WYKŁAD VII



Po poznaniu struktury DNA (1953) stało

się jasne, że informacja genetyczna w

DNA zawiera

KOD

, w którym

zaszyfrowana jest budowa wszystkich

niezbędnych komórce białek.



W jaki sposób komórka przekształca

informację genetyczną zawartą w DNA

w sekwencje aminokwasów w białku,

czyli w jaki sposób dochodzi do

EKSPRESJI INFORMACJI

GENETYCZNEJ?

Ekspresja genów odbywa

się zasadniczo w 2 etapach:



1. przepisanie sekwencji nukl. w

DNA na RNA – TRANSKRYPCJA (w

jądrze)



2. przepisanie sekwencji w RNA na

sekwencję aminokwasów –

TRANSLACJA (w cytoplaźmie na

rybosomach)

Rodzaje RNA



mRNA

(przekazywanie informacji, określającej

kolejność łączenia aminokwasow w

biosyntezie białka),



tRNA

(cząsteczki przenoszące aminokwasy w

procesie biosyntezy białek i innych szlakach

anabolicznych),



rRNA

(cząsteczki biorące udział w budowie

rybosomu),

Rodzaje RNA



małoczasteczkowy

RNA

(cząsteczki

pełniące szereg funkcji w komórce,

związanych z ekspresją materiału

genetycznego).



antysensowny RNA albo interferencyjny RNA

(RNAi)- produkowany w celu precyzyjnej

regulacji

ekspresji genów

kodujących

białka



mały jądrowy (

snRNA

) pełniący funkcje

enzymatyczne

przy wycinaniu

intronów

transkryptów

Matrycowy, czyli informacyjny

RNA



Trójki nukleotydów, czyli kodony,

rozmieszczone w jego łańcuchu

wyznaczają kolejność aminokwasów

syntetyzowanego białka.



W procesie transkrypcji u

eukariontów powstaje najpierw pre-

mRNA, jako składnik frakcji

heterogennego jądrowego hnRNA.

mRNA u bakterii jest policistronowy



Cząsteczka bakteryjnego mRNA

może zawierać kod dla całego

zespołu białek



Oprócz kodonów łańcuch mRNA

zawiera tzw. trójki nonsensowne,

które są znakami przestankowymi,

umożliwiającymi syntezę wielu

białek.

U eukariontów mRNA jest

monocistronowy,



zawiera informację tylko dla

jednego łańcucha polipeptydowego.



Jest pojedynczym łańcuchem

skręconym w postaci spirali,

chronionym białkami

informomerowymi.

TRANSKRYPCJA



Transkrypcja to proces, w którym informacja

zawarta w DNA - zapisana w formie sekwencji

deoksynukleotydów - przepisana zostaje na

sekwencje rybonukleotydów w pre-mRNA

podczas reakcji katalizowanej przez

polimerazę RNA.

Dzieli się ją na trzy następujące po

sobie procesy:



inicjację transkrypcji,



elongację łańcucha pre-mRNA



terminację

Inicjacja transkrypcji jest głównym

punktem kontrolnym ekspresji

genu.



Polimeraza II RNA wymaga do

zapoczątkowania reakcji obecności

białek - czynników transkrypcyjnych

tzw. TF-ów (ang. transcription

factors).



Białka te w określonym porządku

wiążą się do DNA w obrębie

promotora, enhancerów bądź

silencerów.

Polimeraza RNA jest DNA zależna.

Została odkryta przez Weissa w

1959r, dlatego bywa nazywana

polimerazą Weissa



Polimeraza RNA

(nukleotydylotransferaza

nukleozydotrifosforanów) zbudowana

jest z 5 podjednostek:



2 alfa, beta, beta prim i sigma.

Wyróżnia się 3 polimerazy RNA:



Polimeraza I – znajduje się w

jąderku, uczestniczy w tworzeniu

rybosomalnego kwasu

rybonukleinowego rRNA



Polimeraza II – transkrybuje geny

struktury. Występuje w chromatynie

jądra i w cytoplazmie.



Polimeraza III – występuje w

chromatynie jądra i w cytoplazmie,

uczestniczy w tworzeniu tRNA i

rRNA.

Rozsunięcie nici DNA na odcinku

kilkunastu nukleotydów umożliwia

wstawianie (włączenie) kolejnych,

odpowiednich nukleotydów

(elongacja transkrypcji).



Substratami są trifosforany

rybonukleozydów (



Polimeraza RNA przesuwa się

systematycznie wzdłuż

helisy

DNA i

wydłuża łańcuch RNA, przy czym

nukleotydy włączane są zgodnie z

zasadą komplementarności



Powyżej aktualnego miejsca syntezy

powstający hybrydowy kompleks DNA -

RNA ulega rozpadowi,



DNA powraca do swojej pierwotnej

dwuniciowej struktury,

a łańcuch

powstającego

mRNA oddziela się.

Etap elongacji (wydłużania RNA)

kończy się, gdy polimeraza RNA

dotrze do sekwencji kończącej

wyznaczającej miejsce terminacji

(zakończenia) transkrypcji.



Nowo powstały produkt

nazywamy pierwotnym

transkryptem

lub pre-mRNA

Pre-mRNA

(hnRNA, heterogenny

jądrowy RNA) - bezpośredni

produkt transkrypcji



Po dołączeniu guanylowej „czapki” na

końcu 5' łańcucha



i sekwencji poli-A na końcu 3' łańcucha



oraz po wycięciu niekodujących sekwencji,

powstanie właściwy mRNA biorący udział

w translacji.



Modyfikacje hnRNA prowadzące do

powstania mRNA nazywa się

obróbką

potranskrypcyjną

Guanylacja końca 5’=blokowanie końca

5’



Polega na przyłączeniu do pierwszego

nukleotydu pre mRNA w pozycji 5’

„czapeczki” czyli 7-metyloguanozyny.



która łączy się z wszystkimi trzema

resztami fosforanowymi pierwszego

nukleotydu



Ułatwia przyłączanie rybosomu do mRNA w

czasie translacji



Ma znaczenie stabilizujące, ochronne przed

egzonukleazami.

Poliadenylacja końca 3’



Polimeraza poli A dodaje na końcu 3'

pierwotnego transkryptu nukleotydy

adeninowe (od 70 do 250)



jednak dopiero po zadziałaniu

specyficznej nukleazy tj. enzymu

tnącego kwas nukleinowy w obrębie

jego cząsteczki.



Okazało się, że ogon poli A nie jest

dołączany do ostatniego nukleotydu

wbudowanego na drodze

transkrypcji,



a do tego, który stał się ostatnim po

rozcięciu nici pre-mRNA.



Miejsce atakowane przez nukleazę

wyznacza sekwencja (sygnał

poliadenylacji): AAUAAA.



Istnieją geny zawierające więcej niż

jeden sygnał poliadenylacji.



Oznacza to, że na ich matrycy

powstanie kilka pierwotnych

transkryptów różniących się

długością , a co za tym idzie kilka

różnych mRNA.

fragment poli A,



podobnie jak struktura czapeczki

chroni cząsteczkę pierwotnego

transkryptu przed działaniem nukleaz.



Może on mieć również znaczenie w

translacji,



gdyż transkrypt pozbawiony poli A

jest mniej wydajną matrycą przy

syntezie białka.

Obróbka potranskrypcyjna

- s

plicing

(czyt.

splaising), cięcie i

składanie genu



W intronach wielu genów kodujących białka

u Eucar. są trzy sekwencje sygnałowe dla

splicingu



*sekwencje

GU na końcu 5’



*AG na końcu 3’- (

są częścią

dłuższych sekwencji sygnałowych)



*wewnątrz intronu, w miejscu bliskim

końca 3’znajduje się

sekwencja

rozgałęziająca

, u wyższych Euc.:

UACUAAC

Wycinanie intronów

z pre-mRNA



I-szy etap

- uwolnienie końca 5’ intronu i

połączeniu go z miejscem rozgałęzienia –

tworzy się struktura zwana lassem



II-gi etap

– rozszczepeinie transkryptu

na końcu 3’ intronu



III etap – zbliżenie i kowalencyjne

połączenie eksonów –



i jest to

splicing czyli składanie

eksonów



który zapewnia ciągłość sekwencji

kodujących będących matrycą do

syntezy białka.

Splicing



jest katalizowany przez grupę

niskocząsteczkowych białek



zwanych

małymi jądrowymi

rybonukleoproteinami

snoRNP=snRNP

(

small nuclear

ribonucleoproteins

snoRNP



Składają się one z małych jądrowych

RNA (snRNA) bogatych w U

połączonych z białkami.



Są różne grupy snRNP: U1, U2, U4,

U5, U6.



Różnią się m. in. miejscami

wiązania, tzn. albo z sygnałem na 5’

albo z sekwencją rozgałęziającą itd.

Kompleks pre-mRNA z snRNP

nazywany jest

splicesomem

(spajsosomem



Kompleks ten przeprowadza

sfałdowanie i przyjęcie przez pre-

mRNA konformacji umożliwiającej

zajście splicingu,



ponadto katalizuje reakcje rozcięcia

i ligacji prowadzące do wycięcia

intronu i połączenia eksonów.

Document Outline