EKSPRESJA GENÓW

EKSPRESJA GENÓW

Ekspresja genów to synteza RNA i

synteza białka. Sekwencja

zasad w DNA przepisywana jest

na sekwencję aminokwasów w

białkach. Zasada przepływu

informacji genetycznej w

przeciętnej komórce.

TRANSKRYPCJA



Transkrypcją nazywamy

przepisanie informacji

genetycznej z DNA na RNA.



Transkrypcja zachodzi w jądrze na

odcinku DNA, który odpowiada

genowi kodującemu określone

białko lub RNA. Nici DNA w

obrębie genu ulegają rozpleceniu.



Matrycą dla syntezy RNA jest tylko jedna

nić DNA zwana matrycowym pasmem

DNA. Transkrypcji ulegają zarówno

ekzony, jak i introny u eukariotów.



Do transkrypcji potrzebne są:

trifosforany nukleotydów, fragment DNA

(gen) jako matryca i polimerazy RNA.



U prokariotów występuje jedna

polimeraza RNA; w syntezie wszystkich

trzech rodzajów RNA u eukariotów

występują trzy polimerazy jądrowe i

dwie w organellach cytoplazmatycznych.

1.INICJACJA

ozpoczyna się rozpoznaniem przez

polimerazę RNA specyficznej

sekwencji zasad w DNA, zwanej

promotorem. Następuje związanie się

polimerazy RNA z promotorem i

rozsunięcie nici DNA. W komórkach

eukariotycznych przed inicjacją

dochodzi do usunięcia histonów i

odsłonięcia DNA.

2.ELONGACJA

polega na wstawieniu

odpowiednich nukleotydów i

łączeniu ich ze sobą.

Polimeraza RNA przesuwa się

wzdłuż DNA i wydłuża łańcuch

RNA, przy czym nukleotydy są

włączane zgodnie z regułą

dopełniania zasad: G -> C; C ->

G; T-> A; A -> U.

TRANSLACJA

to proces biosyntezy białka, w którym biorą

udział:



mRNA – matryca, w której zakodowana jest

informacja o pierwszorzędowej strukturze

konkretnego białka



tRNA – transportuje aminokwasy na miejsce

syntezy białek



rybosomy – struktury, które umożliwiają

odszyfrowanie informacji i odpowiednie

ułożenie aminokwasów w białku



aminokwasy



ATP jako podstawowe źródło energii

1.INICJACJA

inicjatorowy tRNAMet łączy się z

mniejszą podjednostką rybosomu,

następnie dołącza się mRNA w

ten sposób, że naprzeciwko

startowego kodonu AUG na mRNA

znajduje się antykodon tRNAMet

w miejscu P rybosomu. Z

kompleksem inicjującym łączy się

większa podjednostka rybosomu.

2.ELONGACJA

polega na dobudowywaniu kolejnych

aminokwasów i wydłużaniu

peptydu. Translacja odbywa się w

kierunku 5' -> 3' na mRNA. W

wolne miejsce A na rybosomie

przyłącza się następny aatRNA

poprzez przyłączenie antykodonu

tRNA z komplementarnym do niego

kodonem mRNA.

3.TERMINACJA

syntezę łańcucha peptydowego

kończą tzw. czynniki uwalniające,

które rozpoznają kodony

terminacyjne (kodony „stop” – UAA,

UGA, UAG) niekodujące żadnego

aminokwasu. Sygnałem do

zakończenia translacji jest sytuacja,

gdy jeden z kodonów „stop”

znajdzie się w miejscu A rybosomu.



Schemat kodu genetycznego; kodony należy

odczytywać poczynając od środkowego

pierścienia; jak widać, np. kodonowi UGG

odpowiada tryptofan (skrót: Trp), zaś alaninę

(skrót: Ala) kodują cztery kodony zaczynające

się od GC i zawierające dowolny nukleotyd na

trzeciej pozycji kodonu (A, C, G lub U); podane

kodony występują w mRNA; aby uzyskać ich

postać typową dla DNA, należy każdy U na tym

schemacie zastąpić przez T; aminokwasy, przy

których trójliterowym skrócie jest znak +,

mogą być kodowane przez kilka kodonów

różniących się pierwszymi nukleotydami (np.

arginina - Arg - może być kodowana zarówno

jako AGA albo AGG, jak i CGA, CGG, CGU albo

CGC; różne kodony oznaczające taki sam

aminokwas mogą występować nawet obok

siebie w tej samej cząsteczce mRNA)

Tabela kodu genetycznego. Pierwsza kolumna wskazuje na

pierwszą zasadę w tryplecie, a pierwszy wiersz na drugą

zasadę. Reszta komórek zawiera zapis 64 możliwych trypletów

kodu. Obok nich widoczne skróty nazw kodowanych

aminokwasów.

KOD GENETYCZNY

1. KOD GENETYCZNY JEST TRÓJKOWY



Znakiem kodu nie jest pojedynczy nukleotyd. Aby

zawrzeć minimalną porcję informacji, potrzeba trzech

kolejnych nukleotydów. Dopiero ich sekwencja tworzy

sensowny znak. Cztery typy nukleotydów można

ustawić w trójki na 64 różne sposoby. Zmiana choćby

jednego nukleotydu z trójki najprawdopodobniej

zmieni sens całej trójki. Nazywamy ją też z łacińska

trypletem albo w nawiązaniu do całości kodu

kodonem. Warto zwrócić uwagę, że tabela kodu

genetycznego używa oznaczenia U (uracylu). Jeżeli

chcemy poznać rzeczywistą sekwencję genu, taką

jaka jest w DNA, powinniśmy go w pamięci zamienić

na T (tyminę).

2. KOD GENETYCZNY JEST NIEZACHODZĄCY



Kolejne kodony odczytywane

są w sposób niezależny i w

żadnym miejscu się nie

pokrywają. Istnieje całkowita

dowolność co do tego, jaka

będzie sekwencja liter w

zapisie informacji

genetycznej.

3. KOD JEST BEZPRZECINKOWY



Nie istnieją elementy fizyczne ani

chemiczne, które odgraniczałyby

poszczególne kodony w zapisie

informacji. Mówiąc inaczej, to,

które trzy nukleotydy uznamy za

tryplet, jest sprawą umowną.

Można więc czytać sekwencję na

trzy różne sposoby:

Trypletów kodu nie odgraniczają znaki przestankowe

(A). Informację można odczytywać na trzy różne

sposoby (B). Teoretycznie kodony mogłyby na siebie

zachodzić, i rzeczywiście w bardzo "ciasnych"

genomach np. wirusów tak się dzieje (C).



Spośród trzech sposobów tylko jeden

da nam prawdziwą informację

genetyczną. Ten nazwiemy ramką

odczytu. Utrata jednego lub dwóch

nukleotydów zmienia sens całej

informacji. Utrata trzech, sześciu czy

dziewięciu nukleotydów spowoduje

wypadnięcie jednego, dwóch lub

trzech aminokwasów z nici

polipeptydowej.

4. KOD GENETYCZNY JEST JEDNOZNACZNY



Jest to cecha decydująca o

przydatności kodu. Jedna trójka musi

precyzyjnie oznaczać jeden

aminokwas, ten, a nie jakiś inny.

Inaczej kod nie miałby sensu i

powstałby zamęt. Zasada jest

podobna jak w funkcji matematycznej:

dziedzina może być tylko jedna,

inaczej funkcja przestaje być funkcją.

5. KOD GENETYCZNY JEST KOLINEARNY



Jeżeli każdej literze alfabetu przyporządkowalibyśmy

kolejną liczbę (np. A = 1, B = 2), wówczas słowo Ala

można by zapisać jako 1-12-1, sosna jako 19-16-19-15-1,

itd. Jednak słowo sosna można by przecież zapisać równie

dobrze jako 1-15-19-16-19, wystarczy że umówilibyśmy

się, że "kodujemy" od końca. Można wymyślić sto innych

sposobów na kodowanie. Ważne jest to, że kod

genetyczny opiera się właśnie o zasadę kolinearności.

Sekwencja aminokwasów w białku jest identyczna z

sekwencją trójek nukleotydów w mRNA i sensownej nici

DNA. Są one swoim wzajemnym odzwierciedleniem.

6. KOD JEST ZDEGENEROWANY



W białkach pojawia się co najwyżej

dwadzieścia różnych aminokwasów. 64 litery

kodu stanowią nadmiar. Trzy tryplety nie

kodują aminokwasu, pełniąc funkcję sygnału

końca translacji. Jeden i ten sam aminokwas

mogą kodować różne tryplety, niekiedy pięć,

niekiedy dwa, czasem tylko jeden.

Przywołując analogię z funkcją

matematyczną, tak jak ona ma jedną

dziedziną i liczne argumenty, tak kod

genetyczny jest jednoznaczny, ale i

zdegenerowany. Trójka AUG pełni zawsze

funkcję kodonu inicjatorowego. Oznacza

metioninę, jakkolwiek ten aminokwas często

jest wycinany z pierwszej pozycji białka.

7. KOD GENETYCZNY JEST UNIWERSALNY



Trudno o lepsze potwierdzenie tego, że życie

powstało jeden raz i nie było "dorabiane" już później.

Nie ma obecnie żadnego żyjącego organizmu, który

posługiwałby się innym kodem genetycznym. Ten

sam gen ulegnie przetłumaczeniu na to samo białko

w komórce człowieka i u dowolnej bakterii. Kod

genetyczny u wirusów również jest taki, jak w całym

świecie żywej przyrody. Wiele miliardów lat trwająca

ewolucja doprowadziła do drobnych odstępstw, ale

dotyczą one najwyżej pojedynczych kodonów czy

aminokwasów i rzucają dodatkowe światło na sam

kod, który też ulegał ewolucji. Przypuszczalnie w

początkach życia kod był uboższy niż obecnie. Z

czasem przybywało nowych aminokwasów, które

adaptowały dla siebie litery kodu. Nie umknęło

uwadze uczonych zjawisko, że najprostsze

aminokwasy, glicyna, walina, alanina czy leucyna,

mają litery kodu zbudowane na podobnej zasadzie.

Śledzenie takich zależności ociera się o samą

zagadkę powstania życia.

MATERIAŁ

GENETYCZNY

Substancja chemiczna będąca

nośnikiem informacji genetycznej.

Inaczej mówiąc, materiał genetyczny

jest fizycznym nośnikiem

dziedziczności. U wszystkich znanych

organizmów żywych materiałem

genetycznym jest

DNA

. U niektórych

wirusów

, np. u wirusa grypy lub

wirusa

HIV

, funkcję tę pełni

RNA

Document Outline