone powyżej sekwencje kontrolne np. blok CAAT, blok GC, oktamer
- DPE  położone poniżej sekwencje kontrolne
Oprócz wymienionych istnieje jeszcze kilka sekwencji, które stanowią elementy promotorowe polimerazy II RNA:
- moduły odpowiedzi  regulują inicjację w odp. na ogólne sygnały z zewnątrz np. moduł odpowiedzi na cAMP, odp.
na szok cieplny
- moduły komórkowo specyficzne  w promotorach genów ulegających ekspresji w wybranych tkankach
- moduły wiążące regulatory rozwoju  regulacja ekspresji genów aktywnych w określonych etapach rozwoju
Niektóre geny mają promotory alternatywne, z których powstają różne wersje transkryptu tego samego genu.
Promotory polimerazy III:
różnią się między sobą i można je podzielić na trzy grupy:
- W przypadku dwóch z tych grup sekwencje istotne dla transkrypcji znajdują się wewnątrz transkrybowanych
genów. Obejmują one 50 -100bp i składają się z dwóch konserwatywnych bloków oddzielonych rejonem zmiennym.
- Trzecia grupa promotorów polimerazy RNA III jest podobna do promotorów polimerazy RNA II, posiadają m.in.
sekwencję TATA.
Budowanie kompleksu inicjującego transkrypcję:
Każda polimeraza rozpoczyna transkrypcję przez bezpośrednie lub pośrednie (poprzez białka) przyłączenie się do
sekwencji promotora lub promotora podstawowego.
Zamknięty kompleks promotorowy przekształca się w otwarty kompleks promotorowy na skutek zerwania wiązań
łączących pewną liczbę par zasad otaczających miejsce startu transkrypcji.
Następnie polimeraza przesuwa się dalej, jednak proces opuszczenia promotora nie zawsze kończy się sukcesem i
transkrypcją genu. Efektywna inicjacja prowadzi do powstania kompleksu polimerazy zdolnego do opuszczenia
promotora i rozpoczęcia transkrypcji. Inicjacja transkrypcji jest ważnym etapem, na którym zachodzi kontrola
regulacji ekspresji genomu.
Inicjacja u Procaryota
U bakterii kompleks reinicjacyjny zawiera:
- rdzeń polimerazy RNA
- jeden z typów podjednostki � (różny dla różnych promotorów). Może zawierać również aktywator lub represor.
Podjednostki ą oddziałują z UP (położonym powyżej elementem promotorowym). Podjednostka � przyłącza się ściśle
do rdzenia polimerazy i umożliwia:
- rozpoznanie promotora
- stopienie DNA
Powstaje otwarty kompleks promotorowy.
U Proc. podjednostka � polimerazy RNA rozpoznaje specyficzną sekwencję DNA blok  35 i w efekcie powstaje
zamknięty kompleks promotorowy. Następnie współdziałanie podjednostek � i � prowadzi do rozerwania par zasad
w obrębie bloku  10 i przekształcenia zamkniętego kompleksu promotorowego w kompleks otwarty. Podjednostka �
oddysocjowuje po zakończeniu inicjacji transkrypcji. prowadzi to do przekształcenia holoenzymu w rdzeń enzymu
przeprowadzającego kolejny etap transkrypcji  elongację.
INICJACJA
Polimeraza RNA łączy sie z podjednostką sigma tworząc holoenzym.
- Rozpoznanie promotorów i inicjacji transkrypcji.
- Podjednostka sigma niezbędna do wiązania z matryca i rozpoczęcia transkrypcji.
- Różne podjednostki sigma rozpoznają różne sekwencje promotorowe.
Holoenzym polimerazy łączy się do promotorów i rozplata helise.
- Słabe wiązanie do -35 promotora (dsDNA)
- Ścisłe wiązanie do -10 promotora i rozplatanie
 - Różne rodzaje i różne ilości podjednostek sigma wpływają na poziom i dynamikę ekspresji transkrybowanych
genów.
Inicjacja transkrypcji u Eucaryota
Różni się przede wszystkim tym, że polimerazy Euc. nie łączą się bezpośrednio z DNA, z sekwencją promotora
podstawowego. Kompleks inicjacyjny wszystkich Euc. polimeraz RAN zwiera dodatkowe białka i musi być złożony w
odpowiedniej kolejności. W przypadku Pol. II najpierw z promotorem łączy sie kompleks białkowy TFIID  jeden z
podstawowych czynników transkrypcyjnych, w skład którego wchodzi białko wiążące sekwencje TATA (TBP  TATA
Winding protein) oraz przynajmniej 12 białek oddziaływujących z TBP (TFA). Białka TAF uczestniczą w sekwencji Inr.
Białko TBP tworzy platformę do której przyłączają się pozostałe elementy kompleksu inicjacyjnego. Związanie TBP
indukuje powstanie zagięcia w DNA (ok. 80%).
Po przyłączeniu TFIID do promotora podstawowego tworzony jest kompleks preinicjacyjny (PIC) poprzez przyłączanie
kolejno podstawowych czynników transkrypcyjnych.
W przypadku Euc. formowanie kompleksu reinicjacyjnego jest bardziej skomplikowane. Kompleks ten obejmuje:
- podstawowe czynniki transkrypcyjne
- polimeraze RNA II (Pol II) (z 12 podjednostek)
- kilka koaktywatorów
Za rozpoznanie promotora oraz topnienie matrycy odpowiedzialne są czynniki transkrypcyjne: TFIIA (3polipeptydy),
TFIIB (1pp), TFIID (12 pp), TFIIE (2 pp), THIIF (1 pp) i TFIIH (9 pp).
THIIA, TFIIB i THFIID rozpoznają położone powyżej Inr elementy promotorowe m. in. TATA i BRE (sekw.
rozpoznawaną przez TFIIB), miejsce Inr i położone poniżej elementy promotorowe (DPE).
TFIIF łączy się z Pol II i umieszcza enzym w miejscy promotorowym, TFIIE łączy się z TFIIH i umieszcza je również w
miejscu promotorowym.
TFIIH wykazuje aktywność helikazy i topi matryce w miejscu promotorowym. Ponadto TFIIH fosforyluje
karboksylowy koniec największej podjednostki polimerazy II (CTD), co umożliwia enzymowi opuszczenie promotora.
Do aktywacji kompleksu inicjacyjnego, czyli rozpoczęcia elongacji, niezbędna jest fosforylacja domeny C-końcowej
(CTD) największej podjednostki polimerazy II. Po fosforylacji polimeraza może się odłączyć od kompleksu
reinicjacyjnego i rozpocząć syntezę RNA.
Inicjacja transkrypcji przez polimerazy I i III jest podobna jak przez polimerazę II. Zawsze uczestniczy w niej zespół
białek  czynników transkrypcyjnych, odpowiednio TFI i TFIII.
Regulacja inicjacji transkrypcji jest krytycznym etapem regulacji ekspresji genów.
Regulacja inicjacji transkrypcji u bakterii:
- kontrola negatywna  zależy od struktury promotora
Podstawowe tempo inicjacji transkrypcji konkretnego genu wynika z sekwencji promotora i w normalnych
warunkach nie może się zmieniać. Podstawowy poziom inicjacji transkrypcji jest stosunkowo wysoki dla wszystkich
promotorów z wyjątkiem najsłabszych.
Sekwencje promotorów bakteryjnych mają znaczny zakres zmienności bloków -35 i -10. Warianty te wraz z
sekwencja otaczającą miejsce startu transkrypcji oraz z ok. 50 nt. początkowymi transkrybowanej sekwencji mają
wpływ na wydajność promotora.
Wydajność promotora to liczba efektywnych inicjacji transkrypcji z danego promotora na sekundę.
Efektywna inicjacja to taka, podczas której polimeraza opuszcza promotor i rozpoczyna syntezę pełnego transkryptu.
Najbardziej efektywne, silne promotory różnią się wydajnością nawet 1000 razy w porównianiu do najsłabszych.
- Bakteryjna polimeraza RNA ma możliwośc wymiany podjednostki �. Powoduje to zmianę faworyzowanych
promotorów.
- zależna od działania białek regulatorowych
Poprzez operatory  regiony sąsiadujące z promotorem i regulujące proces inicjacji operonu.
Z operatorem mogą łączyć się represory  białka wiążące się z DNA i uniemożliwiające przyłączenie się polimerazy i
blokujące inicjację transkrypcji.
- Z represorem mogą łączyć się induktory (substrat szlaku metabolicznego kontrolowanego przez dany operon)
uniemożliwiając jego przyłączenie do operatora, co umożłiwia polimerazie dostęp do promotora i inicjuje
transkrypcję.
- Z represorem może wiązać się korepresor  produkt szlaku bioch. Gdy obecny jest produkt szlaku to szlag
pozostaje wyłączony.
Białko wiążące się z DNA może być aktywatorem inicjacji transkrypcji, zwiększa wydajność inicjacji.
Niektóre represory lub aktywatory mogą kontrolować kilka promotorów.
Sekwencje rozpoznawane przez białka wiążące się do DNA mogą działać pojedynczo lub w grupach, aktywując lub
hamując transk. genów.
Sekwencje  wzmacniacze  enhancers i wyciszacze  silencers nie są powszechne u bakterii.
Proces rozkładu laktozy w komórce Escherichia coli był pierwszym poznanym procesem regulowanym w oparciu o
operon.
Operon laktozowy - lac
W regulacji operonu bierze udział kilka genów:
1. Gen regulatorowy (gan laci, nie jest częścią operonu), koduję białko rep resorowe które przyłączone do
operatora operonu lac wyłącza go.
2. Operator, który otrzymuje sygnał wyłączający z represora.
3. Genu lacZ, lacY, lacA  kodujące białka, geny te są transkrybowane na jedno mRNA.
4. Promotor (częściowo nachodzący na gen operatorowy), gdzie przyłącza się polimeraza RNA co
zapoczątkowuje syntezę RNA.